RU2136123C1

RU2136123C1 - Inductance flow heater

Info

Publication number: RU2136123C1
Application number: RU97120742A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Богатырев; О.В. Вронский; Е.А. Зайцев; Н.Н. Курзин; В.Н. Темников
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: electrical heating equipment for chemistry, medicine and agriculture. SUBSTANCE: each phase of heater has winding, multiple-layer magnetic circuit, which is made from coaxial hollow pipes. Outer pipe is non- magnetic, inner pipe is ferromagnetic. Space between pipes is provided for passing and double-side heating of liquid. In addition device has simistor voltage regulator 9, phase-pulse control unit 10, zero device 11, and temperature detector 8. Heater windings 1 are connected to power supply A, B, C by means of triac voltage regulator 9, which is connected to phase-pulse device assembly 10 and to temperature detector 8 through zero device 11. Temperature detector 8 has connection to inner ferromagnetic tube which contains bladed magnetic circuit, which is made from electric steel. Inlets and outlets of device provide input and output of liquid. Tube is covered by caps on both sides in order to provide insulation of windings. EFFECT: increased efficiency, temperature stabilization. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим нагревательным устройствам и может быть использовано для нагрева жидкостей в химической, медицинской промышленности и сельском хозяйстве. The invention relates to electric heating devices and can be used to heat liquids in the chemical, medical industry and agriculture.

В индукционных нагревателях (авт. св. N 522244, кл.C 21 D 1/10, C 10 J 3/56) используют вихревые токи, наводимые в проводниках при помещении их в переменное магнитное поле. Induction heaters (ed. St. N 522244, class C 21 D 1/10, C 10 J 3/56) use eddy currents induced in the conductors when they are placed in an alternating magnetic field.

Известные индукционные нагреватели имеют ряд недостатков, заключающихся в низких энергетических показателях. Known induction heaters have a number of disadvantages, consisting in low energy performance.

Наиболее близким по техническому решению является индукционный нагреватель по патенту ГДР N 46314 (2rh18/29). The closest in technical solution is the induction heater according to the patent of the GDR N 46314 (2rh18 / 29).

Известный индукционный нагреватель содержит индуктор (обмотку), ферромагнитный магнитопровод, выполненный в виде коаксиальных полых труб с зазором для прохода жидкости, в котором наружная - немагнитная. Недостатком известного нагревателя является низкий коэффициент мощности, неравномерность нагрева внутренней и наружной трубы, зависимость температуры нагреваемой жидкости от расхода. The known induction heater contains an inductor (winding), a ferromagnetic magnetic circuit, made in the form of coaxial hollow pipes with a gap for the passage of fluid, in which the external is non-magnetic. A disadvantage of the known heater is the low power factor, uneven heating of the inner and outer pipes, the dependence of the temperature of the heated fluid on the flow.

Техническим решением предлагаемого изобретения является повышение энергетических показателей и стабилизация температуры при различных расходах жидкости. The technical solution of the invention is to increase energy performance and temperature stabilization at various flow rates.

Поставленная задача достигается тем, что индукционный проточный нагреватель, содержащий в каждой фазе обмотку и многослойный магнитопровод, выполненный в виде коаксиальных полых труб, одна из которых, наружная - немагнитная, а внутренняя - ферромагнитная с зазором между ними для прохождения и двухстороннего обогрева жидкости, дополнительно содержит симисторный регулятор напряжения, блок фазоимпульсного управления, нуль орган и датчик температуры, причем обмотки нагревателя соединены с сетью посредством симисторного регулятора напряжения, а последний с блоком фазоимпульсного управления и через нуль орган с датчиком температуры, имеющим тепловой контакт с внутренней ферромагнитной трубой, содержащей внутри себя магнитопровод из электротехнической стали. The task is achieved in that the induction flow heater, containing in each phase a winding and a multilayer magnetic circuit, made in the form of coaxial hollow tubes, one of which, the outer one is non-magnetic, and the inner one is ferromagnetic with a gap between them for passing and two-sided heating of the liquid, additionally contains a triac voltage regulator, a phase-pulse control unit, a zero organ and a temperature sensor, the heater windings being connected to the network via a triac voltage regulator and the latter with a phase-pulse control unit and through zero an organ with a temperature sensor having thermal contact with an internal ferromagnetic pipe containing a magnetic circuit made of electrical steel.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена введением симисторного регулятора напряжения с блоком фазоимпульсного управления с обратной связью по температуре, в виде датчика имеющего тепловой контакт с внутренней ферромагнитной трубой, содержащей внутри себя магнитопровод из электротехнической стали. The novelty of the claimed technical solution is due to the introduction of a triac voltage regulator with a phase-phase control unit with temperature feedback, in the form of a sensor having thermal contact with an internal ferromagnetic pipe containing a magnetic circuit made of electrical steel.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи и известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения. According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task and the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Индукционный проточный нагреватель исследован в лабораторных и полевых условиях. The proposed solution is industrially applicable. Induction flow heater investigated in laboratory and field conditions.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид одной фазы нагревателя с частичным продольным разрезом. На фиг. 2 - поперечный разрез одной фазы индукционного нагревателя. На фиг. 3 - электрическая схема нагревателя. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of one phase of a heater with a partial longitudinal section. In FIG. 2 is a cross-sectional view of one phase of an induction heater. In FIG. 3 - electric circuit of the heater.

Индукционный проточный нагреватель (фиг. 2, 3) состоит из обмотки 1, которая намотана на немагнитную токопроводящую трубу 2, закрытую с двух сторон крышками 3 с патрубками 4 для подвода и отвода жидкости. Внутри немагнитной трубы 2 находится ферромагнитная труба 5 герметически закрытая, с шихтованным магнитопроводом из электротехнической стали 6. Между трубами 2 и 5 имеется зазор 7 для прохождения нагреваемой жидкости в тонком слое. На внутренней ферромагнитной трубе 5 закреплен датчик температуры 8. Induction flow heater (Fig. 2, 3) consists of a winding 1, which is wound on a non-magnetic conductive pipe 2, closed on both sides by covers 3 with nozzles 4 for supplying and discharging liquid. Inside the non-magnetic pipe 2 is a ferromagnetic pipe 5 hermetically sealed, with a lined magnetic circuit made of electrical steel 6. Between the pipes 2 and 5 there is a gap 7 for the passage of the heated fluid in a thin layer. A temperature sensor 8 is fixed to the inner ferromagnetic pipe 5.

Обмотки 1 индукционного нагревателя подключаются к сети A, B, C через симисторный регулятор 9 с блоком фазоимпульсного управления 10, а последний через нуль орган 11 с датчиком температуры 8, имеющим тепловой контакт с внутренней ферромагнитной трубой 5. The windings 1 of the induction heater are connected to the network A, B, C through a triac controller 9 with a phase-pulse control unit 10, and the last through zero organ 11 with a temperature sensor 8 having thermal contact with the internal ferromagnetic pipe 5.

Действие индукционного проточного нагревателя основано на использовании поверхностного эффекта в металлических магнитопроводах, поэтому увеличение их технологических и энергетических показателей возможно прежде всего путем создания условий для более резкого проявления поверхностного эффекта. The action of the induction flow heater is based on the use of the surface effect in metal magnetic circuits, therefore, an increase in their technological and energy indicators is possible primarily by creating conditions for a sharper manifestation of the surface effect.

Индукционный проточный нагреватель работает следующим образом. Электромагнитное поле, создаваемое каждой обмоткой, пронизывает магнитопровод. Немагнитная труба работает как короткозамкнутый виток, вызывая активные потери по всей длине. Ферромагнитная труба (определенной толщины, например 5 см) для определенной напряженности магнитного поля (например, 70000 А/м) является полупрозрачной. т.е. электромагнитная волна может проникнуть через толщину трубы и возбудить в ней вихревые токи и соответственно потери энергии. Но окончательно электромагнитная волна не затухает и достигает шихтованного сердечника в котором возникает поток магнитной индукции, последний наводит вторичную ЭДС в ферромагнитной трубе, создает ярко выраженный поверхностный эффект и дополнительные потери. Induction flow heater operates as follows. The electromagnetic field created by each winding penetrates the magnetic circuit. A non-magnetic pipe acts as a short-circuited coil, causing active losses along the entire length. A ferromagnetic pipe (of a certain thickness, for example 5 cm) for a certain magnetic field strength (for example, 70,000 A / m) is translucent. those. an electromagnetic wave can penetrate through the thickness of the pipe and induce eddy currents in it and, accordingly, energy loss. But finally, the electromagnetic wave does not decay and reaches the burnt core in which a magnetic flux occurs, the latter induces a secondary EMF in the ferromagnetic pipe, creates a pronounced surface effect and additional losses.

Таким образом в трубах создаются активные потери, вызывающие их нагрев. Поэтому при прохождении жидкости между трубами последняя равномерно нагревается с двух сторон. Thus, active losses are created in the pipes, causing them to heat up. Therefore, with the passage of fluid between the pipes, the latter is evenly heated on both sides.

Технологически индукционный проточный нагреватель работает следующим образом. Обмотки нагревателя подключаются к сети A, B, C. Задатчиком температуры (например потенциометром) задается сигнал управления U_зад.. Жидкость последовательно проходит по нагревателям.Technologically induction flow heater operates as follows. The windings of the heater are connected to the network A, B, C. The temperature controller (for example, a potentiometer) sets the control signal U _ass. . The fluid flows sequentially through the heaters.

При установившемся расходе жидкости угол открытия симисторов имеет фиксированное значение и температура жидкости на выходе стабильна. With a steady flow of fluid, the opening angle of the triacs has a fixed value and the temperature of the fluid at the outlet is stable.

При увеличении расхода жидкости температура снижается, сигнал обратной связи уменьшается, суммарный сигнал управления возрастает, увеличивается угол открытия симисторов, возрастает напряженность магнитного поля, соответственно потери и температура на выходе стабилизируется. С другой стороны, с увеличением угла открытия симисторов возрастает амплитуда высших гармонических составляющих, что приводит к появлению ярко выраженного поверхностного эффекта и более быстрому нагреву жидкости. Все это позволяет при различных расходах жидкости иметь высокую стабильность температуры. With an increase in the liquid flow, the temperature decreases, the feedback signal decreases, the total control signal increases, the opening angle of the triacs increases, the magnetic field increases, respectively, the losses and the output temperature stabilize. On the other hand, with an increase in the opening angle of the triacs, the amplitude of the higher harmonic components increases, which leads to the appearance of a pronounced surface effect and faster heating of the liquid. All this makes it possible to have high temperature stability at various liquid flow rates.

Claims

An induction flow heater containing in each phase a winding and a multilayer magnetic core made in the form of coaxial hollow tubes, one of which, the outer one is non-magnetic, and the inner one is ferromagnetic with a gap between them for passing and two-sided heating of the liquid, characterized in that it additionally contains triac voltage regulator, phase-pulse control unit, zero-organ and temperature sensor, moreover, the heater windings are connected to the network via a triac voltage regulator, and the latter with eye positionally control and a zero-body with a temperature sensor having thermal contact with internal ferromagnetic tube containing inside a magnetic circuit of the electrical steel.