RU2037276C1

RU2037276C1 - Domestic electric heating appliance

Info

Publication number: RU2037276C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Карабанов; В.Г. Михненко; В.Г. Смеликов; Л.Г. Ткачев; Н.Г. Батов; Ю.В. Рогов; В.Ф. Шинкарев
Original assignee: Научно-производственное объединение "Базальт"
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1995-06-09

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: inducing winding and steel shell of heater are built up of several wound shells connected in series and inducing winding in each shell in single-row winding on external surface of inner tube in the form of coils with definite proportion of their dimensions. EFFECT: improved heat transfer and reduced manufacturing cost. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и представляет собой электронагревательное устройство индукционного типа для обогрева помещений при естественной конвекции нагретого воздуха. The invention relates to electrical engineering and is an induction type electric heating device for heating rooms with natural convection of heated air.

Известен электронагреватель для грунта, содержащий два последовательно соединенных проводника, один из которых охватывает другой по длине и является электрическим и магнитным экраном нагревателя. Проводники с одного конца соединены между собой, а другими концами подсоединены к источнику переменного тока низкого напряжения. Внешний проводник выполнен в виде трубы, а внутренний в виде трубы или стержня, причем зазор между проводниками заполнен диэлектриком [1]
Недостатком этого устройства является то, что для питания необходимо применение трансформатора с высоким коэффициентом трансформации, что приводит к большому расходу меди и трансформаторного железа.Known electric heater for soil, containing two series-connected conductors, one of which covers the other in length and is the electric and magnetic screen of the heater. Conductors are connected at one end and connected at the other ends to a low voltage AC source. The outer conductor is made in the form of a pipe, and the inner one in the form of a pipe or rod, and the gap between the conductors is filled with a dielectric [1]
The disadvantage of this device is that for power it is necessary to use a transformer with a high transformation ratio, which leads to a large consumption of copper and transformer iron.

Известен также погружной нагреватель жидкостей, наиболее близкий по технической сущности, принятый за прототип и представляющий собой тороидальную герметичную стальную конструкцию, внутри которой находится многовитковая катушка-индуктор [2]
Недостатком данного устройства является малая теплоотдача из-за небольшой наружной поверхности, а также неравномерного нагрева оболочки по высоте из-за передачи тепла снизу вверх по оболочке и естественной конвекции нагретого воздуха, что создает наиболее тяжелый режим у нагревателя. Это приводит к значительной разнице температур нижнего и верхнего участков оболочки и соответственно нагрева провода индуктора в верхней его части. Например, для индукторной обмотки мощностью 150 Вт при высоте оболочки 600 мм температура нижнего и верхнего участков составила соответственно 68 и 96^оС. Это ведет к перегреву обмотки и разрушению изоляции. Применение провода более высокого класса значительно увеличивает стоимость прибора.Also known is an immersion fluid heater, the closest in technical essence, adopted as a prototype and representing a toroidal sealed steel structure, inside which is a multi-turn inductor coil [2]
The disadvantage of this device is the low heat transfer due to the small outer surface, as well as uneven heating of the casing in height due to heat transfer from the bottom up through the casing and the natural convection of heated air, which creates the most difficult mode for the heater. This leads to a significant difference in temperature of the lower and upper sections of the shell and, accordingly, heating of the inductor wire in its upper part. For example, for the inductor windings 150W at a height of 600 mm shell temperature of the lower and upper portions, respectively, was 68 and 96 ^C. This leads to overheating and destruction of the winding insulation. The use of a higher grade wire significantly increases the cost of the device.

В предлагаемом электронагревательном приборе эти недостатки устранены следующим образом. В нем индуцирующая обмотка и стальная оболочка выполнены из нескольких, не менее двух, оболочек с обмотками соединенными последовательно. In the proposed electric heating device, these disadvantages are eliminated as follows. In it, the induction winding and the steel shell are made of several, at least two, shells with windings connected in series.

Индуктирующая обмотка выполнена однорядной на наружной поверхности внутренней трубы в виде секций, первая из которых, нижняя, содержит 20-30% от общего количество витков обмотки, каждая последующая в 1,2.1,3 раза меньше предыдущей секции, расположенной с переменным шагом по высоте индуктора, равным 0,2.0,3 длины намотки каждой последующей секции. The induction winding is made single-row on the outer surface of the inner pipe in the form of sections, the first of which, the lower one, contains 20-30% of the total number of turns of the winding, each subsequent one is 1.2.1.3 times smaller than the previous section, located with a variable pitch along the height of the inductor equal to 0.2.0.3 the length of the winding of each subsequent section.

Это обеспечивает равномерное распределение температурного поля по всей высоте оболочки и индуктора, а следовательно, и снижение перегрева провода индуцирующей обмотки при естественной конвекции нагретого воздуха. This ensures a uniform distribution of the temperature field over the entire height of the shell and inductor, and, consequently, reduces the overheating of the induction winding wire during the natural convection of heated air.

На фиг. 1 изображен общий вид электронагревательного прибора; на фиг. 2 оболочка с индуктором в сборе; на фиг. 3 внутренняя труба с обмоткой. In FIG. 1 shows a general view of an electric heater; in FIG. 2 shell with inductor assembly; in FIG. 3 inner pipe with winding.

Электронагревательный прибор состоит из кожуха 1, закрепленного на швеллерах 2, в которые вварены стальные трубы 3 и к ним крепятся подставки 4. В трубы 3 установлены внутренние трубы 5 с обмотками 6 и закреплены в них с помощью втулок 7. На наружной поверхности внутренней трубы 5 нанесена термостойкая изоляция 8. На пластине 9, закрепленной на швеллере 2, установлены термореле 10, контактирующие с наружной поверхностью трубы 3, и конденсаторы 11. На кожухе закреплена сигнальная лампа 12, выключатель 13 и шнур с вилкой 14. The electric heating device consists of a casing 1, mounted on channels 2, into which steel pipes 3 are welded and supports 4 are attached to them. In pipes 3, internal pipes 5 with windings 6 are installed and fixed in them using bushings 7. On the outer surface of the inner pipe 5 heat-resistant insulation is applied 8. On the plate 9, mounted on the channel 2, are installed a thermal relay 10 in contact with the outer surface of the pipe 3, and capacitors 11. A signal lamp 12, a switch 13, and a cord with a plug 14 are fixed on the casing.

Работает прибор следующим образом. The device operates as follows.

При включении прибора в сеть с переменным током ток, проходя по индуцирующим обмоткам, создает магнитные и электрические поля, которые индуцируются на внешней и внутренних трубах, создающих оболочку. Так как система труб оболочки представляет собой замкнутый контур, являясь вторичной обмоткой трансформатора, то все полезные и "вредные" токи, наводящиеся во вторичной обмотке, производят ее нагрев. Коэффициент мощности без конденсаторов составляет 0,83. Емкость компенсирующих конденсаторов равна 45 мкФ. Коэффициент мощности с компенсирующими конденсаторами близок к единице. При достижении температуры 90-100^оС происходит отключение прибора за счет температурного реле типа ДРТ-Б.When the device is connected to an alternating current network, current passing through the induction windings creates magnetic and electric fields that are induced on the external and internal pipes that create the shell. Since the shell pipe system is a closed loop, being the secondary winding of the transformer, all the useful and "harmful" currents induced in the secondary winding produce its heating. Power factor without capacitors is 0.83. The capacitance of the compensating capacitors is 45 μF. Power factor with compensating capacitors is close to unity. When the temperature reaches 90-100 ^о С, the device is switched off due to the temperature relay of the DRT-B type.

В приборе каждая оболочка выполнена из стальных труб диаметром 45 и 50 мм с толщиной стенки 1 мм. Намотка производилась проводом ПЭТВ диаметром 1 мм. Индуктирующая обмотка выполнена следующим образом. При входном напряжении 220 В на одну индуктирующую обмотку приходится 31,4 В. Количество витков на каждую обмотку составит 380 витков. Длина L намотки равняется диаметру провода, для нашего случая 1 мм, умноженному на количество витков 380. In the device, each shell is made of steel pipes with a diameter of 45 and 50 mm with a wall thickness of 1 mm. Winding was carried out with a PETV wire with a diameter of 1 mm. Inductive winding is made as follows. At an input voltage of 220 V, one induction winding accounts for 31.4 V. The number of turns for each winding will be 380 turns. The length L of the winding is equal to the diameter of the wire, in our case 1 mm, multiplied by the number of turns 380.

В соответствии с приведенной формулой изобретения количество витков в секциях обмотки будет равно: в первой секции 100 и l₁ 100, во второй 80, l₂ 80, в третьей 70, l₃ 70, в четвертой 55, l₄ 55, в пятой 45, l₅ 45, в шестой 30 и l₆ 30.In accordance with the claims, the number of turns in the winding sections will be equal to: in the first section 100 and l ₁ 100, in the second 80, l ₂ 80, in the third 70, l ₃ 70, in the fourth 55, l ₄ 55, in the fifth 45 , l ₅ 45, in the sixth 30 and l ₆ 30.

Таким образом индуцирующая обмотка выполнена из шести секций. Thus, the induction winding is made of six sections.

Расстояние между секциями обмотки соответственно между первой и второй, исходя из длины l₂ 80 мм, намотки второй секции, состоящей из 80 витков и диаметра провода 1 мм, будут равны Z₁ 20 мм, между второй и третьей Z₂ 17 мм, Z₃ 13 мм, Z₄11 мм, Z₅ 7 мм, исходя из среднего значения установленного интервала.The distance between the winding sections, respectively, between the first and second, based on the length l ₂ 80 mm, the winding of the second section, consisting of 80 turns and a wire diameter of 1 mm, will be Z ₁ 20 mm, between the second and third Z ₂ 17 mm, Z ₃ 13 mm, Z ₄ 11 mm, Z ₅ 7 mm, based on the average value of the set interval.

Швеллер 2 представляет согнутый лист толщиной 1 мм с отверстиями под наружную трубу. Внутренние трубы с приваренными втулками, на которых нанесено электроизоляционное термостойкое покрытие и обмотки, устанавливаются в наружные трубы и обжимаются. Концы проводов каждой обмотки выводятся через отверстия в трубах и соединяются последовательно. Кожух крепится к швеллеру 2 через изолирующие втулки. Channel 2 is a folded sheet 1 mm thick with holes for the outer pipe. Inner pipes with welded bushings, on which an insulating heat-resistant coating and windings are applied, are installed in the outer pipes and crimped. The ends of the wires of each winding are output through the holes in the pipes and are connected in series. The casing is attached to the channel 2 through insulating sleeves.

Проведенные теоретические и экспериментальные работы в МЭИ показали, что температура на поверхности нагревательных элементов не превышала 100^оС, которая является одним из главных условий, предъявляемых к бытовым электронагревательным приборам.Theoretical and experimental work MEI showed that the surface temperature of the heating elements does not exceed 100 ^C, which is one of the main conditions imposed on the household electric heater.

Температура нагревательных элементов зависит от мощности индукторной обмотки и площади охлаждаемой поверхности при условии конвекционного охлаждения. Работы, проводимые на предприятии по созданию трех опытных образцов приборов, состоящих из семи нагревательных элементов, оболочек, общей мощностью 1050 Вт, подтвердили результаты после испытания. The temperature of the heating elements depends on the power of the inductor winding and the area of the surface to be cooled under the condition of convection cooling. The work carried out at the enterprise on the creation of three prototypes of devices consisting of seven heating elements, shells, with a total power of 1050 W, confirmed the results after the test.

Claims

HOUSEHOLD ELECTRIC HEATING DEVICE mainly for space heating, comprising a heating element made in the form of an induction winding enclosed between the tubular walls of the steel shell, and insulation, characterized in that the device contains at least two heating elements, the shunt windings of which are connected in series, the winding of each heating element made single-row in the form of sections, the lower of which contains 0.2 0.3 turns of the winding, in each subsequent section the number of turns is 1.2 1.3 times higher than in the previous section, the distance between the sections made variable, decreasing from the bottom section to the upper and constitute 0.2 0.3 height of each subsequent section.