UA146274U

UA146274U - ELECTRIC HEATER TRANSFORMER TYPE

Info

Publication number: UA146274U
Application number: UAU202006379U
Authority: UA
Inventors: Анатолій Вікторович Карпов; Володимир Леонідович Чуприна
Original assignee: Анатолій Вікторович Карпов; Володимир Леонідович Чуприна
Priority date: 2020-10-02
Filing date: 2020-10-02
Publication date: 2021-02-03

Abstract

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, а кінці струмопровідними перемичками з'єднані з нульовою шиною, при цьому вторинна обмотка виконана з емальованого електропровідного дроту, корпус виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу, а вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини. 1The electric heater of the transformer type contains a magnetic circuit with a primary winding connected to a power source, covering its closed secondary winding, housed in a sealed housing provided with inlet and outlet nozzles. The secondary winding is made bifilarly of two windings connected by conductive jumpers so that one of the windings has a right winding and the other - the left, the beginnings of the windings are connected together and connected to the neutral bus, and the ends of the conductive jumpers are connected to zero bus, while the secondary winding is made of enameled electrically conductive wire, the housing is made of dielectric transparent material, and the inlet is provided with a liquid injector. 1

Description

Корисна модель належить до електротехнічного устаткування, а саме до електронагрівачів трансформаторного типу і призначений для нагрівання рідини.The useful model belongs to electrical equipment, namely to electric heaters of the transformer type and is intended for heating liquid.

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.The heat exchanger is heated using an induction field, and heat is removed from the heat exchanger by a conductive method, that is, when the surface of the heat exchanger is in direct contact with the heated liquid.

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.The heat-releasing element in such equipment is the secondary winding of the transformer, usually short-circuited, so that all the active power consumed by the electric heater from the network is transferred from the surface of the winding to the heated liquid.

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 2565059A known transformer-type electric heater, which contains a charged core with a primary winding connected to a voltage source, a secondary winding made in the form of a short-circuited coil from a conductive tube, in which there is a liquid that is heated due to the short-circuit currents of the secondary winding (application EE Mo 2565059

МПК НОВ 60).IPC NOV 60).

До істотних недоліків відомого технічного рішення відноситься 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.The significant disadvantages of the known technical solution include the limited power factor due to the increased magnetic flux dissipation, associated with the phenomenon of self-induction and due to the multi-turn secondary winding in the known solution, which is necessary to create a sufficient heat transfer area.

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.However, the power of heat released by the conductor during the flow of an electric current is proportional to the product of the electric current density by the strength of the electromagnetic field. At the same time, the current density is maximum near the surface of the current-carrying conductor (the so-called skin effect), and when removed from the surface, it decreases exponentially, and the lower metal layers of the conductor are heated due to thermal conductivity, that is, with heat loss.

Таким чином, ще одним істотним недоліком відомого технічного рішення є тільки часткове використання активної поверхні нагрівального елементу - вторинної обмотки.Thus, another significant drawback of the known technical solution is only partial use of the active surface of the heating element - the secondary winding.

Відомий електронагрівач трансформаторного типу згідно, 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 КИ Мо 2074529 від 27.07.97 р., МПКНО5 В 6/10).The transformer-type electric heater is known according to the fact that it contains a housing, a transformer with a ferromagnetic core is placed in it, with a primary winding located on the rods, connected to an alternating current network, and a secondary winding, which is a heat exchanger (patent KI Mo 2074529 dated 07.27.97, IPKNO5 V 6/10).

Зо У відомому електронагрівачі теплообмінник виконаний у формі порожнистої камери з вхідним і вихідним патрубками для циркуляції рідини, яка нагрівається.In the well-known electric heater, the heat exchanger is made in the form of a hollow chamber with inlet and outlet nozzles for the circulation of the liquid that is heated.

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).The secondary winding in this known solution is essentially one short-circuited turn. This implementation of the secondary winding reduces the magnitude of the magnetic flux dissipation associated with the phenomenon of self-induction, but at the same time, the area of heat transfer decreases, which means the heating efficiency. This circumstance is complicated by the main significant drawback of the known electric heater, which is that the liquid is heated due to the heat of the inner wall of the secondary winding, which is a heat exchanger, while the maximum temperature occurs on the outer wall (skin effect).

Таким чином, найбільша частина теплової енергії розсіюється в навколишнє середовище, що істотно знижує енергетичну ефективність відомого технічного рішення в цілому.Thus, the largest part of thermal energy is dispersed into the environment, which significantly reduces the energy efficiency of the known technical solution as a whole.

Найбільш близьким аналогом 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. МПКНО5З 86/10).The closest analogue is a transformer-type electric heater containing a magnet wire with a primary winding connected to a source of electricity, covering its closed secondary winding, placed in a hermetic housing equipped with inlet and outlet nozzles (patent KO Mo 13133 dated 20.03.2000 МПКНО5З 86/ 10).

Відомий електронагрівач трансформаторного типу містить магнітопровід з первинною обмоткою, резервуар і замкнену вторинну обмотку, розташовану всередині резервуара, по якому протікає рідина, що нагрівається.A well-known electric heater of the transformer type contains a magnetic line with a primary winding, a tank and a closed secondary winding located inside the tank, through which the heated liquid flows.

Завдання технічного рішення згідно відомої корисної моделі полягає в підвищенні ефективності використання нагрівального елементу, яким є вторинна обмотка, розташована в резервуарі з рідиною.The task of the technical solution according to the known useful model is to increase the efficiency of the use of the heating element, which is the secondary winding located in the tank with liquid.

За рахунок врахування скін-ефекту у відомому технічному рішенні електрообігрівача, вся теплова енергія, яка виділяється на поверхні вторинної обмотки, поглинається рідиною, що нагрівається.By taking into account the skin effect in the known technical solution of the electric heater, all the thermal energy released on the surface of the secondary winding is absorbed by the heated liquid.

Однак у відомому рішенні ефективність нагрівального елементу 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.However, in the known solution, the efficiency of the heating element and the electric heater as a whole reduces the large dissipation inductance due to the phenomenon of self-induction, which is inevitable for the multi-turn secondary winding in this design, which is a significant drawback of this known electric heater.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення енергетичної ефективності електронагрівача трансформаторного типу за рахунок мінімізації втрат від індуктивного бо розсіювання струмами самоіндукції у вторинній обмотці при збереженні ефективності використання теплової енергії, що виділяється на поверхні вторинної обмотки і перемичок, які є тепловидільними елементами.The basis of a useful model is the task of increasing the energy efficiency of a transformer-type electric heater by minimizing losses from inductive and dissipation by self-induction currents in the secondary winding while maintaining the efficiency of the use of thermal energy released on the surface of the secondary winding and jumpers, which are heat-releasing elements.

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, згідно з корисною моделлю, 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, а кінці струмопровідними перемичками з'єднані з нульовою шиною, при цьому вторинна обмотка виконана з емальованого електропровідного дроту, корпус виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу, а вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини.The task is solved by the fact that the transformer-type electric heater containing a magnet wire with a primary winding connected to a source of electricity, covering its closed secondary winding, placed in a hermetic housing equipped with inlet and outlet nozzles, according to a useful model, the secondary winding is made bifilar from two windings connected by conductive jumpers in such a way that one of the windings has a right winding and the other has a left winding, the beginnings of the windings are connected together and connected to the neutral bus, and the ends are connected to the neutral bus by conductive jumpers, while the secondary winding made of enameled conductive wire, the body is made of dielectric radio-transparent material, and the inlet pipe is equipped with a liquid injector.

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.Making the secondary winding bifilar, consisting of two windings connected by conductive jumpers in such a way that one of the windings has a right-handed winding, and the other left-handed, allows you to obtain a secondary winding composed of two completely symmetrical windings with differently directed currents and self-induction fields.

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.As a result, the sum of the magnetic dissipation fluxes created by these currents is practically zero, which, in turn, makes it possible to obtain a value of the inductive resistance of the secondary winding close to zero, and therefore a high value of the power factor of the device, that is, an increase in the energy efficiency of the transformer-type electric heater, that is claimed

Заявлене підключення до нульової шини необхідно для дотримання вимог щодо безпеки електрообігрівача.The declared connection to the neutral bus is necessary to comply with the safety requirements of the electric heater.

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.At the same time, the secondary winding closed by jumpers, which is a heat-releasing element, is placed in a hermetic housing with a heated liquid, ensures the efficiency of the use of thermal energy that is released on the surface of the secondary winding and jumpers, which, in turn, increases the energy efficiency of the transformer-type electric heater , which is declared

Виконання корпусу з діелектричного радіопрозорого матеріалу забезпечує проникнення крізь корпус електромагнітних хвиль без спотворень їх амплітуди і фази, що важливо дляMaking the case from a dielectric radio-transparent material ensures the penetration of electromagnetic waves through the case without distortion of their amplitude and phase, which is important for

Зо синхронізованої роботи всієї електромагнітної системи пристрою.From the synchronized operation of the entire electromagnetic system of the device.

Виконання вторинної обмотки з емальованого електропровідного дроту необхідно для дотримання санітарних вимог.The secondary winding is made of enameled conductive wire to meet sanitary requirements.

Вхідний патрубок забезпечений інжектором рідини для поліпшення умов циркуляціїThe inlet pipe is equipped with a liquid injector to improve circulation conditions

Таким чином, всі істотні ознаки винаходу спрямовані на виконання поставленого завдання підвищення енергетичної ефективності електронагрівача трансформаторного типу.Thus, all essential features of the invention are aimed at fulfilling the task of increasing the energy efficiency of the transformer-type electric heater.

В подальшому винахід пояснюється докладним описом його виконання з посиланнями на креслення, на яких: - на фіг. 1 представлена схема однофазного електронагрівача трансформаторного типу; - на фіг. 2 представлений ескіз виконаної вторинної біфілярної обмотки з струмопровідними перемичками; - на фіг. З представлена електрична схема з'єднання обмоток.In the following, the invention is explained by a detailed description of its implementation with references to the drawings, in which: - fig. 1 presents a scheme of a single-phase electric heater of the transformer type; - in fig. 2 shows a sketch of the completed secondary bifilar winding with conductive jumpers; - in fig. C shows the electrical circuit for connecting the windings.

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.The transformer-type electric heater contains a magnet wire 1 with a primary winding 2 connected to an alternating current source, covering its secondary winding 3 closed by conductive jumpers, placed in a sealed housing 4, equipped with an inlet pipe 5 and an outlet pipe 6 for the circulation in the housing 4 of the fluid 7 that is heated .

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.The secondary winding 3 is bifilarly made of two windings connected by conductive jumpers in such a way that one of the windings has a right winding and the other has a left winding, the beginnings of the windings are connected together and connected to the zero bus 8, and the ends are connected by jumpers 9 with zero bus 8.

Вторинна обмотка З виконана з емальованого електропровідного дроту.The secondary winding C is made of enameled conductive wire.

Корпус 4 виготовлений з діелектричного радіопрозорого матеріалу, а вхідний патрубок 5 забезпечений інжектором 10 рідини.The body 4 is made of a dielectric radio-transparent material, and the inlet pipe 5 is equipped with a liquid injector 10.

Електронагрівач трансформаторного типу, що заявляється, працює наступним чином.The claimed transformer-type electric heater works as follows.

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 З забезпечує ефективний нагрів рідини 7, яка знаходиться в корпусі 4.Through the voltage regulator, the primary winding 2 is connected to the alternating current source. Under the influence of the magnetic fluxes of the transformer, currents are induced in the closed secondary winding C, which cause heating of the entire secondary circuit. The maximum heating temperature, concentrated on the surface of the winding C, provides effective heating of the liquid 7, which is located in the housing 4.

Рідина 7 подається через вхідний патрубок 5 і інжектор 10 в корпус 4. Рівномірно переміщуючись по всьому об'єму корпусу 4 від низу до верху уздовж вторинної обмотки З рідина 7 нагрівається і відводиться через патрубок 6.The liquid 7 is fed through the inlet pipe 5 and the injector 10 into the housing 4. Moving evenly throughout the volume of the housing 4 from the bottom to the top along the secondary winding C, the liquid 7 is heated and discharged through the pipe 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.The secondary winding C is made bifilar, with the formation of two absolutely symmetrical windings, which enclose the entire closed secondary winding C by means of their connection with conductive jumpers 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.As a result, the process of inducing currents in the winding Z is the process of inducing multidirectional currents with multidirectional self-induction fields, as a result of which the final magnetic flux dissipation of the secondary winding Z is practically zero.

Таким чином, використання електронагрівача трансформаторного типу, що заявляється, забезпечує високе значення коефіцієнта потужності і підвищення енергетичної ефективності електронагрівача в цілому.Thus, the use of the proposed electric heater of the transformer type ensures a high value of the power factor and an increase in the energy efficiency of the electric heater as a whole.

Технічне рішення, що заявляється, може бути виконано і для варіанту трифазного електронагрівача рідини трансформаторного типу.The proposed technical solution can also be implemented for a variant of a three-phase electric liquid heater of the transformer type.

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.In this design, the heater contains a three-core magnet wire and, accordingly, three primary windings covering each core and connected through a three-phase voltage regulator to a three-phase power source. The secondary winding, installed in the housing, covers the primary winding on the middle rod and is mounted by analogy with a single-phase electric heater of the transformer type.

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.The proposed transformer-type electric heater is easy to manufacture, has a small metal capacity, is reliable and safe in operation and can be widely used for autonomous heating of residential and industrial premises.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA An electric heater of the transformer type, containing a magnet wire with a primary winding connected to the source of electricity, covering its closed secondary winding, placed in a hermetic housing equipped with inlet and outlet nozzles, which is characterized by the fact that the secondary winding is made bifilar from two windings, with connected by conductive ZO jumpers in such a way that one of the windings has a right winding and the other has a left winding, the beginnings of the windings are connected together and connected to the neutral bus, and the ends are connected to the neutral bus by conductive jumpers, while the secondary winding is made of enamelled conductive wire, the body is made of dielectric radio-transparent material, and the inlet nozzle is equipped with a liquid injector.

and ; her nsh : i Yar K. her 5: M : : i

Fig. 1