UA125046C2 - Електронагрівач трансформаторного типу - Google Patents

Abstract

Винахід належить до електротехнічного устаткування, а саме до електронагрівачiв для нагрівання рідини. Електронагрівач трансформаторного типу містить магнітопровід з первинною обмоткою, підключеною до джерела електроенергії, охоплюючу її замкнену вторинну обмотку, розміщену в герметичному корпусі, забезпеченому вхідним і вихідним патрубками. Вторинна обмотка виконана біфілярно з двох обмоток, з'єднаних струмопровідними перемичками таким чином, що одна з обмоток має праве намотування, а інша – ліве. Початки обмоток з'єднані разом і підключені до нульової шини. Кінці струмопровідними перемичками з'єднані з нульовою шиною. Вторинна обмотка виконана з емальованого електропровідного дроту. Корпус виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу. Вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини. Технічним результатом винаходу є підвищення енергетичної ефективності.

Description

не і ї ї Я кн, ! Ї Е : схожу ч .

Ше : ШЕ : : і ї ї Я Б шк ЧЕ Н ї ї ї Я кт

КЗ З - я . З Й щу ах ших ЗЕ й й й ДЕ: 5; ЕК

Х Н Е ЇЯЩ звнвннннннс неннннннннс сн Я зни ї я Я фрак дуккКАКучннКя

ЕЕ Н з Е діае Х Я: : Ї ? зако ЗЕ ЗК

З Н ЕКЗ Ко ааааааня ЗЕ: : ї вк ЕЕ ся

З ЖЖ З Х ШЕ: у М ЕК З

ЕЕ ЕЕ ом ЗЕ: ї з ж шин

Ж З Х; Х НЕ: : ї Х Я

ІЗ з Н з Е С сш Я: : Ї я, З: гКЗ

ЕЕ Н ЖЖ З Х же: : ї З - "х

А кнкнк» ЕВ Н з Е я ; Я: : Ї ї Е ї НИ

З З Н Ж ще ЗЕ: : ї роя с: ення й ЕЕ Е: х МК я З Е З КК Ко й пе А нн М ко ве я Х век Як У М НЯ Зоо й о З я в й їз 1 Е: х с х З Е : З ї З М: КРИ.

Кр: З Н ЕКЗ данний ЗЕ: : ї зззазаааах Зно

ЕЕ Н Е: ЕЗ З х З Е ї у от.

ЕН і ЕЕ ЖЕ же НЕ ооо І

ЕЕ : Е: х шкя х З Е Н З Кк. Ж 5 у

З ЕЕ Я А ЗЕ: ї З сх

ЕЕ М з КЗ Ух З З х : у ч ХМ х й

ЕЕ Н Е: ЕЗ як о З Е н у вв днях

ЕЕ : Е; Ж да. З х : У МУ КО

ЕЕ Н Е: Ж Вк: З З Х ї у ЯКО мен.

ЕЕ М з КЗ як: с З х ї у еВ

ЕЕ 1 з ІЗ ЩЕ: їх ЗХ с З с ї І ря

ЕЕ Н ЖК БО» А ЖЕ: : Ї о З

З Н ЖЖ "ОВО юю ЗЕ: : 3 МК хом З жк

ЕЕ і | ; ї ши и В ї Ме

Е і 3 я ї с ї

З Н Х ї : 3 ї ; Н ї ШЕ ! з і 1 ї : : ! ті ї : ї їй : :

Н Кк ї х : роя : !

Фіг. 1

Винахід належить до електротехнічного устаткування, а саме до електронагрівачів трансформаторного типу, та призначений для нагрівання рідини.

Нагрівання теплообмінника відбувається за допомогою індукційного поля, а знімання тепла з теплообмінника проводиться кондуктивним способом, тобто при безпосередньому контакті поверхні теплообмінника з рідиною, що нагрівається.

Тепловиділяючим елементом в такому обладнанні є вторинна обмотка трансформатора, зазвичай короткозамкнена, для того, щоб вся активна потужність, споживана електронагрівачем з мережі, передавалася з поверхні обмотки в рідину, що нагрівається.

Відомий електронагрівач трансформаторного типу, який містить шихтований сердечник з первинною обмоткою, підключеною до джерела напруги, вторинну обмотку, виконану у вигляді короткозамкненого змійовика з електропровідної трубки, в якій знаходиться рідина, що нагрівається, за рахунок струмів короткого замикання вторинної обмотки (заявка ЕЕ Мо 2565059

МПК НОБВ 6/10).

До істотних недоліків відомого технічного рішення належить обмежений коефіцієнт потужності через підвищений магнітний потік розсіювання, пов'язаний з явищем самоіндукції і обумовлений у відомому рішенні багатовитковою вторинною обмоткою, яка необхідна для створення достатньої площі тепловіддачі.

Однак потужність тепла, що виділяється провідником при протіканні електричного струму, пропорційна добутку щільності електричного струму на величину напруженості електромагнітного поля. При цьому щільність струму максимальна поблизу поверхні провідника зі струмом (так званий скін-ефект), і при видаленні від поверхні убуває експоненціально, а розташовані нижче шари металу провідника нагріваються за рахунок теплопровідності, тобто з втратами тепла.

Таким чином, ще одним істотним недоліком відомого технічного рішення є тільки часткове використання активної поверхні нагрівального елемента - вторинної обмотки.

Відомий електронагрівач трансформаторного типу, що містить корпус, розміщений в ньому трансформатор з феромагнітним сердечником, з розташованою на стержнях первинною обмоткою, підключеною до мережі змінного струму, і вторинною обмоткою, яка є теплообмінником (патент КО Мо 2074529 від 27.07.97 р., МПК НОБВ 6/10).

Зо У відомому електронагрівачі теплообмінник виконаний у формі порожнистої камери з вхідним і вихідним патрубками для циркуляції рідини, яка нагрівається.

Вторинна обмотка в цьому відомому рішенні є по суті одним короткозамкненим витком. Таке виконання вторинної обмотки знижує величину магнітного потоку розсіювання, пов'язаного з явищем самоіндукції, але при цьому знижується площа тепловіддачі, а значить і ефективність нагріву. Цю обставину ускладнює головний істотний недолік відомого електронагрівача, який полягає в тому, що нагрівання рідини відбувається за рахунок тепла внутрішньої стінки вторинної обмотки, яка є теплообмінником, в той час, як максимальна температура виникає на зовнішній стінці (скін-ефект).

Таким чином, найбільша частина теплової енергії розсіюється в навколишнє середовище, що істотно знижує енергетичну ефективність відомого технічного рішення в цілому.

Найбільш близьким технічним рішенням до рішення, що заявляється, є електронагрівач трансформаторного типу, що містить магнітопровід з первинною обмоткою, підключеною до джерела електроенергії, охоплюючу її замкнену вторинну обмотку, розміщену в герметичному корпусі, забезпеченому вхідним і вихідним патрубками (патент КО Мо 13133 від 20.03.2000 р.,

МПК НОБВ 6/10).

Відомий електронагрівач трансформаторного типу містить магнітопровід з первинною обмоткою, резервуар і замкнену вторинну обмотку, розташовану всередині резервуара, по якому протікає рідина, що нагрівається.

Задачею технічного рішення згідно відомої корисної моделі полягає в підвищенні ефективності використання нагрівального елемента, яким є вторинна обмотка, розташована в резервуарі з рідиною.

За рахунок врахування скін-ефекту у відомому технічному рішенні електрообігрівача, вся теплова енергія, яка виділяється на поверхні вторинної обмотки, поглинається рідиною, що нагрівається.

Однак у відомому рішенні ефективність нагрівального елемента і електронагрівача в цілому знижує велика індуктивність розсіювання, обумовлена явищем самоіндукції, неминуча для багатовиткової вторинної обмотки в такому виконанні, що є істотним недоліком цього відомого електрообігрівача.

В основу винаходу поставлена задача підвищення енергетичної ефективності бо електронагрівача трансформаторного типу за рахунок мінімізації втрат від індуктивного розсіювання струмами самоіндукції у вторинній обмотці при збереженні ефективності використання теплової енергії, що виділяється на поверхні вторинної обмотки і перемичок, які є тепловидільними елементами.

Поставлена задача вирішується тим, що електронагрівач трансформаторного типу, що містить магнітопровід з первинною обмоткою, підключеною до джерела електроенергії, охоплюючу її замкнену вторинну обмотку, розміщену в герметичному корпусі, забезпеченому вхідним і вихідним патрубками. Вторинну обмотку виконано біфілярно з двох обмоток, з'єднаних струмопровідними перемичками таким чином, що одна з обмоток має праве намотування, а інша - ліве, початки обмоток з'єднані разом і підключені до нульової шини, а кінці струмопровідними перемичками з'єднані з нульовою шиною. Вторинну обмотку виконано з емальованого електропровідного дроту, корпус виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу, а вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини.

Виконання вторинної обмотки біфілярною, що складається з двох обмоток, з'єднаних струмопровідними перемичками таким чином, що одна з обмоток має праве намотування, а інша - ліве, дозволяє отримати вторинну обмотку, складену з абсолютно симетричних двох обмоток з різноспрямованими струмами і полями самоіндукції.

Внаслідок цього сума магнітних потоків розсіювання, що створюються цими струмами, практично дорівнює нулю, що, в свою чергу, дозволяє отримати значення індуктивного опору вторинної обмотки близьким до нуля, а отже, високе значення коефіцієнта потужності пристрою, тобто підвищення енергетичної ефективності електронагрівача трансформаторного типу, що заявляється.

Заявлене підключення до нульової шини необхідно для дотримання вимог щодо безпеки електрообігрівача.

При цьому, замкнена перемичками вторинна обмотка, що є тепловиділялючим елементом, розміщена в герметичному корпусі з рідиною, що нагрівається, забезпечує ефективність використання теплової енергії, яка виділяється на поверхні вторинної обмотки і перемичок, що, в свою чергу, підвищує енергетичну ефективність електронагрівача трансформаторного типу, що заявляється.

Виконання корпусу з діелектричного радіопрозорого матеріалу забезпечує проникнення

Зо крізь корпус електромагнітних хвиль без спотворень їх амплітуди і фази, що важливо для синхронізованої роботи всієї електромагнітної системи пристрою.

Виконання вторинної обмотки з емальованого електропровідного дроту необхідно для дотримання санітарних вимог.

Вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини для поліпшення умов циркуляції.

Таким чином, всі істотні ознаки винаходу спрямовані на виконання поставленого завдання підвищення енергетичної ефективності електронагрівача трансформаторного типу.

Суть винаходу пояснюють креслення.

На фіг. 1 представлена схема однофазного електронагрівача трансформаторного типу.

На фіг. 2 представлений ескіз виконаної вторинної біфілярної обмотки з струмопровідними перемичками.

На фіг. 3 представлена електрична схема з'єднання обмоток.

Електронагрівач трансформаторного типу містить магнітопровід 1 з первинною обмоткою 2, підключеною до джерела змінного струму, охоплюючи її замкнуту струмопровідними перемичками вторинну обмотку 3, розміщену в герметичному корпусі 4, забезпеченому вхідним патрубком 5 і вихідним патрубком 6 для циркуляції в корпусі 4 рідини 7, що нагрівається.

Вторинна обмотка 3 виконана біфілярно з двох обмоток, з'єднаних струмопровідними перемичками таким чином, що одна з обмоток має праве намотування, а інша - ліве, початки обмоток з'єднані разом і підключені до нульової шини 8, а кінці з'єднані перемичками 9 з нульовою шиною 8.

Вторинна обмотка З виконана з емальованого електропровідного дроту.

Корпус 4 виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу, а вхідний патрубок 5 забезпечений інжектором 10 рідини.

Електронагрівач трансформаторного типу, що заявляється, працює наступним чином.

Через регулятор напруги підключають первинну обмотку 2 до джерела змінного струму. Під впливом магнітних потоків трансформатора в замкненій вторинній обмотці З індукуються струми, що викликають нагрів всього вторинного контуру. Максимальна температура нагріву, зосереджена на поверхні обмотки 3, забезпечує ефективний нагрів рідини 7, яка знаходиться в корпусі 4.

Рідина 7 подається через вхідний патрубок 5 і інжектор 10 в корпус 4. Рівномірно переміщуючись по всьому об'єму корпусу 4 знизу доверху уздовж вторинної обмотки 3, рідина 7 нагрівається і відводиться через патрубок 6.

Вторинна обмотка З виконана біфілярно, з утворенням двох абсолютно симетричних обмоток, які вкладають цілу замкнену вторинну обмотку З за допомогою заявленого їх з'єднання струмопровідними перемичками 9.

Внаслідок цього процес індукування струмів в обмотці З є процесом індукції різноспрямованих струмів з різноспрямованими полями самоіндукції, результатом чого підсумковий магнітний потік розсіювання вторинної обмотки З практично дорівнює нулю.

Таким чином, використання електронагрівача трансформаторного типу, що заявляється, забезпечує високе значення коефіцієнта потужності і підвищення енергетичної ефективності електронагрівача в цілому.

Технічне рішення, що заявляється, може бути виконано і для варіанту трифазного електронагрівача рідини трансформаторного типу.

У такому виконанні нагрівач містить тристрижневий магнітопровід і відповідно три первинні обмотки, що охоплюють кожен стрижень і підключені через трифазний регулятор напруги до трифазного джерела енергії. Вторинна обмотка, встановлена в корпусі, охоплює первинну обмотку на середньому стрижні і монтується за аналогією з однофазним електричним нагрівачем трансформаторного типу.

Електричний нагрівач трансформаторного типу, що заявляється, простий у виготовленні, має невелику металоємність, надійний і безпечний при експлуатації й може знайти широке застосування для автономного опалення житлових і виробничих приміщень.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Електронагрівач трансформаторного типу, що містить магнітопровід з первинною обмоткою, підключеною до джерела електроенергії, охоплюючу її замкнену вторинну обмотку, розміщену в герметичному корпусі, забезпеченому вхідним і вихідним патрубками, який відрізняється тим, що вторинну обмотку виконано біфілярно з двох обмоток, з'єднаних струмопровідними Зо перемичками таким чином, що одна з обмоток має праве намотування, а інша - ліве, початки обмоток з'єднані разом і підключені до нульової шини, а кінці струмопровідними перемичками з'єднані з нульовою шиною, при цьому вторинну обмотку виконано з емальованого електропровідного дроту, корпус виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу, а вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини. рН ЕЇ не ніш. Ше 1 тк : і Н НЕ Н

   Фіг. 1