RU2059939C1 - Electric heater for fluid and loose media - Google Patents
Electric heater for fluid and loose media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2059939C1 RU2059939C1 RU93006536A RU93006536A RU2059939C1 RU 2059939 C1 RU2059939 C1 RU 2059939C1 RU 93006536 A RU93006536 A RU 93006536A RU 93006536 A RU93006536 A RU 93006536A RU 2059939 C1 RU2059939 C1 RU 2059939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe
- transformer
- winding
- secondary winding
- electric heater
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве и бытовой сфере для нагрева воды, воздуха, песка, масла, антифриза и т.п. The invention relates to energy and can be used in industry, agriculture and household for heating water, air, sand, oil, antifreeze, etc.
Известен электронагреватель, содержащий разъемный корпус с электронагревательным элементом и лабиринтный канал для воды, причем электронагреватель выполнен в виде электродных пластин. Known electric heater containing a detachable housing with an electric heating element and a labyrinth channel for water, and the electric heater is made in the form of electrode plates.
Недостатком устройства является ограниченный срок службы электронагревателя из-за окисления и разрушения электродов. The disadvantage of this device is the limited service life of the electric heater due to oxidation and destruction of the electrodes.
Наиболее близким по технической сущности является электронагреватель, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, нагревательный элемент выполнен в виде электропроводящей трубы, внутри которой перемещается нагреваемая среда, причем труба является вторичной обмоткой трансформатора, и ее концы герметично соединены с подводящим и отводящим патрубками, а между собой концы трубы электрически соединены перемычкой. The closest in technical essence is an electric heater containing a transformer, the primary winding of which is connected to an AC voltage source, the heating element is made in the form of an electrically conductive pipe, inside which the heated medium moves, and the pipe is the secondary winding of the transformer, and its ends are hermetically connected to the inlet and outlet pipes, and between themselves the ends of the pipe are electrically connected by a jumper.
Недостатком устройства является низкая надежность нагревательных элементов. Это объясняется малой площадью соприкосновения нагревателя с жидкостью и необходимостью устанавливать высокую температуру элемента. Такой режим вызывает перегорание нити нагревателя. The disadvantage of this device is the low reliability of the heating elements. This is due to the small area of contact of the heater with the liquid and the need to set the high temperature of the element. This mode causes the heater thread to burn out.
Целью изобретения является повышение надежности. The aim of the invention is to increase reliability.
Поставленная цель достигается тем, что вторичная обмотка трансформатора выполнена в виде нескольких витков электрического провода, концы обмотки электрически соединены с трубой длиной L, причем на участке трубы между местами электрического соединения концов обмотки трансформатор с трубой введена неэлектропроводящая герметичная вставка. This goal is achieved in that the secondary winding of the transformer is made in the form of several turns of an electric wire, the ends of the winding are electrically connected to a pipe of length L, and a non-conductive hermetic insert is introduced at the pipe section between the places where the ends of the transformer winding are electrically connected.
Длина трубы определяется из выражения
L где ΔТ требуемое приращение температуры нагреваемой среды; М масса нагреваемой среды; t время, необходимое для нагрева С удельная теплоемкость вещества; ρ- удельное электрическое сопротивление трубы; S площадь сечения металлической части трубы; К коэффициент, учитывающий потери; U напряжение во вторичной обмотке трансформатора.The length of the pipe is determined from the expression
L where ΔТ is the required temperature increment of the heated medium; M is the mass of the heated medium; t is the time required for heating; C is the specific heat of the substance; ρ - electrical resistivity of the pipe; S is the cross-sectional area of the metal part of the pipe; K coefficient taking into account losses; U voltage in the secondary winding of the transformer.
На фиг. 1 показана конструкция электронагревателя, выполненного по п.1 формулы изобретения; на фиг.2 конструкция устройства, реализованного в соответствии с п. 2 формулы изобретения; на фиг.3 эквивалентная электрическая схема трансформатора. In FIG. 1 shows the design of an electric heater according to
Электронагреватель по п.1 формулы изобретения состоит из металлического трубопровода 1, электрической перемычки 2, трансформатора 3 с первичной сетевой обмоткой 4. 5 подводящий патрубок, 6 отводящий патрубок. The electric heater according to
Электронагреватель по п.2 формулы изобретения состоит из трубопровода 1, перемычки 2, трансформатора 3 с первичной обмоткой 4, подводящего патрубка 5, отводящего патрубка 6, неэлектропроводящей вставки 7, вторичной обмотки 8. The electric heater according to claim 2 of the claims consists of a
Подводящий 5 и отводящий 6 патрубки являются продолжением трубопровода 1 и служат для подключения потребителя нагретой среды и источника (фиг.1). Трубопровод 1 является вторичной обмоткой трансформатора 3. Трубопровод образует два-три витка, причем "витки" трубопровода должны быть электрически изолированы друг от друга, а также от сердечника трансформатора. Вторичная обмотка 4 трансформатора подключается к источнику электрической энергии. Перемычка 2 обеспечивает электрическое соединение трубопровода с целью создания замкнутого электрического контура, в которой циркулирует ток вторичной обмотки трансформатора 3.
Отличительной особенностью конструкции на фиг.2 является то, что в разрыв трубопровода 1 введена диэлектрическая вставка 7, которая герметично соединяет отрезки трубопровода 1 и исключает протекание тока вторичной обмотки 8 в месте разрыва трубопровода. Обмотка 8 выполнена толстым проводом с малым электрическим сопротивлением. Места соединения вторичной обмотки 8 с трубопроводом 1 располагаются вблизи концов диэлектрической вставки 7. A distinctive design feature in FIG. 2 is that a dielectric insert 7 is inserted into the rupture of the
Электронагреватель работает следующим образом. The electric heater operates as follows.
При подведении напряжения к первичной обмотке трансформатора 3 в контуре трубопровода 1, имеющего большую проводимость устанавливается большой ток при малой электродвижущей силе. When applying voltage to the primary winding of the transformer 3 in the circuit of the
Это условие предопределяет эффективное рассеивание электрической мощности в виде тепла в теле трубопровода. This condition determines the effective dissipation of electrical power in the form of heat in the body of the pipeline.
Отличительной и положительной стороной предлагаемого электронагревателя является снижение эффекта локализованного (сосредоточенного в малом объеме) нагрева среды, поскольку в предлагаемом устройстве нагревательный элемент имеет относительно большую площадь для теплообмена с подогреваемой средой. При этом нагревательный элемент дополнительно выполняет функцию рубашки, отделяющей подогреваемую среду от внешней среды. A distinctive and positive side of the proposed electric heater is the reduction of the effect of localized (concentrated in a small volume) heating of the medium, since in the proposed device the heating element has a relatively large area for heat exchange with a heated medium. In this case, the heating element additionally performs the function of a shirt separating the heated medium from the external environment.
Следствием увеличения активной площади нагревателя является снижение изменения физических свойств среды и повышение надежности за счет уменьшения эрозии металла нагревателя, уменьшения числа термических трещин, возникающих при больших перепадах температуры. The consequence of increasing the active area of the heater is to reduce changes in the physical properties of the medium and increase reliability by reducing erosion of the metal of the heater, reducing the number of thermal cracks that occur with large temperature differences.
С целью упрощения конструкции электронагревателя возможен вариант его выполнения, отличающийся тем, что обмотка трансформатора из трубопровода заменена проводом с большой проводимостью (фиг.2). Таким образом, устраняется более сложный в изготовлении узел из свернутого в виде витков отрезка трубопровода. При этом, как показано на фиг.2, трубопровод может иметь U-образную форму. Герметичность канала для текучих сред обеспечивается введением в место разрыва патрубка из диэлектрического материала. In order to simplify the design of the electric heater, a variant of its execution is possible, characterized in that the transformer winding from the pipeline is replaced by a wire with high conductivity (Fig. 2). This eliminates the more difficult to manufacture unit from rolled up in the form of turns of a pipe segment. In this case, as shown in figure 2, the pipeline may have a U-shape. The tightness of the fluid channel is provided by introducing a pipe of dielectric material into the rupture site.
Коэффициент полезного действия (КПД) электронагревателя при наличии теплоизоляции трубопровода определяется, в основном, КПД трансформатора. При этом КПД второго варианта электронагревателя очевидно меньше, чем первого варианта из-за потерь во вторичной обмотке трансформатора. The efficiency of the electric heater in the presence of thermal insulation of the pipeline is determined mainly by the efficiency of the transformer. In this case, the efficiency of the second variant of the electric heater is obviously less than the first variant due to losses in the secondary winding of the transformer.
Оценку КПД можно дать с помощью эквивалентной схемы (фиг.3) и конкретного числового примера, параметры для которого взяты из конкретной конструкции электронагревателя, выполненного по п.2 формулы изобретения. Evaluation of the efficiency can be given using the equivalent circuit (figure 3) and a specific numerical example, the parameters for which are taken from the specific design of the electric heater, made according to claim 2 of the claims.
На фиг. 3 резисторы R1, R2, R3 отображают соответственно активные сопротивления первичной, вторичной обмоток и сопротивление трубопровода.In FIG. 3 resistors R 1 , R 2 , R 3 display respectively the active resistances of the primary, secondary windings and the resistance of the pipeline.
Если задать, например, (в соответствии с реальной конструкцией душа) электрическую мощность, рассеиваемую на трубопроводе 4 кВт, то при 4-х метровой длине трубы с сопротивлением R3 0,004 Ом необходим ток
Iн= 1000 A.If you set, for example, (in accordance with the actual design of the shower) the electric power dissipated in the pipeline 4 kW, then with a 4-meter pipe length with a resistance of R 3 0.004 Ohms, a current is required
I n = 1000 A.
Напряжение на концах трубы
UR3 P3/Iн 4000/1000= 4 В.The voltage at the ends of the pipe
UR 3 P 3 / I n 4000/1000 = 4 V.
Для вторичной обмотки использовался многожильный провод толщиной 14 мм. Эта обмотка наматывалась одновременно в три провода и имела 2 витка с общим сопротивлением R2 0,00017 Ом.For the secondary winding, a stranded wire with a thickness of 14 mm was used. This winding was wound simultaneously in three wires and had 2 turns with a total resistance of R 2 of 0.00017 Ohms.
Ток, потребляемой от сети 220 В, составил
Ic Iн•Uн/Uc 1000•4/220 18,2 А.The current consumed from the 220 V network was
I c I n • U n / U c 1000 • 4/220 18.2 A.
Первичная обмотка наматывалась медным проводом сечением 4 мм. Ее сопротивление составило 0,65 Ом. КПД электронагревателя
η= P3/(P1 + P2 + P3) P3/(
η = P 3 / (P 1 + P 2 + P 3 ) P 3 / (
Из расчетов видно, что даже для устройства по п.2 формулы изобретения КПД достаточно велик. From the calculations it is seen that even for the device according to claim 2 of the claims, the efficiency is quite large.
Для того, чтобы получить детальное представление о всех параметрах электронагревателя проведем его расчет. In order to get a detailed idea of all the parameters of the electric heater, we will carry out its calculation.
Предположим, что с помощью устройства требуется нагреть за 5 мин 10 кг воды, изменив ее температуру на 30о.Suppose that using the device you want to heat 10 kg of water in 5 minutes, changing its temperature by 30 about .
Для нагрева воды необходимо совершить работу
Q ΔT•C•M 1200 кДж, где С удельная теплоемкость воды; М масса; ΔТ необходимое приращение температуры.To heat the water, you must do the work
Q ΔT • C • M 1200 kJ, where C is the specific heat of water; M mass; ΔТ is the required temperature increment.
Мощность, отдаваемая системой (без учета энергии, необходимой для однократного нагревания трубы), должна составлять
P Q/t 1200/(5•60) 4 кВт, где t время нагревания воды.The power supplied by the system (excluding the energy required for a single heating of the pipe) should be
PQ / t 1200 / (5 • 60) 4 kW, where t is the time of heating the water.
Учитывая, что число витков в первичной обмотке трансформатора W1 110 а во вторичной W2 2, напряжение во вторичной обмотке
U 220•W2/W1 4 В.Given that the number of turns in the primary winding of the transformer is W 1 110 a in the secondary W 2 2, the voltage in the secondary winding
U 220 • W 2 / W 1 4 V.
Для изготовления электронагревателя используем трубу, у которой сечение металлической части составляет 0,0001 м2.For the manufacture of an electric heater, we use a pipe in which the cross section of the metal part is 0.0001 m 2 .
Найдем необходимую длину трубы по формуле
L 4 M где ρ- удельное электрическое сопротивление стали.Find the required pipe length by the formula
L 4 M where ρ is the electrical resistivity of steel.
Последняя формула получена на основании следующих соотношений. The last formula is obtained on the basis of the following relations.
Для нагрева вещества массой М и теплоемкостью С на ΔТо тепла требуется совершить работу
Q ΔT•C•M.To heat a substance of mass M and heat capacity C by ΔТ , heat is required to complete the work
Q ΔT • C • M.
С другой стороны, мощность электрической энергии, выделяемой в резисторе сопротивлением R, составляет
P I2 • R U2/R, где I ток, протекающий через резистор; U напряжение, приложенное к резистору.On the other hand, the power of electric energy released in the resistor with resistance R is
PI 2 • RU 2 / R, where I is the current flowing through the resistor; U is the voltage applied to the resistor.
За время t нагревания вещества потребуется энергия, равная А P • t, учтем тепловые и электрические потери, введя коэффициент К
Q K • A K • U2 • t/R.During the time t of heating the substance, an energy equal to A P • t will be required, we take into account the heat and electric losses by introducing the coefficient K
QK • AK • U 2 • t / R.
Отсюда электрическое сопротивление трубопровода должно составлять
R K • U2 • t/Q. (1)
Электрическое сопротивление проводника длиной L, сечением S и с удельным сопротивлением ρ находится из соотношения
Rρ•L/S.Hence, the electrical resistance of the pipeline should be
RK • U 2 • t / Q. (one)
The electrical resistance of a conductor of length L, section S, and with specific resistance ρ is found from the relation
Rρ • L / S.
Для обеспечения необходимого сопротивления длина трубопровода должна составлять
L
Подставляя в (1), получим
L
Технико-экономические преимущества.To ensure the necessary resistance, the length of the pipeline should be
L
Substituting in (1), we obtain
L
Technical appraisal and economic benefits.
1. Повышена надежность устройства за счет уменьшения вероятности выхода из строя нагревателя, который представляет собой трубу с большой внутренней поверхностью, при соприкосновении с которой происходит нагрев. Увеличение активной площади нагревателя приводит к уменьшению эрозии металла, уменьшению вероятности возникновения термических трещин, механических напряжений, интенсивности коррозии. 1. Improved reliability of the device by reducing the likelihood of failure of the heater, which is a pipe with a large inner surface, in contact with which there is heating. An increase in the active area of the heater leads to a decrease in metal erosion, a decrease in the likelihood of thermal cracks, mechanical stresses, and corrosion intensity.
2. Безопасность применения достигается посредством снижения электрического напряжения во вторичной обмотке. 2. Application safety is achieved by reducing the voltage in the secondary winding.
3. Данное устройство может дать толчок для создания новых конструкций электронагревателей, принцип действия которых основан на использовании короткозамкнутого витка во вторичной обмотке трансформатора. 3. This device can give impetus to the creation of new designs of electric heaters, the principle of operation of which is based on the use of a short-circuited coil in the secondary winding of the transformer.
Claims (1)
где ΔT T требуемое увеличение температуры нагреваемой среды;
M масса нагреваемой среды;
t время, необходимое для нагрева;
C удельная теплоемкость вещества;
ρ удельное электрическое сопротивление трубы;
S площадь сечения металлической части трубы;
K коэффициент, учитывающий потери;
U напряжение во вторичной обмотке трансформатора.ELECTRIC HEATER OF FLUID AND BULK MEDIA, containing a transformer, a heating element connected to the secondary winding of the transformer with the formation of a closed electrical circuit and made in the form of an electrically conductive pipe in which the heated medium moves, while the ends of the pipe are electrically interconnected by a jumper and hermetically connected to the supply and outlet pipes, characterized in that the secondary winding of the transformer is made in the form of several turns of an electric wire, the ends of the winding are connected They are connected with the pipe, moreover, in the pipe section between the points of connection of the ends of the transformer winding with the pipe, a non-conductive sealed insert is installed, the pipe length L is determined from the expression
where ΔT T is the required increase in temperature of the heated medium;
M is the mass of the heated medium;
t time required for heating;
C is the specific heat of the substance;
ρ electrical resistivity of the pipe;
S is the cross-sectional area of the metal part of the pipe;
K coefficient taking into account losses;
U voltage in the secondary winding of the transformer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93006536A RU2059939C1 (en) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | Electric heater for fluid and loose media |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93006536A RU2059939C1 (en) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | Electric heater for fluid and loose media |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93006536A RU93006536A (en) | 1995-04-30 |
RU2059939C1 true RU2059939C1 (en) | 1996-05-10 |
Family
ID=20136716
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93006536A RU2059939C1 (en) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | Electric heater for fluid and loose media |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2059939C1 (en) |
-
1993
- 1993-02-01 RU RU93006536A patent/RU2059939C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4645906A (en) | Reduced resistance skin effect heat generating system | |
JP3240384B2 (en) | Fluid heating device | |
EP2767141B1 (en) | Electric heating system, a control head and a heating liquid | |
US2497516A (en) | Electrical winding | |
JPS63108151A (en) | Electric fluid heating device | |
CN112996154A (en) | Electrode and resistance hybrid electric heating tube, heater and application thereof | |
EP0122071B1 (en) | Electric heating tape or the like with diagonal electricity feed | |
RU2059939C1 (en) | Electric heater for fluid and loose media | |
RU2171363C1 (en) | Device for well heating | |
GB2147776A (en) | Electrically operated heating installation | |
CN210486046U (en) | Intelligent efficient water body heating type instant electric water heater | |
RU2400944C1 (en) | Vortex induction heater and heating device for premises | |
US3575581A (en) | Heat-generating pipe utilizing skin effect current controlled locally in heat generation by short-circuiting bridges | |
CN108826658B (en) | Instant heating type heater with full water body safely grounded and heating method thereof | |
RU2044415C1 (en) | Electric water heater | |
CN213237988U (en) | Electrically driven water heating device | |
RU137650U1 (en) | FLOWING ELECTRIC HEATER | |
CN214469306U (en) | Electromagnetic induction instant heating type faucet device | |
CN217643767U (en) | Heating member, heating element and towards tooth device | |
RU2053455C1 (en) | Induction electric liquid heater | |
CN2564946Y (en) | Electric water heater driven by inverse isolation transformer | |
RU2030125C1 (en) | Electric water boiler | |
RU2090388C1 (en) | Ac vehicle trolley current collector | |
RU2184910C1 (en) | Heater | |
GB2154402A (en) | Fluid heater |