RU221970U1

RU221970U1 - ELECTROMAGNETIC WATER HEATER

Info

Publication number: RU221970U1
Application number: RU2023119469U
Authority: RU
Inventors: Аркадий Анатольевич Степанов
Original assignee: Хорьяков Владимир Владимирович; Аркадий Анатольевич Степанов
Filing date: 2023-07-24
Publication date: 2023-12-04

Abstract

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована, в частности, для экономичного нагрева воды индукционным способом. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы электромагнитного нагревателя воды за счет снижения расхода электрической энергии. Указанный технический результат достигается за счет того, что в электромагнитном нагревателе воды, содержащем Ш-образный магнитопровод, обмотку, стальной нагревательный элемент, конденсаторы и ключи, средний стержень Ш-образного магнитопровода выполнен разъемным с образованием воздушного зазора, в котором расположен стальной нагревательный элемент, а обмотка расположена на среднем стержне магнитопровода и подключена через ключ к одному конденсатору и через соединенные параллельно между собой вторые конденсатор и ключ параллельно к источнику переменного тока. 3 ил. The utility model relates to the field of energy and can be used, in particular, for economical heating of water by induction. The technical result of the utility model is to increase the operating efficiency of an electromagnetic water heater by reducing electrical energy consumption. The specified technical result is achieved due to the fact that in an electromagnetic water heater containing an W-shaped magnetic circuit, a winding, a steel heating element, capacitors and keys, the middle rod of the W-shaped magnetic circuit is made detachable to form an air gap in which the steel heating element is located, and the winding is located on the middle rod of the magnetic circuit and is connected through a key to one capacitor and through a second capacitor and key connected in parallel to each other in parallel to an alternating current source. 3 ill.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована, в частности, для экономичного нагрева воды индукционным способом.The utility model relates to the field of energy and can be used, in particular, for economical heating of water by induction.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Из уровня техники известен индукционный нагреватель текучих сред, раскрытый в патенте на изобретение RU 2263418, опубликованном 27.10.2005, который содержит плоский ферромагнитный сердечник со стержнями, на которых намотана обмотка первичной обмотки, соединенная с источником переменного тока, и индуктивно связанную с катушкой первичной обмотки через сердечник электропроводящую вторичную обмотку, являющуюся теплообменником для нагреваемой текучей среды, снабженным патрубками для входа и выхода нагреваемой текучей среды и выполненным из расположенных в плоскости витков катушки первичной обмотки трубчатых элементов, при этом стержни сердечника установлены так, что витки катушки первичной обмотки располагаются в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что каждый трубчатый элемент выполнен в виде витка, образующего замкнутый контур вокруг соответствующего стержня сердечника, при этом расположенные в межкатушечном пространстве участки трубчатых элементов выполнены усеченными, а усеченные участки трубчатых элементов, охватывающих соседние стержни и расположенных в одной вертикальной плоскости, соединены между собой неразъемно.An induction fluid heater is known from the prior art, disclosed in the patent for the invention RU 2263418, published on October 27, 2005, which contains a flat ferromagnetic core with rods on which the primary winding is wound, connected to an alternating current source, and inductively coupled to the primary winding coil through the core there is an electrically conductive secondary winding, which is a heat exchanger for a heated fluid, equipped with nozzles for the inlet and outlet of the heated fluid and made of coil turns of the primary winding of tubular elements located in the plane, while the core rods are installed so that the turns of the primary winding coil are located in the vertical plane, characterized in that each tubular element is made in the form of a coil, forming a closed contour around the corresponding core rod, while the sections of the tubular elements located in the intercoil space are made truncated, and the truncated sections of the tubular elements covering adjacent rods and located in the same vertical plane, inseparably connected to each other.

Недостатками данного технического решения являются низкий КПД по причине высокого расхода электрической энергии на создание магнитного потока из-за размагничивающего действия на магнитопровод намагничивающей силы вторичной трубчатой короткозамкнутой обмотки, являющейся теплообменником.The disadvantages of this technical solution are low efficiency due to the high consumption of electrical energy to create a magnetic flux due to the demagnetizing effect on the magnetic circuit of the magnetizing force of the secondary tubular short-circuited winding, which is a heat exchanger.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности существенных признаков является индукционный электроводонагреватель, описанный в патенте на изобретение RU 2191954, опубликованном 27.10.2002, который содержит индуктор и охватываемую им ферромагнитную трубу, соединенную с трубопроводами холодной и теплой воды, в котором дополнительно установлены четыре трубы, расположенные коаксиально друг другу с образованием внутренней, средней и наружной емкостей, при этом индукторы расположены в зазорах между внутренней и наружной емкостями, а внутренняя емкость соединена с водопроводом перегретого или сухого пара.The closest to the claimed utility model in terms of the set of essential features is the induction electric water heater described in the patent for the invention RU 2191954, published on October 27, 2002, which contains an inductor and a ferromagnetic pipe covered by it, connected to cold and warm water pipelines, in which four additional pipes are installed , located coaxially to each other to form inner, middle and outer tanks, while the inductors are located in the gaps between the inner and outer tanks, and the inner tank is connected to a water supply of superheated or dry steam.

Недостатком этого электроводонагревателя является низкий КПД за счет использования воздушных катушек в качестве индуктора.The disadvantage of this electric water heater is the low efficiency due to the use of air coils as an inductor.

Раскрытие полезной моделиDisclosure of utility model

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, является повышение эффективности работы электромагнитного нагревателя воды за счет снижения расхода электрической энергии.The technical result that the claimed utility model is aimed at achieving is increasing the operating efficiency of an electromagnetic water heater by reducing electrical energy consumption.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в электромагнитном нагревателе воды, содержащем Ш-образный магнитопровод, обмотку, стальной нагревательный элемент, конденсаторы и ключи, средний стержень Ш-образного магнитопровода выполнен разъемным с образованием воздушного зазора, в котором расположен стальной нагревательный элемент, а обмотка расположена на среднем стержне магнитопровода и подключена через ключ к одному конденсатору и через соединенные параллельно между собой вторые конденсатор и ключ параллельно к источнику переменного тока.The specified technical result is achieved due to the fact that in an electromagnetic water heater containing an W-shaped magnetic circuit, a winding, a steel heating element, capacitors and keys, the middle rod of the W-shaped magnetic circuit is made detachable to form an air gap in which the steel heating element is located, and the winding is located on the middle rod of the magnetic circuit and is connected through a key to one capacitor and through a second capacitor and key connected in parallel to each other in parallel to an alternating current source.

В основе электромагнитного нагревателя воды лежит Ш-образный магнитопровод с разомкнутым средним стержнем, на котором расположена обмотка. Таким образом, получается Ш-образный дроссель. В образованный воздушный зазор среднего стержня этого дросселя, помещается емкость из обычной не электротехнической стали с низкой μ. Магнитный поток, образованный дросселем, создает в стальных стенках емкости вихревые токи, разогревающие последнюю, которая, в свою очередь, нагревает жидкость, находящуюся внутри.The electromagnetic water heater is based on an W-shaped magnetic circuit with an open middle rod on which the winding is located. Thus, an W-shaped throttle is obtained. In the formed air gap of the middle rod of this choke, a container made of ordinary non-electrical steel with low μ is placed. The magnetic flux generated by the choke creates eddy currents in the steel walls of the container, heating the latter, which, in turn, heats the liquid inside.

Конденсаторы, имеющиеся в схеме, предназначены для компенсации реактивной мощности индуктивного характера, создаваемой дросселем.The capacitors present in the circuit are designed to compensate for the inductive reactive power created by the inductor.

Магнитное поле катушки индуктивности, используемое для создания вихревых токов в стальном нагревательном элементе всех индукционных нагревателей, включая заявленный, имеет несколько характеристик:The magnetic field of the inductor, used to create eddy currents in the steel heating element of all induction heaters, including this one, has several characteristics:

1. Напряженность магнитного поля Н=I⋅N/, (А вит./м), где I - сила тока (А), N - количество витков катушки, - длина магнитной линии (М);1. Magnetic field strength Н=I⋅N/ , (A vit./m), where I is the current strength (A), N is the number of turns of the coil, - length of the magnetic line (M);

2. Магнитная индукция - характеризует интенсивность магнитного поля с учетом внешней среды В=μ⋅μ₀⋅H (Тл), где μ - магнитная проницаемость среды (Гн/м), μ₀ -магнитная постоянная, соответствующая магнитной проницаемости вакуума и равная 4π⋅10^-7 (Ом⋅с/м). Так вот, когда магнитное поле создает воздушная обмотка, то μ воздуха мала и примерно равна 1, следовательно, на величину магнитной индукциивлияют только сила тока и количество витков. В обоих вариантах, на достижение необходимой величины магнитной индукции влияет только электрическая мощность и, как следствие, расход электрической энергии.2. Magnetic induction - characterizes the intensity of the magnetic field taking into account the external environment B = μ⋅μ ₀ ⋅H (T), where μ is the magnetic permeability of the medium (H/m), μ ₀ is the magnetic constant corresponding to the magnetic permeability of vacuum and equal to 4π ⋅10 ^-7 (Ohm⋅s/m). So, when a magnetic field is created by an air winding, then μ of the air is small and approximately equal to 1, therefore, only the current strength and the number of turns affect the magnitude of the magnetic induction. In both options, achieving the required value of magnetic induction is affected only by electrical power and, as a consequence, electrical energy consumption.

В заявленной полезной модели предлагается для достижения необходимой величины магнитной индукции использовать обмотку с сердечником (магнитопроводом) из электротехнической стали, или ферритов, μ которых достигает нескольких тысяч Ом⋅с/м, за счет чего, необходимая величина магнитной индукции достигается при значительно меньшей электрической мощности, и как следствие, снижается расход электрической энергии. На частоте 50-400 Гц применяется электротехническая сталь 3411-3415. При частоте 30-40 кГц применяются ферритовые сердечники М 2000 и М 3000.In the claimed utility model, it is proposed to achieve the required value of magnetic induction to use a winding with a core (magnetic core) made of electrical steel or ferrites, the μ of which reaches several thousand Ohm⋅s/m, due to which the required value of magnetic induction is achieved with significantly lower electrical power , and as a result, the consumption of electrical energy is reduced. At a frequency of 50-400 Hz, electrical steel 3411-3415 is used. At a frequency of 30-40 kHz, ferrite cores M 2000 and M 3000 are used.

Кроме того, наличие конденсаторов позволяет обеспечить компенсацию реактивной мощности индуктивного характера, создаваемой дросселем, что влечет за собой снижение расходов на электроэнергию.In addition, the presence of capacitors allows for compensation of inductive reactive power created by the inductor, which entails a reduction in energy costs.

Краткое описание фигур чертежейBrief description of drawing figures

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлен электромагнитный нагреватель воды, вид сбоку;in fig. 1 shows an electromagnetic water heater, side view;

на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;in fig. 2 - view A in Fig. 1;

на фиг. 3 представлена принципиальная электрическая схема электромагнитного нагревателя воды.in fig. Figure 3 shows a schematic electrical diagram of an electromagnetic water heater.

Вариант осуществления полезной моделиUtility model embodiment

Электромагнитный нагреватель воды содержит Ш-образный магнитопровод 1, стальной нагревательный элемент 2, обмотку 3, конденсаторы 4, 5 и ключи 6, 7, причем обмотка 3 расположена на среднем стержне магнитопровода 1 и подключена параллельно к источнику переменного тока через ключ 7 к одному конденсатору 5 и через соединенные параллельно между собой вторые конденсатор 4 и ключ 6, а стальной нагревательный элемент 2 расположен в воздушном зазоре среднего стержня.The electromagnetic water heater contains an W-shaped magnetic circuit 1, a steel heating element 2, a winding 3, capacitors 4, 5 and switches 6, 7, with winding 3 located on the middle rod of the magnetic circuit 1 and connected in parallel to an alternating current source through a switch 7 to one capacitor 5 and through the second capacitor 4 and switch 6 connected in parallel, and the steel heating element 2 is located in the air gap of the middle rod.

Электромагнитный нагреватель воды работает следующим образом. Переменное синусоидальное напряжение источника подается на обмотку 3, в результате чего в цепи начинает протекать ток преимущественно индуктивного характера. Это вызывает появление в магнитопроводе 1 рабочего магнитного потока, который, протекая через стальной нагревательный элемент 2, вызывает в нем сильные вихревые токи, в результате чего стальной нагревательный элемент 2 интенсивно нагревается и нагревает воду, протекающую внутри него. Конденсаторами 4 и 5 компенсируется реактивная мощность индуктивного характера, создаваемая дросселем, а ключами 6 и 7 осуществляется коммутация конденсаторов со схемой.An electromagnetic water heater works as follows. An alternating sinusoidal source voltage is supplied to winding 3, as a result of which a predominantly inductive current begins to flow in the circuit. This causes the appearance of a working magnetic flux in the magnetic circuit 1, which, flowing through the steel heating element 2, causes strong eddy currents in it, as a result of which the steel heating element 2 heats up intensely and heats the water flowing inside it. Capacitors 4 and 5 compensate for the inductive reactive power created by the inductor, and switches 6 and 7 switch the capacitors with the circuit.

Claims

An electromagnetic water heater, characterized in that it contains an W-shaped magnetic circuit, a winding, a steel heating element, capacitors and keys, while the middle rod of the W-shaped magnetic circuit is made detachable to form an air gap in which the steel heating element is located, and the winding is located on the middle rod of the magnetic circuit and is connected through a key to one capacitor and through a second capacitor and key connected in parallel to each other in parallel to an alternating current source.