RU209781U1

RU209781U1 - Fluid Induction Heater

Info

Publication number: RU209781U1
Application number: RU2021105855U
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Шлёнских
Original assignee: Валерий Васильевич Шлёнских
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-03-23

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для отопления жилых помещений и нагревания воды с меньшими затратами электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе текучих сред. Индукционный нагреватель текучих сред содержит «Ш»-образный трансформатор, первый, второй и третий теплообменники, расположенные на соответствующих стержнях «Ш»-образного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения, трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников, трубопровод для подачи нагреваемой жидкости, через узел кавитации на вход трубопровода для подачи нагреваемой жидкости, установленный в нижней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям теплообменников. Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в снижении потребляемой электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used for heating residential premises and heating water with less electrical energy used to heat a fluid in an induction fluid heater. SUBSTANCE: fluid induction heater comprises a "W"-shaped transformer, first, second and third heat exchangers located on the corresponding rods of the "W"-shaped transformer and connected by the corresponding terminals of their electrically conductive windings to an alternating voltage network, a pipeline for supplying the heated liquid to the consumer, installed in the upper part of the "Ш"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks, the pipeline for supplying the heated liquid, through the cavitation unit to the inlet of the pipeline for supplying the heated liquid, installed in the lower part of the "Ш"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchangers. The technical result achieved by the proposed technical solution is to reduce the consumption of electrical energy used to heat the fluid in the induction heater.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для отопления жилых помещений и нагревания воды с меньшими затратами электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе текучих сред.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used for heating residential premises and heating water with less electrical energy used to heat a fluid in an induction fluid heater.

Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения RU №139556, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:Similar technical solutions are known, see, for example, the description of the invention RU No. 139556, which contains the following set of essential features:

шихтованный «Ш»-образный трансформатор;laminated "W"-shaped transformer;

первый, второй и третий теплообменники для нагреваемой жидкости, каждый из которых выполнен в виде электропроводящей обмотки, расположенной на внешней поверхности соответствующего стержня шихтованного «Ш»-образного трансформатора, подсоединяемой к сети переменного напряжения, первого металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью над внешней поверхностью электропроводящей обмотки и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков электропроводящей обмотки, второго металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью с зазором относительно внешней поверхности первого металлического пустотелого цилиндра и образующими герметичную емкость для нагревания текучей жидкости;the first, second and third heat exchangers for the heated liquid, each of which is made in the form of an electrically conductive winding located on the outer surface of the corresponding rod of the laminated "W"-shaped transformer connected to the AC voltage network, the first metal hollow cylinder located with its inner surface above the outer by the surface of the electrically conductive winding and sealed by its upper and lower end surfaces relative to the corresponding sections of the electrically conductive winding, the second metal hollow cylinder, located by its inner surface with a gap relative to the outer surface of the first metal hollow cylinder and forming a sealed container for heating the fluid liquid;

трубопровод для подачи текучей среды в герметичные емкости, установленный в нижней части «Ш»-образного шихтованного трансформатора и подсоединенный своими соответствующими участками своей внешней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним поверхностям емкостей теплообменников;a pipeline for supplying fluid to sealed containers, installed in the lower part of the "W"-shaped laminated transformer and connected by its respective sections of its outer surface through nozzles to the respective inner surfaces of the heat exchanger containers;

трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников.a pipeline for supplying the heated liquid to the consumer, installed in the upper part of the laminated "W"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface through the nozzles to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks.

Общими признаками предлагаемого к патентованию технического решения и выше охарактеризованного аналогичного технического решения являются:The common features of the technical solution proposed for patenting and the similar technical solution described above are:

первый, второй и третий теплообменники для нагревания текучей жидкости, расположенные на соответствующих стержнях «Ш»-образного шихтованного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения;the first, second and third heat exchangers for heating the fluid liquid, located on the respective rods of the "W"-shaped laminated transformer and connected by the respective conclusions of their electrically conductive windings to the AC voltage network;

трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного шихтованного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников;a pipeline for supplying the heated liquid to the consumer, installed in the upper part of the "W"-shaped laminated transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks;

трубопровод для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, установленный в нижней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников.a pipeline for supplying a fluid liquid to the heat exchanger tanks, installed in the lower part of the laminated "W"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks.

Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения RU №2371889, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:A similar technical solution is also known, see the description of the invention RU No. 2371889, which is selected as the closest analogue, prototype and which contains the following set of essential features:

«Ш»-образный трансформатор;"W"-shaped transformer;

первый, второй и третий теплообменники для нагреваемой жидкости, каждый из которых выполнен в виде электропроводящей обмотки, расположенной на внешней поверхности соответствующего стержня «Ш»-образного трансформатора, подсоединяемой к сети переменного напряжения, первого металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью над внешней поверхностью электропроводящей обмотки и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков электропроводящей обмотки, второго металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью с зазором относительно внешней поверхности первого металлического пустотелого цилиндра и образующими герметичную емкость для нагревания текучей жидкости;the first, second and third heat exchangers for the heated liquid, each of which is made in the form of an electrically conductive winding located on the outer surface of the corresponding rod of the "W"-shaped transformer connected to the AC voltage network, the first metal hollow cylinder located with its inner surface above the outer surface electrically conductive winding and sealed with its upper and lower end surfaces relative to the corresponding sections of the electrically conductive winding, the second metal hollow cylinder, located with its inner surface with a gap relative to the outer surface of the first metal hollow cylinder and forming a sealed container for heating the fluid liquid;

трубопровод для подачи текучей среды в герметичные емкости, установленный в нижней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный своими соответствующими участками своей внешней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним поверхностям емкостей теплообменника;a pipeline for supplying fluid to the sealed containers installed at the bottom of the "W"-shaped transformer and connected by its respective portions of its outer surface through pipes to the respective inner surfaces of the heat exchanger containers;

трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним полостям емкостных теплообменников.a pipeline for supplying the heated liquid to the consumer, installed in the upper part of the "W"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface through branch pipes to the corresponding internal cavities of the capacitive heat exchangers.

Общими признаками предлагаемого технического решения к патентованию и прототипа являются:Common features of the proposed technical solution for patenting and prototype are:

«Ш»-образный трансформатор;"W"-shaped transformer;

первый, второй и третий теплообменники для нагревания текучей жидкости, расположенные на соответствующих стержнях «Ш»-образного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения;the first, second and third heat exchangers for heating the fluid liquid, located on the respective rods of the "W"-shaped transformer and connected by the respective conclusions of their electrically conductive windings to the AC voltage network;

трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников;a pipeline for supplying the heated liquid to the consumer, installed in the upper part of the "W"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks;

трубопровод для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, установленный в нижней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников.a pipeline for supplying a fluid liquid to the heat exchanger tanks, installed in the lower part of the "W"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks.

Технический результат, который невозможно достичь выше охарактеризованными аналогичными техническими решениями, заключается в снижении потребляемой электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе.The technical result, which cannot be achieved by the similar technical solutions described above, is to reduce the consumed electrical energy used to heat the fluid in the induction heater.

Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что вопросам использования устройств кавитации в индукционных нагревателях текучих сред должного внимания не уделялось.The reason for the impossibility of achieving the above technical result is that the use of cavitation devices in induction fluid heaters has not been given due attention.

Учитывая характеристики и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача использования устройств кавитации в индукционных нагревателях текучих сред, является актуальной на сегодняшний день.Taking into account the characteristics and analysis of known similar technical solutions, it can be concluded that the task of using cavitation devices in induction fluid heaters is relevant today.

Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в том, что индукционный нагреватель текучих сред, содержащий шихтованный «Ш»-образный трансформатор, первый, второй и третий теплообменники для нагревания текучей жидкости, расположенные на соответствующих стержнях шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения, трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников, трубопровод для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, установленный в нижней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников, и источник нагреваемой жидкости, снабжен узлом кавитации, подсоединенным своим входом к выходу источника нагреваемой жидкости и своим выходом к входу трубопровода для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников. При этом узел кавитации выполнен в виде отрезка металлической трубы с местным сужением, выполненным на соответствующем участке внешней поверхности металлической трубы.The technical result achieved by the proposed technical solution is that the induction fluid heater containing the laminated "W"-shaped transformer, the first, second and third heat exchangers for heating the fluid, located on the respective rods of the laminated "W"-shaped transformer and connected by the corresponding terminals of their electrically conductive windings to the alternating voltage network, a pipeline for supplying a heated liquid to a consumer, installed in the upper part of a laminated "Ш"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks, a pipeline for supplying a fluid liquid to heat exchanger tanks, installed in the lower part of the laminated "W"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of its inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks, and the source of heated liquid is provided with a cavitation unit connected by its inlet to the outlet of the source of the heated liquid and its outlet to the inlet of the pipeline for supplying fluid to the heat exchanger tanks. In this case, the cavitation unit is made in the form of a segment of a metal pipe with a local narrowing made on the corresponding section of the outer surface of the metal pipe.

Введение узла кавитации в индукционный нагреватель текучих сред и его подсоединения, как это указано выше, при подаче нагреваемой жидкости с выхода источника нагреваемой жидкости на вход узла кавитации и ее прохождение через внутреннюю поверхность узла кавитации, на выходе местного сужения отрезка металлической трубы образуется зона разряжения с кавитационными пузырьками, которые при дальнейшем прохождении внутри трубопровода, поступают в зону с повышенным давлением и схлопываются. При этом из кавитационных пузырьков выделяется тепловая энергия, которая обеспечивает предварительный и дополнительный нагрев жидкости, поступающей с выхода источника нагреваемой жидкости, и обеспечивает меньшие затраты электрической энергии, направленные на нагревание жидкости. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.The introduction of the cavitation unit into the induction fluid heater and its connection, as indicated above, when the heated liquid is supplied from the outlet of the source of the heated liquid to the inlet of the cavitation unit and its passage through the inner surface of the cavitation unit, at the outlet of the local narrowing of the metal pipe segment, a rarefaction zone is formed with cavitation bubbles, which, upon further passage inside the pipeline, enter the zone with increased pressure and collapse. At the same time, thermal energy is released from the cavitation bubbles, which provides preliminary and additional heating of the liquid coming from the output of the source of the heated liquid, and provides less electrical energy spent on heating the liquid. What is the achievement of the above technical result.

Предлагаемый к патентованию индукционный нагреватель текучих сред поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема индукционного нагревателя текучих сред и на фиг. 2 представлена конструкция теплообменника.The induction fluid heater proposed for patenting is illustrated by the following description and drawings, where in FIG. 1 is a functional diagram of an induction fluid heater and FIG. 2 shows the design of the heat exchanger.

Индукционный нагреватель текучих сред содержит:An induction fluid heater contains:

шихтованный «Ш»-образный трансформатор - 1;laminated "W"-shaped transformer - 1;

первый - 2, второй - 3 и третий - 4 теплообменники для нагреваемой текучей жидкости, каждый из которых выполнен в виде электропроводящей обмотки 5, расположенной на внешней поверхности соответствующего стержня 6 шихтованного «Ш»-образного трансформатора 1 и подсоединенной своими соответствующими выводами через выключатель 7 к сети переменного напряжения, первого металлического пустотелого цилиндра 8, расположенного своей внутренней поверхностью над внешней поверхностью электропроводящей обмотки 5 и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков электропроводящей обмотки 5, второго металлического пустотелого цилиндра 9, расположенного своей внутренней поверхностью с зазором относительно внешней поверхности первого металлического пустотелого цилиндра 8 и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков первого металлического пустотелого цилиндра 8 и образующими герметичную емкость для нагревания текучей жидкости;the first - 2, the second - 3 and the third - 4 heat exchangers for the heated fluid liquid, each of which is made in the form of an electrically conductive winding 5 located on the outer surface of the corresponding rod 6 of the laminated "W"-shaped transformer 1 and connected by its respective outputs through the switch 7 to the AC voltage network, the first hollow metal cylinder 8, located with its inner surface above the outer surface of the electrically conductive winding 5 and sealed with its upper and lower end surfaces relative to the corresponding sections of the electrically conductive winding 5, the second hollow metal cylinder 9, located with its inner surface with a gap relative to the outer surface of the first metal hollow cylinder 8 and sealed with its upper and lower end surfaces relative to the corresponding sections of the first metal hollow cylinder 8 and forming a hermetic yu capacity for heating fluid liquid;

трубопровод 10, для подачи текучей среды в герметичные емкости теплообменников 2, 3, 4, установленный в нижней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора 1 и подсоединенный своими соответствующими участками своей верхней поверхности через патрубки (на чертежах не обозначенных) к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников 2, 3, 4;pipeline 10 for supplying fluid to sealed containers of heat exchangers 2, 3, 4, installed in the lower part of the laminated "W"-shaped transformer 1 and connected by its respective sections of its upper surface through nozzles (not indicated in the drawings) to the corresponding internal cavities of the containers heat exchangers 2, 3, 4;

узел 11 кавитации, выполненный в виде отрезка металлической трубы с местным сужением, выполненным на соответствующем участке внешней поверхности металлической трубы с образованием зоны 12 разряжения внутри отрезка металлической трубы на выходе местного сужения и подсоединенный своим входом к выходу источника 13 нагреваемой жидкости и своим выходом к входу трубопровода 10 для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников 2, 3, 4;cavitation unit 11 made in the form of a section of a metal pipe with a local constriction, made on the corresponding section of the outer surface of the metal pipe with the formation of a rarefaction zone 12 inside the segment of the metal pipe at the outlet of the local constriction and connected by its inlet to the outlet of the source 13 of the heated liquid and by its outlet to the inlet pipeline 10 for supplying fluid to the tanks of the heat exchangers 2, 3, 4;

трубопровод 14 для подачи нагреваемой жидкости к потребителю 15, установленный в верхней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора 1 и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности через патрубки (на чертежах не обозначенных) к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников 2, 3, 4.pipeline 14 for supplying the heated liquid to the consumer 15, installed in the upper part of the laminated "W"-shaped transformer 1 and connected by the corresponding sections of its inner surface through pipes (not indicated in the drawings) to the corresponding internal cavities of the tanks of the heat exchangers 2, 3, 4.

Предлагаемый к патентованию индукционный нагреватель текучих сред работает следующим образом.The induction fluid heater proposed for patenting operates as follows.

При заполнении емкостей первого 2, второго 3 и третьего 4 теплообменников нагреваемой текучей средой с помощью трубопровода 10 для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, первичные электропроводящие обмотки 5, используя выключатель 7, подключают к сети переменного напряжения. В сердечниках 6 «Ш»-образного трансформатора 1 создается переменное магнитное поле, которое в поверхностях первого металлического пустотелого цилиндра 8 индуцирует токи, вызывающие их нагрев. Тепло от нагретых поверхностей первого металлического пустотелого цилиндра 8 передается текучей среде, поступающей в первую 2, вторую 3 и третью 4 емкости теплообменников нагреваемой текущей среды и по трубопроводу 14 передается к потребителю 15. Одновременно с этим с выхода источника 13 нагреваемой жидкости, поступившая на вход узла 11 кавитации нагреваемая жидкость при прохождении через внутреннюю поверхность узла 11 кавитации, на выходе местного сужения отрезка металлической трубы, образует зону разряжения с кавитационными пузырьками, которые при дальнейшем прохождении внутри трубопровода 10, поступают в зону с повышенным давлением и схлопываются. При этом из кавитационных пузырьков выделяется тепловая энергия, которая обеспечивает первоначальный нагрев жидкости, поступающей с выхода источника 13 нагреваемой жидкости и обеспечивает при этом меньшие затраты электрической энергии, направленные на нагревание жидкости.When filling the tanks of the first 2, second 3 and third 4 heat exchangers with a heated fluid medium using a pipeline 10 for supplying fluid to the heat exchanger tanks, the primary electrically conductive windings 5 are connected to an alternating voltage network using a switch 7. In the cores 6 of the "W"-shaped transformer 1, an alternating magnetic field is created, which induces currents in the surfaces of the first metal hollow cylinder 8, causing them to heat up. The heat from the heated surfaces of the first metal hollow cylinder 8 is transferred to the fluid medium entering the first 2, second 3 and third 4 tanks of the heat exchangers of the heated current medium and is transferred through the pipeline 14 to the consumer 15. cavitation unit 11, the heated liquid, when passing through the inner surface of the cavitation unit 11, at the exit of the local narrowing of the metal pipe segment, forms a rarefaction zone with cavitation bubbles, which, upon further passage inside the pipeline 10, enter the zone with increased pressure and collapse. In this case, thermal energy is released from the cavitation bubbles, which provides initial heating of the liquid coming from the output of the source 13 of the heated liquid and, at the same time, provides less electrical energy consumption aimed at heating the liquid.

Таким образом, предлагаемый к патентованию индукционный нагреватель текучих сред, за счет использования кавитационных пузырьков, обеспечивающих при их схлопывании, первоначальный нагрев жидкости, поступающей с выхода источника нагреваемой жидкости обеспечивает меньшие затраты электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе текучих сред.Thus, the induction fluid heater proposed for patenting, due to the use of cavitation bubbles, which provide, when they collapse, the initial heating of the liquid coming from the outlet of the source of the heated fluid provides less electrical energy used to heat the fluid in the induction fluid heater.

Claims

Fluid induction heater containing a "W"-shaped transformer, the first, second and third heat exchangers for heating the fluid liquid, located on the respective rods of the "W"-shaped transformer and connected by the corresponding terminals of the electrically conductive windings to the AC voltage network, a pipeline for supplying the heated liquid to the consumer, installed in the upper part of the "Ш"-shaped transformer and connected by the corresponding sections of the inner surface to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks, surfaces to the corresponding internal cavities of the heat exchanger tanks, and the source of the heated liquid, characterized in that the induction fluid heater is equipped with a cavitation unit in the form of a section of a metal pipe with a narrowing, made m on the section of the outer surface of the metal pipe with the formation of a discharge zone inside the segment of the metal pipe and connected by its inlet to the outlet of the source of the heated liquid and its outlet to the inlet of the pipeline for supplying fluid to the heat exchanger tanks.