RU2150795C1

RU2150795C1 - Fluid heater

Info

Publication number: RU2150795C1
Application number: RU98119480A
Authority: RU
Inventors: В.И. Самофалов; Г.Н. Лаврухин; Ю.С. Оводовский
Original assignee: Самофалов Вячеслав Игнатьевич
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: electrical and power engineering; heat and hot-water supply systems for domestic and industrial users. SUBSTANCE: transformer-type fluid heater has heating unit which is, essentially, enclosed concentric cavity made of high-resistance nonmagnetic material incorporating additional ring of low-resistance nonmagnetic material; enclosed cavity is shaped to minimize hydraulic loss; additional ring is perforated in coolant inlet and outlet regions or over entire perimeter of ring. Additional ring may be ribbed or built up of set of flat rings joined together with cross bars to improve heat transfer. Transformer primary winding may be sectionalized with heating unit placed between sections. EFFECT: improved reliability and reduced material input. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может применяться для отопления и горячего водоснабжения бытовых и производственных помещений. The invention relates to electrical engineering and electric power industry and can be used for heating and hot water supply of domestic and industrial premises.

Известен индукционный нагреватель жидкости (а.с. SU 1089768, кл. H 05 B 6/10, 1982), выполненный в виде трансформатора, вторичная обмотка которого представляет собой замкнутую трубку из немагнитного электропроводящего материала с входным и выходным патрубками, через которую протекает нагреваемая жидкость. Known induction fluid heater (AS SU 1089768, class H 05 B 6/10, 1982), made in the form of a transformer, the secondary winding of which is a closed tube of non-magnetic electrically conductive material with input and output pipes, through which the heated liquid.

Основным недостатком этого нагревателя является неэффективное использование площади поверхности теплоотвода (с одной стороны трубки). The main disadvantage of this heater is the inefficient use of the surface area of the heat sink (on one side of the tube).

Наиболее близким по технической сущности заявляемого нагревателя является электрический котел трансформаторного типа (свидетельство на полезную модель RU 185, кл. 6 H 05 B 6/10, 1993), нагревательный узел которого представляет собой концентрическую замкнутую полость из немагнитного электропроводящего материала с расположенной внутри нее дополнительной трубчатой (цилиндрической) оболочкой из электропроводящего немагнитного материала, электрическое сопротивление которого меньше электрического сопротивления стенок замкнутой полости (короткозамкнутый виток из меди). The closest in technical essence of the claimed heater is an electric boiler of transformer type (certificate for utility model RU 185, class 6 H 05 B 6/10, 1993), the heating unit of which is a concentric closed cavity of a non-magnetic electrically conductive material with an additional inside a tubular (cylindrical) shell of an electrically conductive non-magnetic material, the electrical resistance of which is less than the electrical resistance of the walls of a closed cavity (briefly closed loop of copper).

Такое конструктивное решение позволило эффективно использовать площадь поверхности теплоотвода, т. к. большая часть тепла выделяется не в стенках полости с односторонним теплоотводом, а в цилиндрической оболочке, полностью омываемой теплоносителем. Such a constructive solution made it possible to efficiently use the surface area of the heat sink, since most of the heat is not generated in the walls of the cavity with a one-sided heat sink, but in a cylindrical shell completely washed by the coolant.

Недостатком конструкции электрокотла является увеличенные размеры нагревательного узла из-за того, что минимальный диаметр замкнутой полости, охватывающий сердечник трансформатора, должен быть больше внешнего диаметра первичной обмотки с необходимой электро- и теплоизоляцией. Кроме того, цилиндрическая конфигурация внутреннего кольца плохо обтекается в поперечном потоке теплоносителя, что приводит к неравномерному теплоотводу от различных участков кольца, при этом создаются застойные зоны и зоны отрывного течения теплоносителя с закипанием жидкости. The drawback of the design of the electric boiler is the increased size of the heating unit due to the fact that the minimum diameter of the closed cavity covering the transformer core must be larger than the outer diameter of the primary winding with the necessary electrical and thermal insulation. In addition, the cylindrical configuration of the inner ring does not flow well in the cross-flow of the coolant, which leads to uneven heat removal from different parts of the ring, while stagnant zones and zones of separated flow of the coolant with boiling liquid are created.

Целью изобретения является уменьшить материалоемкость и повысить надежность работы нагревателя. The aim of the invention is to reduce material consumption and increase the reliability of the heater.

Задача решается за счет того, что в нагревателе текучих сред трансформаторного типа, нагревательный узел которого представляет собой концентрическую замкнутую полость, выполненную из немагнитного материала с большим электросопротивлением, с расположенным внутри ее дополнительным кольцом из немагнитного материала малого электросопротивления, замкнутая полость спрофилирована с минимальными гидропотерями, а дополнительное кольцо имеет перфорацию в зоне натекания и схода потока теплоносителя или по всему периметру кольца. Кроме того, дополнительное кольцо может иметь оребрение или представлять собой набор плоских колец, соединенных поперечными стержнями, для улучшения теплоотвода. Первичная обмотка трансформатора может быть выполнена секциями, между которыми установлен нагревательный узел. The problem is solved due to the fact that in a fluid heater of a transformer type, the heating unit of which is a concentric closed cavity made of non-magnetic material with high electrical resistance, with an additional ring made of non-magnetic material of low electrical resistance located inside it, the closed cavity is profiled with minimal water loss, and the additional ring has a perforation in the zone of leakage and vanishing of the coolant flow or around the entire perimeter of the ring. In addition, the additional ring may have a fin or a set of flat rings connected by transverse rods to improve heat dissipation. The primary winding of the transformer can be performed in sections between which a heating unit is installed.

На чертеже приведен один из вариантов конструктивного исполнения нагревателя текучих сред для подключения его в промышленную трехфазную сеть с разрезом нагревательного узла. The drawing shows one embodiment of a fluid heater for connecting it to an industrial three-phase network with a section of the heating unit.

Нагреватель имеет первичную обмотку 1, состоящую из секций, магнитопровод 2 и нагревательный узел 3 (фиг. 1). Нагревательный узел 3 представляет собой герметичную профилированную полость 4 с нижним входным и верхним выходным фланцами, выполненную, например, из нержавеющей стали, внутри которой установлены дополнительные оребренные и перфорированные кольца 5, например, из меди (фиг. 2). The heater has a primary winding 1, consisting of sections, a magnetic circuit 2 and a heating unit 3 (Fig. 1). The heating unit 3 is a sealed profiled cavity 4 with lower inlet and upper outlet flanges, made, for example, of stainless steel, inside of which additional finned and perforated rings 5, for example, of copper, are installed (Fig. 2).

При включении нагревателя в сеть переменного тока, во вторичной обмотке трансформатора - дополнительных оребренных и перфорированных кольцах 5 индуцируется большой силы ток, при этом выделяемая тепловая энергия непосредственно передается теплоносителю, который находится в нагревательном узле. От скорости перемещения теплоносителя зависит теплообмен и мощность нагревателя. Чем выше скорость циркуляции теплоносителя, тем более высокую мощность может иметь нагреватель. When the heater is turned on in an alternating current network, a large current is induced in the secondary winding of the transformer — additional finned and perforated rings 5, and the generated thermal energy is directly transferred to the heat carrier located in the heating unit. Heat transfer and the power of the heater depend on the velocity of the coolant. The higher the circulation rate of the coolant, the higher the power a heater can have.

Выполнение первичной обмотки секциями позволяет уменьшить внутренний диаметр, охватывающий трансформатор, концентрической части нагревательного узла и уменьшить его габаритные размеры, а установка дополнительного кольца с оребрением и перфорацией существенно снижает гидравлическое сопротивление, улучшает теплоотдачу, исключает появление застойных зон и отрыва потока жидкости, а, следовательно, парообразования, что увеличивает надежность работы нагревательного узла и скорость циркуляции теплоносителя во всей системе. Увеличению скорости теплоносителя также способствуют внутренние формы полости нагревательного узла, спрофилированные по минимуму гидропотерь. За счет уменьшения гидравлических потерь во всем контуре системы увеличивается теплопередача, что позволяет повысить мощность нагревателя при тех же габаритах, что и прототипа. The implementation of the primary winding sections allows you to reduce the inner diameter, covering the transformer, of the concentric part of the heating unit and reduce its overall dimensions, and the installation of an additional ring with fins and perforations significantly reduces hydraulic resistance, improves heat transfer, eliminates the appearance of stagnant zones and separation of the fluid flow, and therefore , vaporization, which increases the reliability of the heating unit and the circulation rate of the coolant throughout the system. An increase in the velocity of the coolant is also promoted by the internal forms of the cavity of the heating unit, profiled to minimize water losses. By reducing hydraulic losses in the entire circuit of the system, heat transfer increases, which allows to increase the power of the heater with the same dimensions as the prototype.

Claims

A transformer type fluid heater, the heating unit of which is a concentric closed cavity with a lower inlet and upper flanges, made of non-magnetic material with high electrical resistance, with an additional ring of non-magnetic material of low electrical resistance located inside it, characterized in that the closed cavity is profiled with minimal water losses, and the additional ring has perforation in the zone of leakage and the flow of the coolant or throughout etru ring and has fins, the primary winding of the transformer is formed sections, between which is installed the heater assembly.