RU2226046C2 - Transformer-type electric water heater - Google Patents

Transformer-type electric water heater Download PDF

Info

Publication number
RU2226046C2
RU2226046C2 RU2001109994/09A RU2001109994A RU2226046C2 RU 2226046 C2 RU2226046 C2 RU 2226046C2 RU 2001109994/09 A RU2001109994/09 A RU 2001109994/09A RU 2001109994 A RU2001109994 A RU 2001109994A RU 2226046 C2 RU2226046 C2 RU 2226046C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
short
circuited
phase
winding
secondary winding
Prior art date
Application number
RU2001109994/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001109994A (en
Inventor
В.М. Кузьмин
А.А. Вакулюк
В.А. Размыслов
Original Assignee
Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет filed Critical Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет
Priority to RU2001109994/09A priority Critical patent/RU2226046C2/en
Publication of RU2001109994A publication Critical patent/RU2001109994A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2226046C2 publication Critical patent/RU2226046C2/en

Links

Images

Landscapes

  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: fast water heating appliances. SUBSTANCE: device has three-phase laminated electric steel core whose legs carry aluminum wire primary winding. Short-circuited single-turn secondary winding of nonmagnetic electricity conducting tubes functions as heating element. Novelty is that secondary winding is specifically designed so that short-circuited turn in each of its phases has active and passive sections. Active section is placed directly on phase leg of transformer core and passive section placed around same phase leg of transformer core is made in the from of two parallel conductors connected at their ends to active section. Short-circuited turns of phases are connected in series with respect to water flow and are shorted out by welds. Such design meets to advantage specific requirements to short- circuited secondary windings. EFFECT: enhanced safety and operating reliability. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим нагревательным приборам и предназначено для использования в быту, в небольших промышленных и сельскохозяйственных объектах для приготовления горячей воды фиксированной температуры быстродействующим способом.The invention relates to electric heating devices and is intended for use in everyday life, in small industrial and agricultural facilities for the preparation of fixed temperature hot water in a quick manner.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является индукционный электрический нагреватель (заявка США №4602140, МКИ Н 05 В 6/10, опубл. 22.07.86), включающий в себя трехфазный магнитопровод, первичную обмотку, рассчитанную на напряжение определенной фиксированной частоты. Магнитопровод имеет три стержня, на которых расположена первичная обмотка. Вторичная обмотка включает в себя множество прямых немагнитных электропроводящих труб, расположенных между и снаружи стержней магнитопровода, соединяемых по концам с крышками резервуаров, служащих для замыкания контура движения жидкости и токов фаз. Все трубы располагаются параллельно друг другу между двух резервуаров. Резервуары имеют съемные крышки для осмотра внутренней поверхности труб.The closest in technical essence to the claimed invention is an induction electric heater (application US No. 4602140, MKI N 05 B 6/10, publ. 07/22/86), which includes a three-phase magnetic circuit, a primary winding, designed for a voltage of a certain fixed frequency. The magnetic circuit has three rods on which the primary winding is located. The secondary winding includes many direct non-magnetic electrically conductive pipes located between and outside the cores of the magnetic circuit, connected at the ends with the lids of the tanks, which serve to close the fluid circuit and phase currents. All pipes are parallel to each other between two tanks. The tanks have removable covers for inspecting the inner surface of the pipes.

К недостаткам данного устройства можно отнести сложную технологию соединения концов труб с крышками резервуаров, здесь требуется большое количество сварных соединений, что ведет к вероятности появления дефекта при сборке, следовательно, снижает надежность работы устройства.The disadvantages of this device include the complex technology of connecting the ends of the pipes to the lids of the tanks, a large number of welded joints are required here, which leads to the likelihood of a defect during assembly, therefore, reduces the reliability of the device.

Сущность изобретения заключается в следующем. Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных свойств электроводонагревателя.The invention consists in the following. The invention is aimed at improving the operational properties of an electric heater.

В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении безопасности и надежности электроводонагревателя.In the process of solving the problem, a technical result is achieved, which consists in increasing the safety and reliability of the electric heater.

Это достигается применением в электроводонагревателе трехфазного магнитопровода с уложенной на его стержнях первичной обмоткой, рассчитанных по методике, сходной с расчетом стандартных силовых трансформаторов. В качестве нагревательного элемента используется короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка в виде изогнутых немагнитных электропроводящих немагнитных труб, состоящая из трех короткозамкнутых витков. Короткозамкнутый виток состоит из двух частей, уложенных непосредственно на каждый стержень фазы магнитопровода трансформатора. Первая часть - активная. Вторая, пассивная часть выполнена в виде двух параллельных проводников со встречным направлением тока, соединенных своими концами с активной частью. Электродвижущая сила (ЭДС) в пассивной части обмотки не наводится, так как параллельные проводники этой части имеют противоположные направления намотки. Токи в проводниках пассивной части направлены встречно. Следовательно, результирующий магнитный поток рассеяния, созданный токами пассивной части, очень мал. Индуктивность вторичной обмотки, обусловленная этим потоком, также мала. Поскольку обе части витка соединены последовательно, по ним протекает одинаковый ток, вызывающий тепловые потери, равномерно распределенные по поверхности витка. Витки трехфазной одновитковой короткозамкнутой вторичной обмотки соединены последовательно по воде, т.е. нагреваемая вода последовательно омывает все три витка обмотки. Материал и размерные соотношения вторичной обмотки определяются требуемым уровнем температуры нагреваемой воды.This is achieved by using a three-phase magnetic circuit in an electric water heater with a primary winding laid on its rods, calculated by a technique similar to the calculation of standard power transformers. As a heating element, a short-circuited three-phase single-turn secondary winding in the form of curved non-magnetic electrically conductive non-magnetic pipes, consisting of three short-circuited turns, is used. The short-circuited coil consists of two parts laid directly on each rod of the phase of the transformer magnetic circuit. The first part is active. The second, passive part is made in the form of two parallel conductors with a counter current direction, connected at their ends to the active part. Electromotive force (EMF) in the passive part of the winding is not induced, since the parallel conductors of this part have opposite winding directions. The currents in the conductors of the passive part are directed in the opposite direction. Consequently, the resulting magnetic scattering flux created by the currents of the passive part is very small. The secondary inductance due to this flow is also small. Since both parts of the coil are connected in series, the same current flows through them, causing heat losses that are evenly distributed over the surface of the coil. The turns of a three-phase single-turn short-circuited secondary winding are connected in series through water, i.e. Heated water sequentially washes all three turns of the winding. The material and size ratios of the secondary winding are determined by the required temperature level of the heated water.

В предлагаемом электроводонагревателе конструкция вторичной обмотки имеет следующие особенности. Она имеет в каждой фазе один короткозамкнутый виток, что необходимо для обеспечения требуемой безопасности при эксплуатации электроводонагревателя, электродвижущая сила фазы трехфазной одновитковой вторичной обмотки не должна превышать величину 2-4 В. Кроме того, использование одного короткозамкнутого витка позволяет обеспечить минимальную индуктивность рассеяния, следовательно, максимально возможную величину коэффициента мощности устройства, что приводит к улучшению его энергетических показателей. С другой стороны, короткозамкнутый виток обладает достаточно большой поверхностью соприкосновения с нагреваемой средой, что обеспечивает требуемую удельную поверхностную мощность, а следовательно, исключает образование накипи на внутренней поверхности трубки. Такая конструкция обеспечивает максимально возможное активное сопротивление вторичной обмотки, что необходимо для достижения заданной мощности при минимальном токе.In the proposed electric heater, the secondary winding design has the following features. It has one short-circuited coil in each phase, which is necessary to ensure the required safety during operation of the electric heater, the electromotive force of the phase of the three-phase single-turn secondary winding should not exceed 2-4 V. In addition, the use of one short-circuited coil allows for a minimum dissipation inductance, therefore, the maximum possible value of the power factor of the device, which leads to an improvement in its energy performance. On the other hand, the short-circuited coil has a sufficiently large contact surface with the heated medium, which provides the required specific surface power, and therefore, eliminates the formation of scale on the inner surface of the tube. This design provides the maximum possible active resistance of the secondary winding, which is necessary to achieve a given power at minimum current.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 показана собранная активная часть электроводонагревателя. На стержнях трехфазного магнитопровода 1 расположена первичная обмотка 2. Нагревательным элементом служит короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка 3. Короткозамкнутый виток каждой фазы вторичной обмотки состоит из активной части 4 и пассивной части 5. Витки вторичной обмотки замкнуты накоротко сварными соединениями 6. На фиг.2 показан короткозамкнутый виток каждой фазы вторичной обмотки, состоящий из активной части 4 и пассивной части 5.The invention is illustrated in figures 1 and 2. Figure 1 shows the assembled active part of the electric heater. The primary winding 2 is located on the rods of the three-phase magnetic circuit 1. The short-circuit three-phase single-turn secondary winding 3 serves as the heating element. The short-circuited turn of each phase of the secondary winding consists of the active part 4 and the passive part 5. The turns of the secondary winding are short-circuited by welded joints 6. Figure 2 shows short-circuited coil of each phase of the secondary winding, consisting of the active part 4 and the passive part 5.

На стержни трехфазного шихтованного магнитопровода из электротехнической стали уложена первичная обмотка, изготовленная из алюминиевого провода. Короткозамкнутая трехфазная одновитковая вторичная обмотка, уложенная на каждом стержне магнитопровода поверх первичной обмотки, изготавливается из немагнитной электропроводящей трубки. Короткозамкнутый виток вторичной обмотки состоит из активной и пассивной частей. Для создания короткозамкнутого витка в каждой фазе обмотки трубки свариваются в трех местах, указанных на фиг.1. Размерные соотношения и материал вторичной обмотки выбираются в результате электромагнитного расчета, в основе которого лежит величина требуемой температуры нагреваемой воды.A primary winding made of aluminum wire is laid on the rods of a three-phase charged magnetic core made of electrical steel. A short-circuited three-phase single-turn secondary winding, laid on each core of the magnetic circuit over the primary winding, is made of a non-magnetic electrically conductive tube. The short-circuited coil of the secondary winding consists of active and passive parts. To create a short-circuited coil in each phase of the winding of the tube are welded in three places indicated in figure 1. The size ratios and material of the secondary winding are selected as a result of electromagnetic calculation, which is based on the value of the required temperature of the heated water.

Устройство работает следующим образом. Первичную обмотку, расположенную на магнитопроводе, подключают к трехфазной сети переменного тока. По обмотке начинает протекать ток, создающий в трехфазном магнитопроводе переменное магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует в активной части короткозамкнутого витка короткозамкнутой трехфазной одновитковой вторичной обмотки ЭДС. Под действием этой ЭДС как по активной, так и по пассивной части витка протекает электрический ток. Вызванные этим током тепловые потери идут на нагрев воды. Интенсивность теплообмена зависит от скорости воды, протекающей по трубе, а также от площади теплоотдающей поверхности. Для снижения нежелательного теплового потока с наружной поверхности трубок эта поверхность может быть покрыта теплоизоляционным материалом.The device operates as follows. The primary winding located on the magnetic circuit is connected to a three-phase AC network. A current begins to flow through the winding, creating an alternating magnetic field in the three-phase magnetic circuit. This magnetic field induces in the active part of the short-circuited loop of the short-circuited three-phase single-turn secondary winding of the EMF. Under the influence of this EMF, an electric current flows both in the active and in the passive part of the coil. The heat losses caused by this current are used to heat the water. The heat transfer rate depends on the speed of the water flowing through the pipe, as well as on the area of the heat transfer surface. To reduce unwanted heat flux from the outer surface of the tubes, this surface can be coated with a heat-insulating material.

Таким образом, в данном изобретении достигается требуемый уровень безопасности и надежности устройства, предлагаемое изобретение по эффективности нагрева воды аналогично прототипу, но в отличии от него здесь наилучшим образом удовлетворяются вышеуказанные требования, предъявляемые к конструкциям вторичных короткозамкнутых обмоток.Thus, in this invention the required level of safety and reliability of the device is achieved, the proposed invention is similar to the prototype in terms of water heating efficiency, but in contrast to it, the above requirements for the constructions of secondary short-circuited windings are best satisfied here.

Claims (1)

Электроводонагреватель, содержащий трехфазный магнитопровод с уложенной на его стержнях первичной и короткозамкнутой вторичной обмотками, отличающийся тем, что виток каждой фазы короткозамкнутой трехфазной одновитковой вторичной обмотки выполнен в виде изогнутых электропроводящих немагнитных труб и содержит активную часть, уложенную поверх первичной обмотки на стержень фазы магнитопровода трансформатора, а также пассивную часть, охватывающую тот же стержень фазы магнитопровода трансформатора, и выполненную в виде двух параллельных проводников с противоположным направлением намотки, образуя встречное направление тока в проводниках, соединенных своими концами с активной частью, а витки отдельных фаз соединяются последовательно по воде и замыкаются накоротко.An electric heater containing a three-phase magnetic circuit with primary and squirrel-cage secondary windings laid on its rods, characterized in that the coil of each phase of the short-circuited three-phase single-turn secondary winding is made in the form of curved non-magnetic non-magnetic pipes and contains the active part, laid on top of the primary winding on the magnetic core, of the phase rod as well as the passive part, covering the same core of the phase of the transformer magnetic circuit, and made in the form of two parallel of conductors with the opposite direction of winding, forming the opposite direction of the current in the conductors connected at their ends to the active part, and the turns of the individual phases are connected in series through water and are short-circuited.
RU2001109994/09A 2001-04-12 2001-04-12 Transformer-type electric water heater RU2226046C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001109994/09A RU2226046C2 (en) 2001-04-12 2001-04-12 Transformer-type electric water heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001109994/09A RU2226046C2 (en) 2001-04-12 2001-04-12 Transformer-type electric water heater

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001109994A RU2001109994A (en) 2003-04-20
RU2226046C2 true RU2226046C2 (en) 2004-03-20

Family

ID=32390005

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001109994/09A RU2226046C2 (en) 2001-04-12 2001-04-12 Transformer-type electric water heater

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2226046C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2667225C1 (en) * 2017-08-10 2018-09-17 Георгий Севастиевич Асланов Device for heating water and generating steam
EP3675598A4 (en) * 2017-08-24 2021-05-19 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu "PARRUS" Electric steam generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2667225C1 (en) * 2017-08-10 2018-09-17 Георгий Севастиевич Асланов Device for heating water and generating steam
EP3675598A4 (en) * 2017-08-24 2021-05-19 Obschestvo S Ogranichennoi Otvetstvennostyu "PARRUS" Electric steam generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH05508698A (en) fluid heating device
JP5748202B2 (en) Superheated steam generator
US5006683A (en) Device for the electrical induction heating of a fluid contained in a pipeline
RU2226046C2 (en) Transformer-type electric water heater
RU2072118C1 (en) Induction heater for ferromagnetic material
RU2226045C2 (en) Transformer-type electric heater
RU2235445C2 (en) Transformer-type electric water heater
TOPUZ et al. Electromagnetic and thermal analysis of a domestic induction cooker coil
RU2263418C2 (en) Inductive heater for fluid substances
JPS56127139A (en) Heater for fluid in pipe
RU1781845C (en) Three-phase induction heater of fluid medium
KR100996606B1 (en) A high frequency cable for a high frequency induction heating device
Paul Current density characterization of litz wires used in induction heating coils: A practical approach
RU2109413C1 (en) Electric heater
RU2074529C1 (en) Induction electric heater for liquid
RU2267869C1 (en) Flow inducing liquid heater
JP2021034294A (en) Superheated steam producing device
KR20100026408A (en) A high frequency induction heating device
RU2773671C1 (en) Flow induction fluid heater
RU2218675C2 (en) Transformer-type electric water heater
RU66875U1 (en) TRANSFORMER TYPE ELECTRIC WATER HEATER
JP2005011677A (en) Current-carrying heating device of fluid
RU206564U1 (en) INDUCTION FLUID HEATER
UA146274U (en) ELECTRIC HEATER TRANSFORMER TYPE
RU2398366C2 (en) Electric water heating device of transformer type

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040413