RU2791097C1

RU2791097C1 - Liquid heater

Info

Publication number: RU2791097C1
Application number: RU2022116090A
Authority: RU
Inventors: Андрей Алексеевич Багаев; Сергей Олегович Бобровский; Алексей Михайлович Левин
Filing date: 2022-06-14
Publication date: 2023-03-02

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: liquid heater contains an induction coil, a cylindrical container made of dielectric material, metal ferromagnetic balls filling the container, the position of which is fixed in the container, a pipeline with a source of heated coolant, a compensating container connected to a cylindrical container made of dielectric material. In the inner cavity of the cylindrical container, coaxially, with a gap relative to each other, and with the formation of a condensation zone above them, there are three pipes made of a dielectric material, forming annular channels between themselves. The induction coil is made of a hollow copper tube and is placed in one of the annular channels, and the pipeline with the heated coolant source passes through the cylindrical container along the central coaxial pipe and is made in the form of a coil in the condensation zone. Metal ferromagnetic balls are placed in the annular channels, covering the annular channel with an induction coil.

EFFECT: invention can be used to heat a liquid used for the technological needs of mechanical engineering, construction or agriculture.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться для нагрева жидкости, применяемой для технологических нужд машиностроения, строительства или сельского хозяйства, а также горячей воды.The invention relates to heat power engineering and can be used to heat a liquid used for the technological needs of mechanical engineering, construction or agriculture, as well as hot water.

Известен нагреватель текучей среды включающий цилиндрическую емкость из диэлектрического материала, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя, камеру конденсации (RU 2156411, 20.09.2000). Его недостатком является большая площадь электродов и большой объем воды, подлежащей нагреву до температуры парообразования.A fluid heater is known, comprising a cylindrical container made of a dielectric material, a pipeline with a source of heated coolant, a condensation chamber (RU 2156411, 20.09.2000). Its disadvantage is the large area of the electrodes and the large volume of water to be heated to the vaporization temperature.

Наиболее близким по своей конструкции является устройство для нагрева текучей среды включающее индукционную катушку, цилиндрическую емкость из диэлектрического материала, металлические ферромагнитные шарики заполняющие емкость, положение которых зафиксировано в емкости, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя (RU 2528211, 10.09.2014).The closest in design is a device for heating a fluid medium, including an induction coil, a cylindrical container made of a dielectric material, metal ferromagnetic balls filling the container, the position of which is fixed in the container, a pipeline with a source of heated coolant (RU 2528211, 10.09.2014).

Недостатком данного устройства является то, что оно не предусматривает нагрева жидкости, а позволяет получать только перегретый пар, кроме того имеет большие габариты, вызванные тем, что в нем необходим большой столб шариков из электромагнитного материала, так как индукционный нагрев происходит только с одной стороны индукционной катушки и следовательно ее большие размеры. Требует больших затрат энергии так как в устройстве используется только индукционный нагрев и не используется эффект фазового перехода конденсируемой жидкости при котором выделяется большое количество тепла. При этом требуются дополнительные затраты энергии на нагрев жидкости до температуры парообразования.The disadvantage of this device is that it does not provide for heating the liquid, but allows you to get only superheated steam, in addition, it has large dimensions, due to the fact that it requires a large column of balls made of electromagnetic material, since induction heating occurs only on one side of the induction coils and hence its large size. It requires a lot of energy, since the device uses only induction heating and does not use the effect of the phase transition of the condensed liquid, which releases a large amount of heat. In this case, additional energy costs are required to heat the liquid to the vaporization temperature.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение компактности устройства и снижение затрат энергии на нагрев удельного объема жидкости.The problem solved by the present invention is to increase the compactness of the device and reduce the energy consumption for heating the specific volume of the liquid.

Техническим результатом является повышение эффективности устройства за счет использования возникающего сопутствующего фактора при индукционном нагреве за счет увеличения площади съема тепла в момент его выделения при конденсации.The technical result is to increase the efficiency of the device by using the accompanying factor during induction heating by increasing the area of heat removal at the time of its release during condensation.

Настоящая задача решается тем, что нагреватель жидкости содержащий индукционную катушку, цилиндрическую емкость из диэлектрического материала, металлические ферромагнитные шарики заполняющие емкость, положение которых зафиксировано в емкости, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя дополнительно содержит компенсирующую емкость соединенную с цилиндрической емкостью из диэлектрического материала, во внутренней полости цилиндрической емкости коаксиально, с зазором относительно друг друга, и с образованием над ними зоны конденсации, размещены три трубы из диэлектрического материала, образующие между собой кольцевые каналы, индукционная катушка выполнена из полой медной трубки и размещена в одном из кольцевых каналов, трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя проходит через цилиндрическую емкость по центральной коаксиальной трубе и в зоне конденсации выполнен в виде змеевика, а металлические ферромагнитные шарики размещены в кольцевых каналах охватывающих кольцевой канал с индукционной катушкой.The present problem is solved by the fact that the liquid heater containing an induction coil, a cylindrical container made of dielectric material, metal ferromagnetic balls filling the container, the position of which is fixed in the container, the pipeline with a source of heated coolant additionally contains a compensating container connected to a cylindrical container made of dielectric material, in the internal cavity cylindrical container coaxially, with a gap relative to each other, and with the formation of a condensation zone above them, three pipes of dielectric material are placed, forming annular channels between themselves, the induction coil is made of a hollow copper tube and placed in one of the annular channels, a pipeline with a source of heated the coolant passes through the cylindrical container along the central coaxial pipe and in the condensation zone is made in the form of a coil, and metal ferromagnetic balls are placed in the annular channels enclosing the annular channel al with an induction coil.

На фиг.1 дана схема индукционного термосифонного парогенератора для нагрева текучей среды.Figure 1 shows a diagram of an induction thermosyphon steam generator for heating a fluid medium.

Устройство состоит из цилиндрической емкости 1 выполненной из диэлектрического материала, во внутренней полости которой коаксиально с зазором относительно друг друга и с образованием над ними зоны конденсации 2 размещены три трубы 3 из диэлектрического материала образующие между собой кольцевые каналы 4 -а, б, в. В одном из кольцевых каналов размещена индукционная катушка 5, выполненная из полой медной трубки. Трубопровод 6 с источником нагреваемого теплоносителя проходит через цилиндрическую емкость 1 по центральной коаксиальной трубе 7 и через зону конденсации 2. В зоне конденсации 2 для увеличения площади конденсации проходящий через нее трубопровод 6 выполнен в виде змеевика 14. В кольцевых каналах 4-а и 4-в, охватывающих с обеих сторон индукционную катушку 5 размещены металлические ферромагнитные шарики 8. Положение шариков в 3 каналах, охватывающих катушку, зафиксировано верхней 9 и нижней 10 сетками. Цилиндрическая емкость 1 из диэлектрического материала соединена трубопроводом 11 с компенсирующей емкостью 12. Кольцевые каналы 4-а, б, в, ниже уровня размещения индукционной катушки 5 соединены между собой отверстиями 13.The device consists of a cylindrical container 1 made of a dielectric material, in the inner cavity of which three pipes 3 made of a dielectric material are placed coaxially with a gap relative to each other and forming a condensation zone 2 above them, forming annular channels 4 -a, b, c. In one of the annular channels there is an induction coil 5 made of a hollow copper tube. The pipeline 6 with the source of the heated coolant passes through the cylindrical container 1 along the central coaxial pipe 7 and through the condensation zone 2. In the condensation zone 2, to increase the area of condensation, the pipeline 6 passing through it is made in the form of a coil 14. In the annular channels 4-a and 4- in, covering the induction coil 5 on both sides, metal ferromagnetic balls 8 are placed. The position of the balls in 3 channels, covering the coil, is fixed by the upper 9 and lower 10 grids. Cylindrical container 1 made of dielectric material is connected by pipeline 11 with compensating container 12. Annular channels 4-a, b, c, below the level of placement of induction coil 5 are interconnected by holes 13.

Подобное конструктивное решение позволяет исключить нагрев теплоносителя в большом объеме и организовать процесс парообразования промежуточного теплоносителя в пленочном режиме, а также организовать процесс нагрева нагреваемой текучей жидкости в режиме термосифонного нагрева и тем самым сократить затраты энергии на нагрев большого количества промежуточного теплоносителя до температуры парообразования, кроме того такое решение позволяет уменьшить геометрические размеры индукционного парогенератора тока высокой частоты.Such a constructive solution makes it possible to exclude heating of the coolant in a large volume and organize the process of vaporization of the intermediate coolant in the film mode, as well as organize the process of heating the heated fluid in the thermosiphon heating mode and thereby reduce the energy costs for heating a large amount of intermediate coolant to the vaporization temperature, in addition this solution allows to reduce the geometric dimensions of the induction high-frequency current steam generator.

По имеющимся у авторов 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».According to the information available to the authors, the set of essential features that guarantee the essence of the claimed invention is not known and for specialists does not follow explicitly from the prior art. This allows us to conclude that the invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Высокочастотный индукционный термосифонный парогенератор для нагрева текучей среды работает следующим образом.High-frequency induction thermosiphon steam generator for heating fluid works as follows.

На индукционную катушку 5, выполненную из полой медной трубки, располагающийся в среднем кольцевом канале 4-б коаксиально-цилиндрической системы, состоящей из трех диэлектрических тонкостенных труб 3, размещенных в цилиндрической емкости 1, выполненной из диэлектрического материала, подается переменное напряжение частотой 30 - 80 кГц, приводящее к индуцированию в металлических ферромагнитных шариках 8, заполняющих в виде столба внешний 4-а и внутренний 4-в кольцевые каналы коаксиально-цилиндрической системы, токов Фуко соответствующей частоты, что сопровождается их нагревом. Положение ферромагнитных шариков в кольцевых каналах 4а и 4в зафиксировано верхней 9 и нижней 10 сетками. Трубопровод с источником нагреваемого теплоносителя проходит через цилиндрическую емкость по центральной коаксиальной трубе и в зоне конденсации выполнен в виде змеевика 14.An alternating voltage with a frequency of 30 - 80 kHz, leading to the induction in metal ferromagnetic balls 8, filling in the form of a column the outer 4-a and inner 4-in annular channels of the coaxial-cylindrical system, Foucault currents of the corresponding frequency, which is accompanied by their heating. The position of the ferromagnetic balls in the annular channels 4a and 4b is fixed by the upper 9 and lower 10 grids. The pipeline with a source of heated coolant passes through the cylindrical container along the central coaxial pipe and in the condensation zone is made in the form of a coil 14.

Заполняющий пространство между шариками 8 промежуточный теплоноситель закипает в пленочном режиме и образует пар, конденсируемый в зоне конденсации 2 на поверхности змеевиковой части 14 трубопровода 6. В процессе образования пара количество переведенного в пар промежуточного теплоносителя компенсируется с помощью компенсирующей емкости 12 через трубопровод 11, в соответствии с законом сообщающихся сосудов. Генерируемый пар воспринимается теплоприемником, представляющим собой зону конденсации 2, в которой расположен трубопровод 6 проходящий через центральную коаксиальную трубу 7, и выполненный в этой зоне в виде змеевика 14, на поверхности которого пар конденсируется, передает ему тепловую энергию и нагревает продукт, протекающий внутри теплообменника-проду ктопровода 6.The intermediate coolant filling the space between the balls 8 boils in a film mode and forms steam, which condenses in the condensation zone 2 on the surface of the coil part 14 of the pipeline 6. In the process of steam formation, the amount of the intermediate coolant converted into steam is compensated using the compensating tank 12 through the pipeline 11, in accordance with the law of communicating vessels. The generated steam is perceived by the heat sink, which is a condensation zone 2, in which the pipeline 6 is located passing through the central coaxial pipe 7, and made in this zone in the form of a coil 14, on the surface of which the steam condenses, transfers thermal energy to it and heats the product flowing inside the heat exchanger -produce a wire 6.

Образующийся в результате конденсации пара на поверхности металлического змеевика 14 трубопровода 6, конденсат имеет температуру пара [Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. - М.: Стройиздат, 1983.320 с] и вновь попадает в зону индукционного парогенерирования, восполняя уровень промежуточного теплоносителя, что позволяет снизить затраты энергии на его нагрев от начальной температуры до температуры кипения, как это предполагается в прототипе [RU 2528211].Formed as a result of steam condensation on the surface of the metal coil 14 of the pipeline 6, the condensate has a steam temperature [Bogoslovsky V.N., Poz M.Ya. Thermal physics of heat recovery devices for heating, ventilation and air conditioning systems. - M .: Stroyizdat, 1983.320 s] and again enters the zone of induction steam generation, replenishing the level of the intermediate coolant, which reduces the energy costs for heating it from the initial temperature to the boiling point, as is assumed in the prototype [EN 2528211].

Использование изобретения позволяет:The use of the invention allows:

- увеличить паропроизводительность за счет того, что в индукционном термосифонном парогенераторе токами высокой частоты для нагрева текучей среды используется два столба ферромагнитных шариков, располагающихся как с внутренней стороны индуктора, так и с внешней,- to increase the steam capacity due to the fact that in the induction thermosyphon steam generator with high-frequency currents, two columns of ferromagnetic balls are used to heat the fluid medium, located both on the inside of the inductor and on the outside,

- увеличить площадь парообразования, позволяет организовать процесс генерации пара в энергосберегающих режимах термосифона и пленочного парообразования,- increase the area of vaporization, allows you to organize the process of steam generation in energy-saving modes of thermosyphon and film vaporization,

- уменьшить инерционность парообразования,- reduce the inertia of vaporization,

- увеличить компактность индукционного ТВЧ парообразователя и его энергоэффективность.- to increase the compactness of the induction HDTV steam generator and its energy efficiency.

Claims

A liquid heater containing an induction coil, a cylindrical container made of dielectric material, metal ferromagnetic balls filling the container, the position of which is fixed in the container, a pipeline with a source of heated coolant, characterized in that it additionally contains a compensating container connected to a cylindrical container made of dielectric material, in the inner cavity of the cylindrical container coaxially, with a gap relative to each other and with the formation of a condensation zone above them, three pipes of dielectric material are placed, forming annular channels between themselves, the induction coil is made of a hollow copper tube and placed in the middle annular channel, a pipeline with a source of heated the coolant passes through the cylindrical container along the central coaxial pipe and in the condensation zone is made in the form of a coil, and metal ferromagnetic balls are placed in the annular channels, covering the annular channel with action coil.