RU2754313C1 - Устройство индукционного нагрева - Google Patents
Устройство индукционного нагрева Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754313C1 RU2754313C1 RU2020125327A RU2020125327A RU2754313C1 RU 2754313 C1 RU2754313 C1 RU 2754313C1 RU 2020125327 A RU2020125327 A RU 2020125327A RU 2020125327 A RU2020125327 A RU 2020125327A RU 2754313 C1 RU2754313 C1 RU 2754313C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- container
- induction heater
- heating
- induction
- substance
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
- F42B3/10—Initiators therefor
- F42B3/12—Bridge initiators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
- F42C11/00—Electric fuzes
- F42C11/04—Electric fuzes with current induction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
- F42C13/00—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электрических средств воспламенения, а именно к индукционному нагреву, и может быть использовано для нагрева изделий внутри герметичного контейнера, в том числе с целью задействования содержащихся в изделии пиротехнических составов, взрывчатых веществ (ВВ), порохов и других химических веществ. Устройство индукционного нагрева, содержащее контейнер, в котором размещен корпус с нагреваемым веществом, индукционный нагреватель. Контейнер выполнен герметичным из материала, глубина проникновения электромагнитной волны в котором превышает толщину стенки контейнера. Индукционный нагреватель установлен на внешней поверхности контейнера. Корпус выполнен из ферромагнитного материала, при этом удельное сопротивление материала контейнера больше удельного сопротивления материала корпуса, а магнитная проницаемость материала контейнера меньше магнитной проницаемости материала корпуса. Индукционный нагреватель выполнен с магнитопроводом. Внутри контейнера расположены концентраторы магнитного поля. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего устройства, заключается в возможности многократно использовать индукционный нагреватель, в расширении диапазона рабочих параметров (температура, давление) и прочности составных элементов устройства при нагревании вредных и токсичных материалов внутри контейнера, а также исключаются диффузионные утечки нагреваемого вещества, что обеспечивает безопасность устройства. 2 з.п. ф-лы, 3 ил, 1 пр.
Description
Изобретение относится к области электрических средств воспламенения, а именно к индукционному нагреву, и может быть использовано для нагрева изделий внутри герметичного контейнера, в том числе с целью задействования содержащихся в изделии пиротехнических составов, взрывчатых веществ (ВВ), порохов и других химических веществ, в том числе веществ выделяющих при горении (или нагревании).
При изучении справочно-информационных и патентных фондов были выделены аналоги изобретения. Существуют различные электровоспламенители, в которых для задействования навески инициирующего состава используется электрический импульс, подаваемый на мостик накаливания. Например, патент РФ №176158 (МПК F42C 19/12, опубликован 10.01.2018), №178965 (МПК F42B 3/12, опубликован 24.04.2018), №2263871 (МПК F42B 3/12, опубликован 10.11.2005), №2475693 (МПК F42B 3/10, опубликован 20.02.2013).
Известен термостойкий электровоспламенитель (патент РФ №2675001, МПК F42B 3/12, опубликован 14.12.2018), содержащий корпус, гермоввод со встроенными электровводами. Основной воспламенительный заряд выполнен из состава, содержащего оксид меди, алюминий, а инициирующий заряд выполнен из состава высокой плотности, содержащего бор и титан. Инициатор выполнен в виде мостика накаливания. Мостик накаливания выполнен в виде слоя из резистивного материала, нанесенного на диэлектрическую пластину.
Преимуществом данного воспламенителя является высокая скорость инициирования горения различных веществ.
Общими недостатками известных аналогов (электровоспламенителей), является то, что по своей сути они являются изделиями однократного использования, что приводит к удорожанию конструкции, в которой они используются. Наличие гермовводов приводит к снижению несущей способности, прочности и герметичности конструкции, из-за чего увеличиваются диффузионные утечки нагреваемых веществ.
Наиболее близким к заявляемому устройству индукционного нагрева является индукционный воспламенитель (патент РФ №2675000, МПК F42B 3/10, опубликован 14.12.2018). Индукционный воспламенитель состоит из корпуса и вкладыша, который выполнен из диэлектрического материала в форме стакана с глухим дном с разной толщиной стенок. В нижней части вкладыша, выполненной с меньшей толщиной стенки, установлена катушка индуктивности. Во внутреннюю полость вкладыша запрессована воспламенительная навеска, выполненная из взрывчатого материала, который содержит металлические частицы или частицы графита, выполняющие инициирующую функцию при нагреве. Вкладыш и катушка индуктивности установлены внутрь корпуса, выполненного в виде полого цилиндра с дном, имеющим два отверстия под электрические выводы катушки индуктивности. Полости между катушкой индуктивности, вкладышем и корпусом заполнены клеем. Данное устройство выбрано за прототип как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату.
Преимуществом прототипа, также как и аналогов, является высокая скорость задействования навески. По сравнению с аналогом, при использовании индукционного воспламенителя возможно бесконтактное нагревание взрывчатого вещества.
Недостатком прототипа является использование различного рода пластиков в качестве материала вкладыша, следовательно, данное устройство работоспособно при температуре не выше температуры разложения материала вкладыша. Разложение вкладыша исключает многократное использование устройства, так как данный материал обладает низкими прочностными характеристиками, а при его нагреве выделяется большое количество газообразных продуктов. Кроме этого, данная категория материалов имеет низкую стойкость но отношению к химически активным веществам, что может привести к выходу их наружу.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение безопасности при нагреве вещества и расширение функциональных возможностей устройства.
При использовании изобретения достигается следующий технический результат:
- многократное использование индукционного нагревателя;
- расширение диапазона рабочих параметров (температура, давление) и прочности составных элементов устройства при нагревании вредных и токсичных материалов внутри контейнера;
- исключение выхода наружу химически активных веществ, что обеспечивает безопасность устройства.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется устройство индукционного нагрева, содержащее контейнер, в котором размещен корпус с нагреваемым веществом, индукционный нагреватель. Контейнер выполнен герметичным. Индукционный нагреватель установлен на внешней поверхности контейнера. Корпус выполнен из ферромагнитного материала, при этом удельная электрическая проводимость (σ) и относительная магнитная проницаемость (μ) материала контейнера меньше соответствующих характеристик материала корпуса. Индукционный нагреватель может быть выполнен с магнитопроводом. Внутри контейнера могут быть установлены концентраторы магнитного поля.
Многократное использование индукционного нагревателя обеспечивается за счет его расположения на внешней поверхности контейнера, выполненного из прочного материала, что обеспечивает полное отсутствие воздействия на него продуктов горения, детонации и других факторов, возникающих при задействовании пиротехнических составов, ВВ, порохов и прочих химических веществ.
В заявленном устройстве нагрев вещества происходит за счет его разогрева от стенки корпуса, которая в свою очередь разогревается за счет индуцируемых в материале корпуса вихревых токов. Для реализации такой ситуации необходимо, чтобы в процессе воздействия электромагнитного поля индукционного нагревателя глубина проникновения электромагнитной волны (Δ) в материал контейнера была больше, чем толщина стенки контейнера.
Глубина проникновения электромагнитной волны (Δ) зависит от удельного электрического сопротивления (ρ), относительной магнитной проницаемости и частоты тока по следующей формуле:
При подборе материалов контейнера и корпуса с вышеуказанным соотношением σ и μ. частота тока в индукционном нагревателе должна обеспечивать величину Δ в материале контейнера большую, чем его толщина, В таком случае, часть электромагнитного излучения попадает во внутрь контейнера, которая активно поглощается материалом корпуса, обеспечивая эффективный его разогрев за счет вихревых токов.
Расположенное в корпусе вещество нагревается от стенки корпуса. При этом температура разогрева контейнера ниже, чем температура корпуса. Снижение температуры контейнера обеспечивает расширение диапазона рабочих параметров (температура, давление) и прочности составных элементов устройства при задействовании вредных и токсичных материалов внутри контейнера, и сохранение прочностных характеристик материала контейнера на исходном уровне. Исключение выхода наружу химически активных веществ обеспечивается тем, что контейнер выполнен герметичным из металлических материалов, отсутствуют гермовводы, а температура контейнера ниже, чем температура корпуса с нагреваемым веществом.
На фиг. 1 представлено заявляемое устройство индукционного нагрева.
На фиг. 2 представлено устройство индукционного нагрева с магнитопроводом и концентраторами магнитного поля.
На фиг. 3 представлен график зависимости температур от времени: Т1 - герметичный контейнер и Т2 - корпус с нагреваемым веществом.
На фиг. 1 и фиг. 2 приняты следующие обозначения: 1 - контейнер, 2 -корпус, 3 - нагреваемое вещество, 4 - индукционный нагреватель, 5 -концентраторы магнитного поля, 6 -магнитопровод. Пунктирной линией схематично изображены линии магнитного поля.
Устройство на фиг. 1 содержит герметичный контейнер 1, выполненный из материала с минимальными характеристиками удельной электрической проводимости и магнитной проницаемости. Внутри контейнера располагается корпус 2 с нагреваемым веществом 3. Корпус 2 выполнен из магнитного материала с высоким значением удельной электрической проводимости. Снаружи контейнера 1 установлен индукционный нагреватель 4. В устройстве на фиг. 2 корпус 2 с нагреваемым веществом 3 располагается между концентраторами магнитного поля 5, а индукционный нагреватель 4 снабжен магнитопроводом 6.
Работает заявляемое устройство следующим образом. При подаче на индукционный нагреватель 4 переменного электрического тока определенной частоты (при которой величина Д больше толщины стенки контейнера) возникает переменное магнитное поле. При этом, энергия переменного магнитного поля частично поглощается материалом контейнера 1. За счет выполнения контейнера 1 из материала с низкими характеристиками удельной электрической проводимости и относительной магнитной проницаемости, которые ниже, чем у материала корпуса, часть энергии электромагнитного поля проникает внутрь контейнера 1. За счет выполнения корпуса из материала с высокими характеристиками удельной электрической проводимости и относительной магнитной проницаемости, энергия электромагнитного поля, попавшая внутрь контейнера, активно поглощается материалом корпуса, что обеспечивает эффективный разогрев корпуса 2 и расположенного в нем вещества 3. При этом, происходит разогрев контейнера 1 и корпуса 2 с нагреваемым веществом 3 за счет индуцируемых вихревых токов таким образом, что рост температуры нагрева корпуса 2 с нагреваемым веществом 3 опережает рост температуры нагрева контейнера 1.
Примером конкретного выполнения является устройство для индукционного нагрева с контейнером, выполненным из жаропрочной нержавеющей стали 12Х18Н10Т (μ=1, ρ=7,25⋅10-7 Ом⋅м). В контейнер устанавливался корпус из стали 30ХГС (μ≈600, ρ=2,1⋅10-7 Ом⋅м) с толщиной стенки 2,5 мм с запрессованной в него навеской пиротехнического состава на основе циркония и тетраоксида свинца с добавкой коллоксилина (температурой воспламенения 200 - 250°С). Корпус с навеской пиротехнического состава располагался между двумя концентраторами магнитного поля из стали 45. Индукционный нагреватель располагался снаружи контейнера в районе геометрического центра корпуса и представлял собой двухслойную катушку из 9 витков медной трубки. Для задействования пиротехнического состава на индукционный нагреватель подавался переменный ток с частотой 500 Гц и амплитудой тока 450 А. При этом, задействование пиротехнического состава осуществлялось через 40 секунд. При задействовании пиротехнического состава температура контейнера составляла 80°С, а температура корпуса с нагреваемым веществом - 220°С. Данное устройство подходит для нагрева и других химических веществ, например, ВВ, пороха и других, в том числе веществ при горении (или нагреве) которых могут выделяться газообразные продукты. На фиг. 3 представлены графики зависимости температуры корпуса (Т2) и температуры контейнера (Т1) от времени, полученные при задействовании навески.
Claims (3)
1. Устройство индукционного нагрева, содержащее контейнер, в котором размещен корпус с нагреваемым веществом, индукционный нагреватель, отличающееся тем, что контейнер выполнен герметичным из материала, глубина проникновения электромагнитной волны в котором превышает толщину стенки контейнера, индукционный нагреватель установлен на внешней поверхности контейнера, корпус выполнен из ферромагнитного материала, при этом величина удельной проводимости и относительной магнитной проницаемости материала контейнера меньше, чем материала корпуса.
2. Устройство индукционного нагрева по п. 1, отличающееся тем, что индукционный нагреватель выполнен с магнитопроводом.
3. Устройство индукционного нагрева по п. 1, отличающееся тем, что внутри контейнера расположены концентраторы магнитного поля.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125327A RU2754313C1 (ru) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Устройство индукционного нагрева |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020125327A RU2754313C1 (ru) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Устройство индукционного нагрева |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754313C1 true RU2754313C1 (ru) | 2021-09-01 |
Family
ID=77670194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020125327A RU2754313C1 (ru) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | Устройство индукционного нагрева |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754313C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3185093A (en) * | 1962-02-08 | 1965-05-25 | Bjorksten Res Lab For Industry | High frequency immune squib |
US3809964A (en) * | 1971-11-12 | 1974-05-07 | Ministre Charge De La Defense | Electrically actuated priming device |
US6722282B2 (en) * | 1999-12-17 | 2004-04-20 | Schott Glas | Ignition capsule, which can be inductively activated, for occupant restraint systems, and a test circuit for said ignition capsule |
RU117053U1 (ru) * | 2011-11-08 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые теплосистемы" | Индукционный нагреватель жидкости |
RU2462502C1 (ru) * | 2011-04-06 | 2012-09-27 | Ольга Васильевна Малова | Способ осуществления каталитической эндотермической реакции |
RU2675000C1 (ru) * | 2018-01-29 | 2018-12-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Индукционный воспламенитель |
-
2020
- 2020-07-29 RU RU2020125327A patent/RU2754313C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3185093A (en) * | 1962-02-08 | 1965-05-25 | Bjorksten Res Lab For Industry | High frequency immune squib |
US3809964A (en) * | 1971-11-12 | 1974-05-07 | Ministre Charge De La Defense | Electrically actuated priming device |
US6722282B2 (en) * | 1999-12-17 | 2004-04-20 | Schott Glas | Ignition capsule, which can be inductively activated, for occupant restraint systems, and a test circuit for said ignition capsule |
RU2462502C1 (ru) * | 2011-04-06 | 2012-09-27 | Ольга Васильевна Малова | Способ осуществления каталитической эндотермической реакции |
RU117053U1 (ru) * | 2011-11-08 | 2012-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Вихревые теплосистемы" | Индукционный нагреватель жидкости |
RU2675000C1 (ru) * | 2018-01-29 | 2018-12-14 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Индукционный воспламенитель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3791302A (en) | Method and apparatus for indirect electrical ignition of combustible powders | |
US3054349A (en) | Disposal of encased explosives | |
Meir et al. | Underwater microwave ignition of hydrophobic thermite powder enabled by the bubble-marble effect | |
US3831523A (en) | Electroexplosive device | |
US3185093A (en) | High frequency immune squib | |
US3982488A (en) | Flueric through bulkhead rocket motor ignitor | |
RU2754313C1 (ru) | Устройство индукционного нагрева | |
KR900700830A (ko) | 가열체 | |
US4445434A (en) | Arrangement for the contactless transmission of electric energy to missiles during firing thereof | |
US2981186A (en) | Electric detonator | |
RU2631518C2 (ru) | Модуль модульного метательного заряда к артиллерийским орудиям безгильзового заряжания (варианты) | |
RU2571459C1 (ru) | Устройство для воспламенения метательного заряда | |
US3100447A (en) | Igniter squib | |
RU2675001C1 (ru) | Термостойкий электровоспламенитель | |
RU2675000C1 (ru) | Индукционный воспламенитель | |
US4145968A (en) | Device for the contactless transmission of electrical energy, in particular for pyrotechnic ignitors or firing devices | |
US3117519A (en) | Electric initiators for explosives, pyrotechnics and propellants | |
US9581419B2 (en) | Plasma gap detonator with novel initiation scheme | |
US6578490B1 (en) | Ignitor apparatus | |
WO2018119999A1 (en) | Ignitor for electronic detonator | |
US10088288B1 (en) | Munition fuze with blast initiated inductance generator for power supply and laser ignitor | |
US3390636A (en) | Electro-initiating device | |
US3148619A (en) | High frequency immune squib | |
RU2715426C1 (ru) | Генератор дыма | |
RU2433358C1 (ru) | Пиротехническое устройство для подогрева жидкости в трубопроводе |