RU2772376C1

RU2772376C1 - Проточный индукционный нагреватель жидкости

Info

Publication number: RU2772376C1
Application number: RU2021111496A
Authority: RU
Inventors: Андрей Алексеевич Багаев; Цезарь Иванович Калинин; Сергей Олегович Бобровский
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-05-20

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в устройствах электрического нагрева жидкости для животноводческих помещений, производственных мастерских, предприятий по переработке жидких пищевых продуктов, в сфере обслуживания, быту. Проточный индукционный нагреватель жидкости включает индуктор с обмоткой и установленный внутри нее сердечник в виде трубчатого змеевика из тонкостенной ферромагнитной нержавеющей стали, в котором обмотка выполнена из медной трубки, а сердечник - гофрированным, с толщиной стальной стенки трубки змеевика, равной глубине проникновения в нее электромагнитной волны, и соосно установлен внутри медной трубки, при этом между медной трубкой и стальным сердечником размещен слой диэлектрика. Изобретение обеспечивает повышение коэффициента полезного действия за счет повышения равномерности нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали, снижение технологической и конструкционной сложности. 4 ил.

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в устройствах электрического нагрева жидкости для животноводческих помещений, производственных мастерских, предприятий по переработке жидких пищевых продуктов, в сфере обслуживания, быту.

Известен индукционный нагреватель жидкости (Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитной стали. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 200 с.), имеющий соленоидальный индуктор, в котором в качестве промежуточного нагревателя, от которого нагревается обрабатываемая жидкость, выполнен в виде отдельных незамкнутых стальных полос или стержней. Принцип работы нагревателя заключается в том, что при протекании переменного электрического тока и за счет созданного им переменного магнитного поля происходит нагрев материала трубы вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи. Недостатком являются большие значения реактивной мощности.

Известен индукционный нагреватель жидкости (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC COM) 03.12.1968), представляющий собой многослойный трубчатый змеевик. На который наложена тороидальная обмотка индуктора. Жидкость, проходящая по змеевику, нагревается. Недостатком известных устройств является значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие значения реактивной мощности и потерь тепла.

Наиболее близким по своей технической сущности (прототипом) является проточный индукционный нагреватель жидкости, включающий индуктор с обмоткой, и установленный внутри ее изолированный от обмотки диэлектрическим материалом сердечник, выполненный в виде змеевика из тонкостенной нержавеющей стали (Пат. 2267869 RU, 10.01.2006).

Недостатками устройства являются нерациональные потери энергии в стальной лепте сердечника, наличие разомкнутой магнитной цепи, образованной сердечником, и неравномерность нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали вследствие неоднородности напряженности магнитного тюля по длине окружности трубы змеевика и, как следствие, его температуры, что увеличивает потери тепла и снижает КПД, а также значительная технологическая и конструкционная сложность.

Задачей решаемой предлагаемым изобретения является повышение коэффициента полезного действия за счет повышения равномерности нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали, снижение технологической и конструкционной сложности.

Техническая сущность предложенного решения заключается в том, что в предлагаемом проточном индукционном нагревателе жидкости совмещены магнитопровод и продуктопровод, по которому протекает нагреваемая жидкость, а также нагревательный и турбулизирующий жидкость элемент, функцию которых выполняет гофрированная труба из нержавеющей стали. Частота напряжения на индукторе обеспечивает глубину проникновения электромагнитной волны на глубину равную толщине стенки гофрированной трубы из нержавеющей стали.

Настоящая задача решается тем, что в проточном индукционном нагревателе жидкости, включающем индуктор с медной изолированной обмоткой и установленный внутри ее трубчатый сердечник в виде змеевика, обмотка выполнена в виде медной трубки, а сердечник - гофрированным, из тонкостенной нержавеющей стали и соосно размещен внутри медной трубки, при этом между медной трубкой и стальным сердечником размещен слой диэлектрика.

Толщина стенки трубки сердечника из нержавеющей стали равна глубине проникновения в нее электромагнитной волны.

На фиг. 1 поперечный разрез проточного индукционного нагревателя жидкости.

На фиг. 2 разрез по А-А

На фиг. 3 разрез по Б-Б

На фиг. 4 продольный разрез нагревателя с элементами обмотки.

Проточный индукционный нагреватель жидкости состоит из обмотки индуктора 1, представляющего собой медную неизолированную трубку, в просвете которого соосно расположен сердечник 3, которым является змеевик из гофрированной трубы, материалом которой является нержавеющая сталь. Индуктор 1 и сердечник 3 изолированы посредством диэлектрического элемента 2, заполняющего пространство между индуктором 1 и змеевиком 3.

Подобное конструктивное решение позволяет повысить однородность электромагнитного поля в сердечнике и равномерность нагрева его поверхности, т.е. повысить теплообменные характеристики нагревателя и эффективность нагрева.

По имеющимся сведениям, совокупность существенных признаков, гарантирующих сущность заявленного изобретения, не известна и для специалистов не следует явным образом из уровня техники. Что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».

Проточный индукционный нагреватель жидкости работает следующим образом. На первичную обмотку 1 (обмотку индуктора) подается переменное напряжение. Созданный обмоткой индуктора магнитный поток замыкается в замкнутой магнитной цепи сердечника 3 нагревателя, образованного гофрированной трубой из магнитный нержавеющей стали. Переменный ток I₁ создает магнитный поток который порождает в сердечнике-гофрированной трубе кольцевой индукционный ток I₂, в результате протекания которого происходит нагревание сердечника-гофрированной трубы. Толщина стенки змеевика равна глубине проникновения электромагнитной волны. Дополнительный нагрев происходит за счет потерь на гистерезис. Индуктор и сердечник электрически изолированы.

Преимущества предлагаемого индукционного нагревателя жидкости заключается в следующем:

- упрощение конструкции, заключающееся в совмещении нагревательного элемента, вторичной обмотки и продуктопровода

- в тепловыделении участвует весь объем ферромагнитной гофрированной трубы, представляющий собой замкнутую магнитную цепь и совмещающую функции нагревательного элемента и продуктопровода

- увеличивается равномерность нагрева ферромагнитной гофрированной трубы по всей площади поверхности, что улучшает теплообменные характеристики индукционного нагревателя за счет большей равномерности и однородности магнитного поля

- высокая теплопередача от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости, вызываемой гофрированной внутренней поверхностью продуктопровода

- уменьшение потерь и увеличение КПД

- снижается конструкционная и технологическая сложность изготовления

Claims

Проточный индукционный нагреватель жидкости, включающий индуктор с обмоткой и установленный внутри нее сердечник в виде трубчатого змеевика из тонкостенной ферромагнитной нержавеющей стали, отличающийся тем, что обмотка выполнена из медной трубки, а сердечник - гофрированным, с толщиной стальной стенки трубки змеевика, равной глубине проникновения в нее электромагнитной волны, и соосно установлен внутри медной трубки, при этом между медной трубкой и стальным сердечником размещен слой диэлектрика.