Изобретение относится к электроводонагревателям и предназначено для горячего водоснабжения жилых домов, небольших промышленных и сельскохозяйственных объектов. The invention relates to electric heaters and is intended for hot water supply of residential buildings, small industrial and agricultural facilities.
Уровень изобретения известен из индукционного нагревателя текучей среды, содержащего кольцевой магнитопровод, охваченный первичной обмоткой, размещенной внутри вторичной обмотки, выполненной в виде кольцеобразной короткозамкнутой камеры [1]
Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для подключения только к однофазной сети переменного тока. При использовании в качестве источника энергии трехфазной сети переменного тока необходимы три таких нагревателя, что приводит к повышенному расходу активных и конструкционных материалов.The level of the invention is known from an induction fluid heater containing an annular magnetic circuit enclosed by a primary winding located inside the secondary winding, made in the form of an annular short-circuited chamber [1]
The disadvantage of this device is that it is designed to connect only to a single-phase AC network. When using a three-phase AC network as an energy source, three such heaters are necessary, which leads to an increased consumption of active and structural materials.
Известен также электронагреватель трансформаторного типа для нагрева текучей среды, представляющий собой трансформатор с многовитковой первичной обмоткой и вторичной обмоткой в виде витка, выполненного как корпус для подачи воды. Корпус охватывает первичную обмотку либо расположен внутри нее и связан с ней через теплопроводный и неэлектропроводный материал. Для подачи текучей среды в корпус выполнены каналы. Текучая среда нагревается от вторичного витка и одновременно служит охлаждающей средой для корпуса [2]
Недостатком данного устройства является то, что корпус, предназначенный для нагрева текучей среды, отдает тепло не только в нагреваемую жидкость, но и рассеивает его в окружающую среду, что приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства.A transformer type electric heater for heating a fluid is also known, which is a transformer with a multi-turn primary winding and a secondary winding in the form of a coil made as a housing for supplying water. The housing covers the primary winding or is located inside it and is connected with it through heat-conducting and non-conductive material. Channels are provided for supplying fluid to the housing. The fluid is heated from the secondary coil and at the same time serves as a cooling medium for the housing [2]
The disadvantage of this device is that the housing, designed to heat the fluid, gives off heat not only to the heated fluid, but also dissipates it into the environment, which leads to a decrease in the efficiency of the device.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является электроводонагреватель, представляющий собой трансформатор, по вторичной обмотке которого, выполненного в виде трубки из нержавеющей стали, циркулирует нагреваемая жидкость. Вторичная обмотка выполнена короткозамкнутой и расположена на одном сердечнике с первичной обмоткой, питаемой от сети [3,4]
В этом электронагревателе вторичная обмотка, выполненная в виде трубки, отдает тепло в нагреваемую жидкость только от внутренней поверхности трубки, в то время как тепло от ее внешней поверхности отдается в окружающую среду, что приводит к снижению коэффициента полезного действия устройства. Кроме того, электронагревательные устройства с трубчатыми обмотками такого типа имеют низкий коэффициент мощности, обусловленный значительными индуктивностями рассеяния вторичной обмотки.The closest in technical essence to the claimed invention is an electric water heater, which is a transformer, the secondary winding of which, made in the form of a stainless steel tube, circulates the heated fluid. The secondary winding is made short-circuited and located on the same core as the primary winding, powered from the network [3,4]
In this electric heater, the secondary winding, made in the form of a tube, transfers heat to the heated liquid only from the inner surface of the tube, while heat from its outer surface is transferred to the environment, which leads to a decrease in the efficiency of the device. In addition, electric heating devices with tubular windings of this type have a low power factor due to the significant dissipation inductances of the secondary winding.
Сущность изобретения заключается в следующем. Изобретение направлено на повышение энергетических показателей и улучшение массогабаритных показателей электронагревательного устройства. Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи,заключается в достижении максимальных значений коэффициента полезного действия и коэффициента мощности при минимальном расходе активных и конструкционных материалов. The invention consists in the following. The invention is aimed at improving energy performance and improving the overall dimensions of the electric heating device. The technical result obtained when solving the problem is to achieve maximum values of efficiency and power factor with a minimum consumption of active and structural materials.
Электронагреватель трансформаторного типа имеет пространственных магнитопровод с трехфазной первичной обмоткой и короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную из прямых трубок, размещенных между стержнями магнитопровода с первичной обмоткой и соединенных на концах дисками, причем вторичная обмотка совместно с корпусной оболочкой создает герметичную камеру. The transformer type electric heater has a spatial magnetic circuit with a three-phase primary winding and a short-circuited secondary winding made of straight tubes placed between the rods of the magnetic circuit with the primary winding and connected at the ends by disks, and the secondary winding together with the casing creates a sealed chamber.
На чертеже показан электроводонагреватель трансформаторного типа с пространственным магнитопроводом, стержни 1 которого расположены в одной плоскости под углом 120o относительно друг друга и охвачены кольцеобразным ярмом 2. На стержнях 1 размещена трехфазная первичная обмотка 3. Вторичная короткозамкнутая обмотка выполнена в виде трубок 4, предназначенных для прохождения нагреваемой жидкости, которые накоротко замкнуты на концах дисками 5. Трубки 4 размещены между стержнями 1 магнитопровода параллельно оси магнитной системы. Вторичная обмотка вместе с корпусной оболочкой 6 создает герметичную камеру, внутри которой размещен магнитопровод с первичной обмоткой.The drawing shows a transformer type electric heater with a spatial magnetic circuit, the rods 1 of which are located in the same plane at an angle of 120 o relative to each other and are surrounded by an annular yoke 2. On the rods 1 there is a three-phase primary winding 3. The secondary short-circuited winding is made in the form of tubes 4 designed for the passage of the heated fluid, which is short-circuited at the ends of the disks 5. The tubes 4 are placed between the rods 1 of the magnetic circuit parallel to the axis of the magnetic system. The secondary winding together with the casing 6 creates a sealed chamber, inside of which there is a magnetic circuit with a primary winding.
Устройство работает следующим образом. При подключении первичной обмотки к трехфазной сети по ней протекает переменный ток, создающий изменяющийся во времени магнитный поток магнитной системы устройства. Этот магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке электродвижущуюся силу, под действием которой по вторичной обмотке протекает трехфазный переменный ток. При протекании этого тока во вторичной обмотке выделяется тепло, передаваемое нагреваемой жидкости. The device operates as follows. When the primary winding is connected to a three-phase network, alternating current flows through it, creating a time-varying magnetic flux of the device’s magnetic system. This magnetic flux induces an electromotive force in the secondary winding, under the influence of which a three-phase alternating current flows through the secondary winding. When this current flows in the secondary winding, heat is transferred to the heated fluid.
Вследствие того, что конструкция электроводонагревателя герметична, он может быть целиком помещен в нагреваемую жидкость. Поэтому вся тепловая мощность, выделяемая в нем, полностью передается в нагреваемую жидкость, что обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия устройства. Due to the fact that the design of the electric heater is tight, it can be entirely placed in a heated liquid. Therefore, all the heat power released in it is completely transferred to the heated fluid, which ensures the maximum efficiency of the device.