UA75778C2 - A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same - Google Patents
A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same Download PDFInfo
- Publication number
- UA75778C2 UA75778C2 UA20040705591A UA20040705591A UA75778C2 UA 75778 C2 UA75778 C2 UA 75778C2 UA 20040705591 A UA20040705591 A UA 20040705591A UA 20040705591 A UA20040705591 A UA 20040705591A UA 75778 C2 UA75778 C2 UA 75778C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- tank
- induction
- short
- circuited
- specified
- Prior art date
Links
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 143
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 96
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 66
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 32
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 73
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 63
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 230000008569 process Effects 0.000 description 20
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 11
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 244000005706 microflora Species 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 4
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 3
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 2
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000008233 hard water Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 235000021056 liquid food Nutrition 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 2
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 2
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 241000193738 Bacillus anthracis Species 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010064851 Plant Proteins Proteins 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 235000020244 animal milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011278 co-treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 235000013365 dairy product Nutrition 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 1
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 1
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 235000015203 fruit juice Nutrition 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000009916 joint effect Effects 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 235000020191 long-life milk Nutrition 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000009928 pasteurization Methods 0.000 description 1
- 235000021118 plant-derived protein Nutrition 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 1
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 235000015192 vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/04—Heat
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/34—Treatment of water, waste water, or sewage with mechanical oscillations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Food Preservation Except Freezing, Refrigeration, And Drying (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до процесів обробки плинних середовищ і до конструкції індукційних нагрівачів для їх здійснення.The invention relates to processes of processing liquid media and to the design of induction heaters for their implementation.
Тут і далі, стосовно до винаходу, позначені: терміном "плинне середовище": по-перше, вода з довільних природних джерел, особливо жорстка і/або забруднена патогенною мікрофлорою; 70 по-друге, довільні рідини і гази з природними і/або штучними дисперсними (у тому числі, механічними) домішками, тобто істинні розчини і/або суспензії і/або емульсії, і по-третє, сипкі матеріали типу зерна, деревної тирси або інших дисперсних матеріалів рослинного походження, піску або інших попередньо диспергованих корисних копалин; терміном "обробка" - нагрів плинного середовища, що знаходиться в замкненому об'ємі або протікає 12 (пересипається) через замкнений об'єм бака індукційного нагрівача, на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки і механічних вібрацій з частотою, яка відповідає (зокрема, кратна) частоті коливань вказаного електромагнітного поля; терміном "індукційний нагрівач" - апарат періодичної або, переважно, безперервної дії, оснащений магнітопроводом, щонайменше однією індукційною обмоткою, баком для розміщення або протікання оброблюваного плинного середовища і щонайменше одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом; терміном "короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент" - резистивний елемент, що встановлений в баку індукційного нагрівача в зоні дії знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки, слугує провідником для індукованих вихрових струмів і, під час роботи, під дією вказаного поля с одночасно генерує тепло і механічно вібрує. Ге)Here and further, in relation to the invention, the following are indicated by the term "liquid environment": first, water from arbitrary natural sources, especially hard and/or contaminated with pathogenic microflora; 70 secondly, arbitrary liquids and gases with natural and/or artificial dispersed (including mechanical) impurities, i.e. true solutions and/or suspensions and/or emulsions, and thirdly, loose materials such as grain, wood sawdust or other dispersed materials of plant origin, sand or other pre-dispersed minerals; the term "treatment" means the heating of a fluid medium located in a closed volume or flowing 12 (overflowing) through the closed volume of the tank of the induction heater, against the background of the action of the alternating electromagnetic field of the induction winding and mechanical vibrations with a frequency that corresponds (in particular, multiple) frequency of oscillations of the specified electromagnetic field; the term "induction heater" means a device of periodic or, preferably, continuous operation, equipped with a magnetic circuit, at least one induction winding, a tank for placing or flowing the processed liquid medium and at least one short-circuited conductive heating element; the term "short-circuited electrically conductive heating element" means a resistive element installed in the tank of an induction heater in the zone of action of the alternating electromagnetic field of the induction winding, serves as a conductor for induced eddy currents and, during operation, under the action of the specified field c simultaneously generates heat and mechanically vibrates. Gee)
Загальновідомо, що нагрів багатьох плинних середовищ є необхідною передумовою їх подальшого практичного застосування. Найпростіші приклади - випаровування води в парових котлах і нагрів оборотної або свіжої води відповідно в замкнених системах водяного опалювання чи в розімкнених системах гарячого водопостачання. Загальновідома і потреба в придушенні патогенної мікрофлори в різноманітних плинних со середовищах, зокрема в стерилізації: - води для пиття і, особливо, для медичних потреб, молока тварин (звичайно коров'ячого, рідше козиного тощо) і молочних продуктів на основі рослинної в сировини типу сої, горіхів і т.д. оюIt is well known that the heating of many fluid media is a necessary prerequisite for their further practical application. The simplest examples are the evaporation of water in steam boilers and the heating of circulating or fresh water, respectively, in closed water heating systems or in open hot water supply systems. The need to suppress pathogenic microflora in various liquid media is well known, in particular, in sterilization: - water for drinking and, especially, for medical needs, animal milk (usually cow's, less often goat's, etc.) and dairy products based on plant-based raw materials soy, nuts, etc. oh
Нагрів потрібен при підготовці обводненої нафти і гідратованого природного газу перед подачею в 3о магістральні трубопроводи і при сушінні або іншій термообробці сипких матеріалів. вHeating is required during the preparation of watered oil and hydrated natural gas before feeding into 3o main pipelines and during drying or other heat treatment of loose materials. in
Для всіх зазначених плинних середовищ характерні домішки, які можуть осідати на теплопередавальних поверхнях.Impurities that can settle on heat transfer surfaces are characteristic of all the specified fluid media.
Іноді випадання осадів знижує лише ефективність нагрівачів, але не погіршує (а нерідко навіть покращує) « якість нагрітого продукту, як це відбувається з водою після осідання накипу. З 50 Набагато частіше ефективність нагрівачів і якість нагрітих продуктів знижуються одночасно, наприклад при с стерилізації або згущуванні молока в звичайних стерилізаторах або випарних апаратах. В цих процесах частинаSometimes precipitation only reduces the efficiency of heaters, but does not deteriorate (and often even improves) the quality of the heated product, as it happens with water after the sedimentation of scale. C 50 Much more often, the efficiency of heaters and the quality of heated products decrease at the same time, for example, when sterilizing or thickening milk in conventional sterilizers or vaporizers. Part of these processes
Із» білків коагулює і осідає на тепло передавальних поверхнях і в трубопроводах, а харчова цінність білка, який залишається в стерилізованому молоці, через термічну денатурацію знижується тим помітніше, чим вище робоча температура.Of" proteins coagulates and settles on heat transfer surfaces and in pipelines, and the nutritional value of the protein that remains in sterilized milk, due to thermal denaturation, decreases more noticeably, the higher the operating temperature.
Ще складніше стерилізувати воду, що містить стійку до нагрівання мікрофлору, наприклад, спори сибіркових 7 бацил. В цих випадках заростання тепло передавальних поверхонь осадом відбувається поволі, але на перший 4! план виходить проблема надійності і швидкості стерилізації при якомога меншій питомій витраті енергії.It is even more difficult to sterilize water containing heat-resistant microflora, for example, spores of anthrax 7 bacilli. In these cases, the overgrowth of heat transfer surfaces with sediment occurs slowly, but for the first 4! the plan solves the problem of reliability and speed of sterilization with the lowest possible specific energy consumption.
На жаль, інженери дуже довго боролися або тільки з передумовами, або тільки з наслідками згаданих і небажаних явищ, не втручаючись в процес нагріву як такий. Лише списки (не реферати!) публікацій, присвячених -і 20 знесоленню води перед кип'ятінням або видаленню накипу, термічній стерилізації води і рідких харчових продуктів, можуть зайняти сотні сторінок. со Тому навіть думка про можливість термообробки хімічно неоднорідних плинних середовищ без помітного блокування тепло передавальних поверхонь осадами і погіршення якості термооброблених плинних середовищ донедавна була крамольною. 29 "Світло в кінці тунелю" з'явилося з виходом на ринок технології регульованої гідродинамічної кавітації.Unfortunately, engineers struggled for a very long time either only with the prerequisites, or only with the consequences of the mentioned and undesirable phenomena, without interfering with the heating process as such. Only lists (not abstracts!) of publications devoted to desalination of water before boiling or descaling, thermal sterilization of water and liquid food products, can occupy hundreds of pages. Therefore, even the idea of the possibility of heat treatment of chemically heterogeneous fluid media without noticeable blocking of heat transfer surfaces by deposits and deterioration of the quality of heat-treated fluid media was seditious until recently. 29 "Light at the end of the tunnel" appeared with the market entry of adjustable hydrodynamic cavitation technology.
ГФ) Вона заснована на прокачуванні потоку плинного середовища через трубопровід, щонайменше одна ділянка якого оснащена турбулізатором для збудження кавітації. о Схлопування кавітаційних пухирців супроводжується нагрівом плинного середовища і збудженням в ньому механічних коливань переважно в смузі звукових частот. Інтенсивність цих коливань достатня для тонкого бо диспергування твердих або рідких домішок до рідкої основи плинних середовищ і помітного зменшення заростання стінок кавітаційних апаратів і трубопроводів осадами.GF) It is based on pumping a flow of fluid through a pipeline, at least one section of which is equipped with a turbulator to excite cavitation. o The collapse of cavitation bubbles is accompanied by the heating of the fluid medium and the excitation of mechanical vibrations in it, mainly in the sound frequency range. The intensity of these oscillations is sufficient for the fine dispersion of solid or liquid impurities to the liquid base of fluid media and a noticeable reduction in the overgrowth of the walls of cavitation devices and pipelines with sediments.
Далі, спільна дія підвищеної температури і інтенсивних механічних коливань приводить до термомеханічної деструкції не тільки мікроорганізмів з клітинною структурою, але й довільних полімерів. Так, в експериментах з виготовленням і стерилізацією соєвої пасти в кавітаційних апаратах було встановлено, що при певних режимах бо можлива глибока термомеханохімічна деструкція рослинних білків з виділенням сірководню (запах якого виходив від бракованої соєвої пасти).Further, the joint action of elevated temperature and intense mechanical vibrations leads to thermomechanical destruction not only of microorganisms with a cellular structure, but also of arbitrary polymers. Thus, in experiments with the production and sterilization of soybean paste in cavitation devices, it was established that under certain regimes deep thermo-mechanical destruction of plant proteins with the release of hydrogen sulfide (the smell of which came from defective soybean paste) is possible.
Інакше кажучи, нагрів на фоні механічних вібрацій виявився досить універсальним засобом обробки різноманітних плинних середовищ і істотної зміни їх фізичних і/або хімічних властивостей і/або хімічного складу.In other words, heating against the background of mechanical vibrations turned out to be a fairly universal means of processing various fluid media and significantly changing their physical and/or chemical properties and/or chemical composition.
Проте кавітаційні апарати придатні для обробки тільки плинних середовищ на рідкій основі, які знаходяться під істотним надмірним (порівняно з атмосферним) тиском.However, cavitation devices are suitable for processing only fluid media on a liquid basis, which are under significantly excessive (compared to atmospheric) pressure.
Наприклад, з УУО 98/42987 відомий такий пристрій, в якому для збудження кавітації в основний потік рідкого плинного середовища вводять щонайменше один збуджуючий струмінь того ж самого або іншого за хімічним складом рідкого плинного середовища. 70 На жаль, кавітаційний процес в таких пристроях можна регулювати тільки зміною тиску на вході основного і збуджуючого струменів в зону турбулізації. Тому застосування кавітаційних пристроїв обмежено нагрівом води для систем водяного опалювання і гарячого водопостачання, приготуванням, як правило, бінарних (наприклад, водомазутових) емульсій і диспергуванням набряклого насіння рослин. Але навіть для таких простих процесів в кавітаційних пристроях необхідно передбачати або контури рециркуляції оброблюваного плинного середовища (щоб поступово здрібнювати частинки домішок до необхідних розмірів), або інтенсифікувати кавітаційний режим (що різко знижує надійність апаратури).For example, from UUO 98/42987 such a device is known, in which to excite cavitation, at least one exciting jet of the same or different chemical composition of the liquid fluid medium is introduced into the main flow of the liquid fluid medium. 70 Unfortunately, the cavitation process in such devices can be regulated only by changing the pressure at the entrance of the main and exciting jets to the turbulence zone. Therefore, the use of cavitation devices is limited to heating water for water heating and hot water supply systems, preparing, as a rule, binary (for example, oil-water) emulsions and dispersing swollen plant seeds. But even for such simple processes in cavitation devices, it is necessary to provide for recirculation circuits of the treated liquid medium (to gradually grind the impurity particles to the required size), or to intensify the cavitation mode (which sharply reduces the reliability of the equipment).
В УУО 02/016783 А1 було запропоновано регулювати концентрацію важко зріджуваних газів (звичайно повітря) в плинному середовищі і, тим самим, змінювати швидкість схлопування кавітаційних пухирців (яка буде тим менша, ніж вища концентрація таких газів в кавітуючій рідині). Відповідно, був запропонований набір засобів газування і/або дегазації потоків плинних середовищ перед збудженням і/або після збудження кавітації з використанням довільного турбулізатора. Це дозволило підвищити надійність кавітаційних пристроїв у вказаній вище вузькій області їх застосування.In UUO 02/016783 A1, it was proposed to regulate the concentration of hard-to-liquefy gases (usually air) in a fluid medium and, thereby, to change the rate of collapse of cavitation bubbles (which will be lower, the higher the concentration of such gases in the cavitating liquid). Accordingly, a set of means of gasification and/or degassing of flows of fluid media before excitation and/or after excitation of cavitation using an arbitrary turbulator was proposed. This made it possible to increase the reliability of cavitation devices in the above-mentioned narrow area of their application.
Зрозуміло, що одночасні виділення тепла і механічні коливання у всьому об'ємі оброблюваних плинних середовищ дуже привабливі для технологів. сIt is clear that the simultaneous release of heat and mechanical oscillations in the entire volume of processed fluid media are very attractive for technologists. with
Але чим вище в'язкість плинних середовищ, тим важче збудити в них кавітацію з метою нагріву і механохімічної обробки домішок. Далі, механічні коливання, що викликаються схлопуванням кавітаційних і) пухирців, практично не можна регулювати ні за амплітудою, ні за частотою навіть за умови управління концентрацією газів в плинних середовищах (тому шум від працюючих кавітаційних апаратів настільки сильний, що вони потребують надійної звукоізоляції, яка утрудняє їх технічне обслуговування і ремонт). І, нарешті, в со зо таких апаратах не можна обробляти сипкі матеріали і аерозолі, в яких кавітація неможлива.But the higher the viscosity of fluid media, the more difficult it is to induce cavitation in them for the purpose of heating and mechanochemical processing of impurities. Further, mechanical oscillations caused by the collapse of cavitation i) bubbles cannot be regulated either in terms of amplitude or frequency, even under the condition of controlling the concentration of gases in liquid media (therefore, the noise from working cavitation devices is so strong that they require reliable sound insulation, which makes their maintenance and repair difficult). And, finally, such devices cannot process loose materials and aerosols in which cavitation is impossible.
Тому для одночасної термічної і механохімічної обробки плинних середовищ потрібні такі засоби, які будуть - позбавлені вище вказаних недоліків. МTherefore, for the simultaneous thermal and mechanochemical treatment of liquid media, such means are needed, which will be devoid of the above-mentioned disadvantages. M
Їх основою, з погляду винахідників, можуть стати індукційні нагрівачі активну потужність яких можна вибирати в широкому діапазоні залежно від підлягаючих обробці об'ємів плинних середовищ і легко регулювати о зв В інтервалі від нуля до максимально допустимої для конкретного нагрівача, щоб не перегрівати оброблюване ї- плинного середовища вище наперед заданої температури.According to the inventors, their basis can be induction heaters, the active power of which can be selected in a wide range depending on the volumes of fluid media to be treated and can be easily adjusted in the range from zero to the maximum permissible for a specific heater, so as not to overheat the treated material. fluid medium above a predetermined temperature.
Вже відоме застосування індукційного нагріву для обробки плинних середовищ |див., наприклад: В.С.The use of induction heating for processing liquid media is already known | see, for example: V.S.
Чередниченко, Г.В. Снегирева и К. В. Хацевский "Злектротехнологические процессьі обработки води в индукционних системах нагрева жидкостей"/Научний вестник Новосибирского государственного технического « университета, 2003, Мо 1(14), Россия). шщ с В цій статті на прикладі високотемпературного (до кипіння) нагрівання стандартної водопровідної води, що ц містить 6-7 мг'зкв/кг солей жорсткості, описані найближчі до пропонованих далі процесу і апарату: "» (1) спосіб обробки плинних середовищ, що включає: а) подачу порції або потоку неоднорідного за хімічним складом плинного середовища в індукційний нагрівач, 75 який має бак, оснащений щонайменше одним засобом подачі-виведення плинного середовища і розташованим -І всередині щонайменше одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом, який, під час роботи нагрівача, зв'язаний електромагнітним полем з щонайменше однією індукційною обмоткою, і-й б) нагрів цього середовища на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля до температури і протягом -І часу, які достатні для досягнення бажаних результатів (зокрема, до перетворення солей жорсткості в тонкодисперсний шлам, який може вільно витати в обробленому плинному середовищі), і 7 в) виведення обробленого плинного середовища з індукційного нагрівача; та (2) індукційний нагрівач для со обробки плинних середовищ, який має: (а) замкнений магнітопровід, що включає щонайменше два стрижні і два сполучні ярма; (б) зокрема, щонайменше односекційну індукційну обмотку, яка охоплює щонайменше один вибраний стрижень магнітопровода і оснащена засобом для підключення до джерела змінного струму; (в) переважно (хоча і не обов'язково) проточний бак з довільного (зокрема, електропровідногоCherednychenko, G.V. Snegyreva and K. V. Khatsevskii "Elektrotechnological processes of water treatment in induction liquid heating systems"/ Scientific Bulletin of the Novosibirsk State Technical University, 2003, Mo 1(14), Russia). In this article, on the example of high-temperature (to boiling) heating of standard tap water, which contains 6-7 mg'sq/kg of hardness salts, the closest to the process and apparatus proposed below are described: "» (1) method of processing liquid media, which includes: a) supplying a portion or flow of a chemically inhomogeneous liquid medium into an induction heater 75, which has a tank equipped with at least one means of supply-removal of the liquid medium and located inside at least one short-circuited electrically conductive heating element, which, during operation heater, connected by an electromagnetic field to at least one induction winding, i-i b) heating this medium against the background of the action of a sign-changing electromagnetic field to a temperature and during -I time, which are sufficient to achieve the desired results (in particular, to transform the hardness salts into finely dispersed sludge that can float freely in the treated liquid medium), and 7 c) removal of treated liquid sulfur heat from an induction heater; and (2) an induction heater for the co-treatment of fluid media, which has: (a) a closed magnetic conduit including at least two rods and two connecting yokes; (b) in particular, at least a single-section induction winding, which covers at least one selected core of the magnetic wire and is equipped with means for connection to an alternating current source; (c) preferably (although not necessarily) a flow tank made of arbitrary (in particular, electrically conductive
Ф, феромагнітного) матеріалу, який має: ко щонайменше одну внутрішню стінку, яка охоплює вибраний стрижень магнітопровода (зокрема, разом з індукційною обмоткою), звичайно одну зовнішню стінку, яка розташована з зазором щодо внутрішньої стінки, і бо (зокрема, верхню і нижню) торцеві стінки, які щільно перекривають зазор між вказаними внутрішньою і зовнішньою стінками, щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент, розміщений в порожнині бака і зв'язаний електромагнітним полем, під час роботи нагрівача, з щонайменше однією індукційною обмоткою; і щонайменше один засіб для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища. 65 У Цьому індукційному нагрівачу кожний короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент має вигляд кільця, що жорстко закріплене усередині бака коаксіально його внутрішній стінці Для зниження вірогідності випадання накипу кожне кільце звичайно має гладку (поліровану) поверхню, а бічні сторони кілець можуть бути нахилені до горизонталі під кутом, який перевищує кут природного укосу частинок шламу в спокійному плинному середовищі.Ф, ferromagnetic) material that has: at least one inner wall that covers the selected core of the magnet wire (in particular, together with the induction winding), usually one outer wall that is located with a gap relative to the inner wall, and bo (in particular, the upper and lower ) end walls that tightly cover the gap between the indicated inner and outer walls, at least one short-circuited electrically conductive heating element, placed in the tank cavity and connected by an electromagnetic field, during the operation of the heater, with at least one induction winding; and at least one means for supplying fresh and removing the treated fluid medium. 65 In this induction heater, each short-circuited electrically conductive heating element has the form of a ring that is rigidly fixed inside the tank coaxially with its inner wall. To reduce the probability of scaling, each ring usually has a smooth (polished) surface, and the sides of the rings can be inclined to the horizontal at an angle, which exceeds the angle of natural slope of sludge particles in a calm fluid medium.
Ця технологія націлена тільки на запобьгання осадження солей на тепло передавальних поверхнях при нагріві жорсткої води. Обгрунтовування такого результату, звичайно, обмежені вказівкою на експериментальне підтверджений факт перетворення солей жорсткості (під одночасним впливом нагріву і знакозмінного електромагнітного поля) в тонкодисперсний шлам, здатний витати в нагрітій воді.This technology is aimed only at preventing the deposition of salts on heat transfer surfaces when heating hard water. The justifications for such a result are, of course, limited by pointing to the experimentally confirmed fact of the transformation of hardness salts (under the simultaneous influence of heating and a sign-changing electromagnetic field) into a finely dispersed sludge capable of floating in heated water.
На жаль, відомі електротеплові процеси перебігають в надтонких шарах плинного середовища поблизу тепло /о передавальних поверхонь. Тому блокування цих поверхонь осадами виключено лише тоді, коли швидкість переміщення оброблюваного плинного середовища уздовж них перевищує деяку (різну для різних за складом і в'язкістю плинних середовищ) мінімальну швидкість, при якій починається поверхневе кипіння рідкої основи плинного середовища. При порушенні цієї умови накип швидко осідає навіть на полірованих вертикальних поверхнях. Тому у відомому індукційному нагрівачу можна обробляти лише плинні середовища типу /5 Ньютонівських рідин і у принципі неможливо обробляти сипкі матеріали. Суть винаходуUnfortunately, known electrothermal processes take place in ultra-thin layers of the fluid medium near heat transfer surfaces. Therefore, the blocking of these surfaces by sediments is excluded only when the speed of movement of the treated fluid medium along them exceeds a certain (different for different composition and viscosity of fluid media) minimum speed at which the surface boiling of the liquid base of the fluid medium begins. If this condition is violated, scale quickly settles even on polished vertical surfaces. Therefore, in the known induction heater, only fluid media of type /5 Newtonian fluids can be processed and, in principle, it is impossible to process loose materials. The essence of the invention
В основу винаходу положена задача зміною умов і засобів електротеплової дії на плинні середовища створити такий спосіб і такий індукційний нагрівач, які забезпечували б ефективне перемішування оброблюваних плинних середовищ практично у всьому об'ємі і, тим самим, дозволили б істотно розширити область практичного застосування індукційних нагрівачів.The invention is based on the task of changing the conditions and means of electrothermal action on liquid media to create such a method and such an induction heater that would ensure effective mixing of the processed liquid media in almost the entire volume and, thereby, would allow to significantly expand the field of practical application of induction heaters .
Ця задача вирішена тим, що в способі обробки плинних середовищ, що включає: подачу порції або потоку плинного середовища в індукційний нагрівач, який має бак, оснащений щонайменше одним засобом подачі-виведення плинного середовища і розташованим всередині щонайменше одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом, нагрів цього середовища на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля до температури і протягом часу, сч достатніх для досягнення бажаних результатів, і виведення обробленого плинного середовища, згідно з винаходом плинне середовище подають в і) індукційний нагрівач, в якому щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент встановлений в баку з можливістю механічної вібрації в знакозмінному електромагнітному полі, і нагрівають вибране плинне середовище на фоні дії знакозмінного електромагнітного поля з одночасним со зо накладенням механічних вібрацій з частотою, яка відповідає частоті коливань електромагнітного поля індукційної обмотки. -This problem is solved by the fact that in the method of processing liquid media, which includes: supplying a portion or flow of a liquid medium to an induction heater, which has a tank equipped with at least one means of supplying and removing a liquid medium and located inside at least one short-circuited electrically conductive heating element, heating it environment under the action of a sign-changing electromagnetic field to a temperature and during a time sufficient to achieve the desired results, and the removal of the treated fluid medium, according to the invention, the fluid medium is fed into i) an induction heater, in which at least one short-circuited conductive heating element is installed in a tank with by the possibility of mechanical vibration in a sign-changing electromagnetic field, and heat the selected fluid medium against the background of the action of a sign-changing electromagnetic field with the simultaneous imposition of mechanical vibrations with a frequency that corresponds to the frequency of oscillations of the electromagnetic field of the induction winding. -
Інтенсивна механічна вібрація забезпечує ефективне перемішування оброблюваних плинних середовищ ї- практично у всьому об'ємі бака індукційного нагрівача. Це вирівнює температурне поле, істотно ослабляє небезпеку локального перегріву тих мікрошарів оброблюваних плинних середовищ, які безпосередньо о з5 прилягають до тепло передавальних поверхонь, і дозволяє істотно понизити ризик появи осадів на всіх тепло ча передавальних поверхнях і розширити технологічні можливості індукційних нагрівачів, а саме: обробляти будь-які, переважно легко плинні середовища типу низько концентрованих водних розчинів солей або води, що стерилізується, навіть в таких індукційних нагрівачах, які експлуатують в періодичному режимі; обробляти більш в'язкі середовища типу підлягаючих пастеризації або стерилізації фруктових і/або овочевих « боків, молока, сиропів і т.п. переважно в режимі безперервного прокачування через проточні баки індукційних пт) с нагрівачів і обробляти плинні середовища типу сипких матеріалів в режимі безперервного пересипання через проточні ;» баки індукційних нагрівачів.Intense mechanical vibration ensures effective mixing of the treated liquid media in almost the entire volume of the induction heater tank. This equalizes the temperature field, significantly weakens the danger of local overheating of those microlayers of the treated fluid media that are directly adjacent to the heat transfer surfaces, and allows you to significantly reduce the risk of deposits on all heat transfer surfaces and expand the technological capabilities of induction heaters, namely: process any, preferably easily flowing media such as low-concentrated aqueous solutions of salts or water that is sterilized, even in such induction heaters that operate in periodic mode; to process more viscous media such as fruit and/or vegetable juices, milk, syrups, etc. to be pasteurized or sterilized. preferably in the mode of continuous pumping through the flow tanks of induction pt) with heaters and to process fluid media such as loose materials in the mode of continuous pouring through the flow tanks;" tanks of induction heaters.
Мало того, описаний спосіб, як буде показаний далі, несподівано виявився придатним для швидкої і економічної стерилізації води, яка забруднена патогенною мікрофлорою, стійкою до тривалого нагріву в -І автоклавах.Moreover, the described method, as will be shown later, unexpectedly turned out to be suitable for quick and economical sterilization of water contaminated with pathogenic microflora resistant to prolonged heating in -I autoclaves.
Перша додаткова відмінність полягає в тому, що обробку проводять в безперервному режимі в індукційному о нагрівачі з проточним баком, який має щонайменше один отвір для подачі плинного середовища на обробку -І уздовж тепло передавальних поверхонь короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів і 5о0 щонайменше один отвір для виведення обробленого плинного середовища. Так бажано обробляти плинніThe first additional difference is that the processing is carried out in a continuous mode in an induction heater with a flow tank, which has at least one hole for supplying a liquid medium for processing -I along the heat transfer surfaces of short-circuited conductive heating elements and 5о0 at least one hole for removing the processed fluid medium. This is how it is desirable to process liquids
Ш- середовища на рідкій основі. с Друга додаткова відмінність полягає в тому, що обробку проводять в безперервному режимі в індукційному нагрівачі з проточним баком, який має зверху щонайменше один отвір для подачі плинного середовища на обробку уздовж теплопередавальних поверхонь короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів іSh - medium on a liquid basis. c The second additional difference is that the processing is carried out in a continuous mode in an induction heater with a flow tank, which has at least one opening on top for supplying a fluid medium for processing along the heat transfer surfaces of the short-circuited conductive heating elements and
Знизу щонайменше один отвір для виведення обробленого плинного середовища. Так бажано обробляти сипкі матеріали.There is at least one hole at the bottom for the discharge of the treated liquid medium. This is how it is desirable to process loose materials.
Ф) Задача вирішена також тим, що в індукційному нагрівачі для обробки плинних середовищ, який має: ка (а) замкнений магнітопровід, що включає щонайменше два стрижні і два сполучні ярма; (б) щонайменше односекційну індукційну обмотку, яка охоплює вибраний стрижень магнітопровода і бор оснащена засобом для підключення до джерела змінного струму; (в) бак, який має: щонайменше одну внутрішню стінку, яка охоплює вибраний стрижень магнітопровода, щонайменше одну зовнішню стінку, яка розташована з зазором щодо внутрішньої стінки, і торцеві стінки, які щільно перекривають зазор між внутрішньою і зовнішньою стінками, 65 щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент, розміщений в порожнині бака і зв'язаний, під час роботи нагрівача, електромагнітним полем з щонайменше однією індукційною обмоткою, і щонайменше один засіб для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища, згідно з винаходом щонайменше один короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент встановлений усередині бака з можливістю механічної вібрації під дією знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки.F) The problem is also solved by the fact that in an induction heater for processing liquid media, which has: ka (a) a closed magnetic wire, which includes at least two rods and two connecting yokes; (b) at least a single-section induction winding, which covers the selected core of the magnet wire and is equipped with a means for connecting to an alternating current source; (c) a tank having: at least one inner wall that encloses the selected magnetic core, at least one outer wall that is spaced with respect to the inner wall, and end walls that tightly overlap the gap between the inner and outer walls, 65 at least one short-circuited an electrically conductive heating element placed in the tank cavity and connected, during the operation of the heater, by an electromagnetic field with at least one induction winding, and at least one means for supplying fresh and removing the treated liquid medium, according to the invention at least one short-circuited electrically conductive heating element is installed inside a tank with the possibility of mechanical vibration under the action of the alternating electromagnetic field of the induction winding.
Саме ця конструктивна відмінність в сукупності з рештою ознак забезпечує переваги, які вказані вище після короткого опису способу обробки плинних середовищ згідно з винаходом.It is this structural difference in combination with the rest of the features that provides the advantages that are indicated above after a brief description of the method of processing liquid media according to the invention.
Перша додаткова відмінність полягає в тому, що кожний вказаний короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент виконаний у вигляді відкритої з торців осесиметричної оболонки. Це дозволяє ефективно 7/0 передавати вібрацію в товщу оброблюваного плинного середовища і перешкоджає формуванню осадів на тепло передавальних поверхнях за всією їх площею.The first additional difference is that each specified short-circuited electrically conductive heating element is made in the form of an axisymmetric shell open at the ends. This allows 7/0 to effectively transmit vibration into the thickness of the processed fluid medium and prevents the formation of deposits on the heat transfer surfaces over their entire area.
Друга, додаткова до першої відмінність, полягає в тому, що нагрівач має щонайменше два короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи у вигляді вільно охоплюючих одна іншу відкритих з торців осесиметричних оболонок. Це дозволяє вирівнювати механічне навантаження у всьому об'ємі оброблюваних плинних середовищ /5 Навіть у випадках, коли їх в'язкість істотно перевищує в'язкість води.The second difference, additional to the first, is that the heater has at least two short-circuited electrically conductive heating elements in the form of axisymmetric shells that freely cover each other and are open from the ends. This makes it possible to equalize the mechanical load in the entire volume of the processed fluid media /5 Even in cases when their viscosity significantly exceeds the viscosity of water.
Третє, додаткова до першої або другої відмінність полягає в тому, що кожна вказана осесиметрична оболонка сполучена з однією із стінок бака проникними для плинного середовища пружними опорами. Такі опори забезпечують зручне кріплення осесиметричних оболонок усередині бака і достатню свободу їх механічних вібрацій під дією знакозмінного електромагнітного поля.The third, additional to the first or second difference is that each indicated axisymmetric shell is connected to one of the walls of the tank by elastic supports permeable to the fluid medium. Such supports provide convenient fastening of axisymmetric shells inside the tank and sufficient freedom of their mechanical vibrations under the action of an alternating electromagnetic field.
Четверта, додаткова до третьої відмінність полягає в тому, що вказані вільно охоплюючі одна іншу осесиметричні оболонки по черзі приєднані вказаними пружними опорами до протилежних торцевих стінок бака.The fourth difference, additional to the third, is that the specified axisymmetric shells freely covering each other are alternately connected by the specified elastic supports to the opposite end walls of the tank.
Це дозволяє встановлювати осесиметричні оболонки на різній висоті, а у разі розташування вихідного патрубка поблизу індукційної обмотки забезпечити таку організацію потоку оброблюваного плинного середовища, коли воно у міру нагріву наближається до вказаної обмотки і потрапляє в зону максимальної дії магнітного поля. счThis makes it possible to install axisymmetric shells at different heights, and in the case of the location of the outlet nozzle near the induction winding, to ensure such an organization of the flow of the treated liquid medium, when it approaches the indicated winding as it heats up and enters the zone of maximum magnetic field action. high school
П'ята, додаткова до третьої або четвертої відмінність полягає в тому, що власна частота То) коливань кожної пари "короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент у вигляді осесиметричної оболонки - пружна і) опора" задовольняє співвідношенню її 0-(0,5-2,0)2ї5, де ї5 - робоча частота джерела змінного струму для живлення індукційної обмотки. Примусові коливання короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів з частотою, близькою до їх резонансної частоти, додатково утрудняють осадження на тепло передавальних с поверхнях таких домішок, які спочатку були присутні в плинних середовищах або виникли в процесі їх обробки.The fifth, additional to the third or fourth difference is that the natural frequency To) of oscillations of each pair "short-circuited electrically conductive heating element in the form of an axisymmetric shell - elastic i) support" satisfies the ratio of its 0-(0.5-2.0 )2i5, where i5 is the operating frequency of the alternating current source for powering the induction winding. Forced oscillations of short-circuited electrically conductive heating elements with a frequency close to their resonance frequency additionally complicate the deposition of such impurities on heat transfer surfaces that were initially present in fluid media or arose during their processing.
Це дозволяє створювати індукційні нагрівачі, які таким чином спеціалізовані на обробці певних плинних - середовищ, що дозволяють найефективніше захищати тепло передавальні поверхні від осадів. рч-This makes it possible to create induction heaters that are thus specialized in the treatment of certain fluid media that allow the most efficient protection of heat transfer surfaces from deposits. rch-
Шоста, додаткова до першої відмінність полягає в тому, що в порожнині бака встановлена щонайменше одна опора у вигляді жорсткої проникної для оброблюваного плинного середовища підставки, яка має щонайменше юю один паз для вільного розміщення частини торця щонайменше однієї вказаної осесиметричної оболонки. Навіть - підставки у вигляді кілець забезпечують практично вільні деформаційні переміщення вібруючих осесиметричних оболонок. Якщо ж підставки мають вигляд декількох розташованих на рівних кутових відстанях деталей, то їх розташування в баку щодо вхідного отвору неважко вибрати так, щоб мінімізувати гідравлічний опір потоку « оброблюваного плинного середовища.The sixth, additional to the first difference consists in the fact that at least one support is installed in the cavity of the tank in the form of a rigid support permeable to the liquid medium to be processed, which has at least one groove for free placement of the end part of at least one specified axisymmetric shell. Even - stands in the form of rings provide practically free deformation movements of vibrating axisymmetric shells. If the supports have the form of several parts located at equal angular distances, then their location in the tank relative to the inlet opening is not difficult to choose in such a way as to minimize the hydraulic resistance to the flow of the treated liquid medium.
Сьома, додаткова до шостої відмінність полягає в тому, що нагрівач має щонайменше дві розташовані на 8 с різній висоті вказані підставки і відповідну кількість ярусів вказаних осесиметричних оболонок, при цьому й підставки нижнього ярусу встановлені на нижній стінці торця бака, а підставки кожного наступного ярусу "» прикріплені до внутрішньої і/або зовнішньої стінки бака і встановлені з осьовим зазором щодо осесиметричних оболонок попереднього ярусу. Це полегшує введення осесиметричних оболонок в резонансний режим коливань 435 | термомеханохімічну обробку плинних середовищ під дією тепла, знакозмінного електромагнітного поля і -І інтенсивних вібрацій.The seventh, additional to the sixth difference is that the heater has at least two specified supports located at 8 different heights and the corresponding number of tiers of the specified axisymmetric shells, while the supports of the lower tier are installed on the lower wall of the end of the tank, and the supports of each subsequent tier " » are attached to the inner and/or outer wall of the tank and installed with an axial clearance relative to the axisymmetric shells of the previous tier. This facilitates the introduction of the axisymmetric shells into the resonance mode of oscillations 435 | thermo-mechanical processing of fluid media under the influence of heat, an alternating electromagnetic field and -I intense vibrations.
Восьма і дев'ята, додаткові до другої або сьомої відмінності полягають, відповідно, в тому, що вказані і-й осесиметричні оболонки виготовлені: -І з однакового за питомим електричним опором матеріалу і мають різну зростаючу у міру віддалення від індукційної обмотки товщину, або 7 з матеріалів з різним питомим електричним опором, що зменшується у міру віддалення від індукційної со обмотки.The eighth and ninth differences, additional to the second or seventh, consist, respectively, in the fact that the specified and axisymmetric shells are made: -I from the same material in terms of specific electrical resistance and have different thicknesses that increase with distance from the induction winding, or 7 from materials with different specific electrical resistance, which decreases with distance from the induction coil.
Це дозволяє вирівнювати потужність вихрових струмів, індукованих в осесиметричних оболонках, розташованих на різних відстанях від індукційної обмотки, і, отже, вирівнювати температурне поле в об'ємі бака.This makes it possible to equalize the power of eddy currents induced in axisymmetric shells located at different distances from the induction winding, and, therefore, to equalize the temperature field in the volume of the tank.
Десята додаткова відмінність полягає в тому, що нагрівач оснащений такими додатковими джерелами постійного магнітного поля, які вибрані з групи, що складається з постійних магнітів, які попарно закріпленіA tenth additional difference is that the heater is equipped with such additional permanent magnetic field sources which are selected from the group consisting of permanent magnets which are fixed in pairs
Ф, поблизу протилежних торцевих стінок бака за умові, що магніти в кожній парі звернені один до другого ко різнойменними магнітними полюсами, і струмових обмоток, які попарно охоплюють стрижні магнітопровода по різні сторони торцевих стінок бака і оснащені засобами зустрічного підключення до джерела постійного струму. бо Взаємодія знакозмінних вихрових струмів, індукованих в осесиметричних оболонках, і постійного магнітного поля: по-перше, істотно збільшує механічну вібрацію вказаних оболонок і оброблюваного плинного середовища, по-друге, сприяє посиленню ролі магнітного поля у фізико-хімічних перетвореннях домішок, які містять оброблювані рідкі середовища, і 65 по-третє, додатково перешкоджає випаданню осадів на тепло передавальні поверхні.Ф, near the opposite end walls of the tank, provided that the magnets in each pair face each other with opposite magnetic poles, and the current windings, which pairwise cover the rods of the magnet wire on different sides of the end walls of the tank and are equipped with means of opposite connection to the source of direct current. because the interaction of sign-changing eddy currents induced in axisymmetric shells and a permanent magnetic field: firstly, it significantly increases the mechanical vibration of the specified shells and the fluid medium being processed, and secondly, it contributes to strengthening the role of the magnetic field in the physical and chemical transformations of impurities that contain the processed liquid media, and 65 thirdly, it additionally prevents precipitation on heat transfer surfaces.
Одинадцята додаткова відмінність полягає в тому, що нагрівач має:The eleventh additional difference is that the heater has:
магнітопровід з трьома вертикальними стрижнями, які жорстко зв'язані спільним нижнім ярмом і спільним верхнім ярмом трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої охоплює один стрижень магнітопровода, і три окремі проточні баки, кожний з яких охоплює одну з секцій індукційної обмотки і оснащений всередині щонайменше одним таким короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом, який виконаний у вигляді відкритої з торців осесиметричної оболонки, що охоплює внутрішню стінку бака і відповідну секцію індукційної обмотки.a magnet wire with three vertical rods that are rigidly connected by a common lower yoke and a common upper yoke a three-section induction coil, each section of which covers one rod of the magnet wire, and three separate flow tanks, each of which covers one of the sections of the induction coil and is equipped internally with at least one such a short-circuited electrically conductive heating element, which is made in the form of an axisymmetric shell open from the ends, covering the inner wall of the tank and the corresponding section of the induction winding.
Такий індукційний нагрівач призначений для підключення до трифазної промислової електромережі змінного 7/0 струму безпосередньо або через відповідний перетворювач частоти і може бути використаний /- як високопродуктивний апарат для обробки однакових або різних за складом плинних середовищ на рідкій основі.Such an induction heater is intended for connection to a three-phase industrial electrical network of alternating 7/0 current directly or through a suitable frequency converter and can be used /- as a high-performance device for processing liquid media of the same or different composition on a liquid basis.
Дванадцята, додаткова до одинадцятої відмінність полягає в тому, що нагрівач має: спільний роздавальний колектор з нижніми вхідними патрубками для подачі у вказані баки свіжого плинного середовища на обробку і спільний збірний колектор для відведення обробленого плинного середовища з вказаних баків через верхні відвідні патрубки.The twelfth, additional to the eleventh difference consists in the fact that the heater has: a common dispensing manifold with lower inlet nozzles for supplying fresh liquid medium to the specified tanks for treatment and a common collection manifold for removing the processed liquid medium from the specified tanks through the upper outlet nozzles.
Таке трубопровідне обв'язування полегшує експлуатацію трисекційного нагрівача з окремими баками.Such piping makes it easier to operate a three-section heater with separate tanks.
Тринадцята додаткова відмінність полягає в тому, що нагрівач має: магнітопровід з трьома вертикальними стрижнями, які жорстко зв'язані спільним нижнім ярмом і спільним 2о верхнім ярмом, трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої охоплює один стрижень магнітопровода, один проточний бак, що має одну спільну зовнішню стінку, охоплюючу всі секції індукційної обмотки, і три окремі внутрішні стінки, кожна з яких охоплює одну секцію цієї обмотки, і короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи у вигляді щонайменше трьох відкритих з торців сч осесиметричних оболонок, які встановлені щонайменше в один ярус на проникних для плинного середовища пружних опорах або жорстких підставках коаксіально відповідним внутрішнім стінкам вказаного бака, а і) отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані відповідно в торцевих стінках вказаного бака.A thirteenth additional difference is that the heater has: a magnetic wire with three vertical rods that are rigidly connected by a common lower yoke and a common 2o upper yoke, a three-section induction winding, each section of which covers one magnetic wire rod, one flux tank having one a common external wall covering all sections of the induction winding, and three separate internal walls, each of which covers one section of this winding, and short-circuited electrically conductive heating elements in the form of at least three axisymmetric shells open from the ends, which are installed in at least one tier on permeable for of the fluid medium on elastic supports or rigid stands coaxially corresponding to the inner walls of the specified tank, and i) openings for the supply of fresh and removal of the processed fluid medium are made, respectively, in the end walls of the specified tank.
Таким шляхом вдається істотно зменшити гідравлічний опір потоку оброблюваного плинного середовища і со зо експлуатаційні витрати на його прокачування через бак.In this way, it is possible to significantly reduce the hydraulic resistance to the flow of the treated liquid medium and the operational costs of pumping it through the tank.
Чотирнадцята додаткова відмінність полягає в тому, що нагрівач має: - двосекційну однофазну індукційну обмотку, секції якої встановлені з осьовим зазором навкруги одного М вертикального стрижня магнітопровода, в засобі для підключення вказаних секцій до джерела змінного струму передбачений один спільний для обох о секцій вхід і два виходи через напівпровідникові діоди з різною полярністю окремо для кожної секції, ї- бак розміщений у вказаному осьовому зазорі між торцями вказаних секцій, до внутрішньої і зовнішньої стінок бака практично паралельно торцям вказаних секцій щонайменше в два яруси прикріплені проникні для плинного середовища опорні обойми, короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи виконані у вигляді щонайменше двох плоских кілець, « які практично горизонтально встановлені у вказаних обоймах з можливістю вібрацій, а з с отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в діаметрально протилежних частинах зовнішньої стінки бака. ;» Цей індукційний нагрівач найзручніший для стерилізації води для питних і медичних потреб.The fourteenth additional difference is that the heater has: - a two-section single-phase induction winding, the sections of which are installed with an axial gap around one M of the vertical rod of the magnetic wire, in the means for connecting the specified sections to the alternating current source, one input common to both o sections is provided and two outputs through semiconductor diodes with different polarity separately for each section, and the tank is placed in the specified axial gap between the ends of the specified sections, to the inner and outer walls of the tank, practically parallel to the ends of the specified sections, in at least two tiers, support clips permeable to the liquid medium, short-circuited electrically conductive the heating elements are made in the form of at least two flat rings, which are practically horizontally installed in the indicated brackets with the possibility of vibrations, and from c the holes for supplying fresh and removing the processed liquid medium are made in diametrically opposite parts of the outer wall of the tank. ;" This induction heater is most convenient for sterilizing water for drinking and medical purposes.
П'ятнадцята додаткова відмінність полягає в тому, що нагрівач має: магнітопровід, що має верхній і нижній горизонтальні стрижні і вертикально розташовані "ліве ярмо" і -І "праве ярмо", однофазну індукційну обмотку і проточний горизонтальний бак, які охоплюють один горизонтальний стрижень 1 вказаного магнітопровода, і -І щонайменше два короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи у вигляді плоских кілець, які Вертикально розташовані усередині бака, ш- при цьому отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в с діаметрально протилежних верхній і нижній частинах зовнішньої стінки бака.A fifteenth additional difference is that the heater has: a magnet wire having upper and lower horizontal rods and vertically arranged "left yoke" and -I "right yoke", a single-phase induction winding and a horizontal flow tank that encloses one horizontal rod 1 of the specified magnetic wire, and -And at least two short-circuited electrically conductive heating elements in the form of flat rings, which are vertically located inside the tank, while the holes for supplying fresh and removing the treated liquid medium are made in diametrically opposite upper and lower parts of the outer wall of the tank.
Такий нагрівач придатний для обробки плинних середовищ, які є сипкими матеріалами.Such a heater is suitable for processing liquid media, which are loose materials.
Шістнадцята, додаткова до п'ятнадцятої відмінність полягає в тому, що нагрівач оснащений додатковими ов джерелами магнітного поля у вигляді постійних магнітів, які встановлені в зазорі між зовнішньою стінкою бака і відповідним горизонтальним стрижнем магнітопровода. Взаємодія знакозмінного індукованого струму іThe sixteenth difference, additional to the fifteenth, is that the heater is equipped with additional magnetic field sources in the form of permanent magnets, which are installed in the gap between the outer wall of the tank and the corresponding horizontal rod of the magnet wire. Interaction of alternating sign induced current and
Ф) постійного магнітного поля істотно збільшує механічну вібрацію вказаних плоских кілець і оброблюваного ка сипкого матеріалу, що практично виключає зависання такого матеріалу усередині бака.Ф) of a constant magnetic field significantly increases the mechanical vibration of the specified flat rings and the processed liquid material, which practically eliminates the suspension of such material inside the tank.
Сімнадцята додаткова відмінність полягає в тому, що нагрівач має: во горизонтально розташований магнітопровід з трьома стрижнями, які жорстко зв'язані спільним "переднім ярмом" і спільним "заднім ярмом", трисекційну індукційну обмотку, кожна секція якої охоплює один стрижень магнітопровода, проточний бак, який має одну спільну зовнішню стінку, що охоплює всі секції індукційної обмотки, і три окремі внутрішні стінки, кожна з яких охоплює одну секцію індукційної обмотки, і 65 три групи короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів, кожний з яких має вигляд плоского кільця, при цьому кожна група містить щонайменше два вказаних кільцевих елемента, які встановлені з осьовими зазорами з можливістю вільних коливань щонайменше у вертикальному напрямі і всі разом охоплюють відповідну внутрішню стінку вказаного бака, а отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в діаметрально протилежних верхній і нижній частинах вказаної спільної зовнішньої стінки бака.The seventeenth additional difference is that the heater has: a horizontally located magnetic wire with three rods, which are rigidly connected by a common "front yoke" and a common "rear yoke", a three-section induction winding, each section of which covers one magnetic wire rod, a flow tank , which has one common outer wall covering all sections of the induction coil, and three separate inner walls, each covering one section of the induction coil, and 65 three groups of short-circuited conductive heating elements, each having the form of a flat ring, each the group contains at least two of the specified ring elements, which are installed with axial clearances with the possibility of free oscillations at least in the vertical direction and all together cover the corresponding inner wall of the specified tank, and the openings for supplying fresh and removing the processed fluid medium are made in diametrically opposite upper and lower parts of the specified tank common external wall tank
Індукційний нагрівач такого типу однаково придатний для обробки плинних середовищ на рідкій основі (переважно за умови їх прокачування через бак знизу вверх) і сипких матеріалів (що подаються в бак і що виводяться з бака самопливом зверху вниз).An induction heater of this type is equally suitable for the treatment of fluid media on a liquid basis (mainly provided they are pumped through the tank from the bottom up) and loose materials (which are fed into the tank and removed from the tank by gravity from top to bottom).
Вісімнадцята, додаткова до сімнадцятої відмінність полягає в тому, що вказані плоскі кільця, з яких 7/0 складається середня група короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів, частково розташовані в осьових зазорах між вказаними плоскими кільцями, з яких складаються крайні групи короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів. Це найдоцільніше при обробці плинних середовищ у вигляді сипких матеріалів.The eighteenth, additional to the seventeenth difference is that the specified flat rings, of which the 7/0 consists of the middle group of short-circuited electrically conductive heating elements, are partially located in the axial gaps between the indicated flat rings, of which the extreme groups of short-circuited electrically conductive heating elements consist. This is most expedient when processing liquid media in the form of loose materials.
Фахівцю зрозуміло, що при виборі конкретних варіантів здійснення винаходу можливі довільні комбінації /5 вказаних додаткових відмінностей з основним винахідницьким задумом і що описані нижче переважні приклади його втілення жодним чином не обмежують обсяг прав.It is clear to a specialist that when choosing specific variants of the invention, arbitrary combinations of /5 indicated additional differences with the main inventive idea are possible and that the preferred examples of its implementation described below do not limit the scope of rights in any way.
Далі суть винаходу пояснюється докладним описом різних варіантів конструкції індукційного нагрівача і процесів обробки плинних середовищ з посиланнями на додані креслення, де зображені на: фіг. 1 - індукційний нагрівач з односекційною однофазною індукційною обмоткою і вертикальним баком і Короткозамкненими нагрівальними елементами у вигляді відкритих з торців осесиметричних оболонок, які пов'язані з нижньою торцевою стінкою бака пружними опорами (схематичний подовжній розріз); фіг. 2 - аналогічний показаному на фіг.1 індукційний нагрівач з вертикальним баком, в якому осесиметричні оболонки по черзі приєднані пружними опорами до верхній і нижній торцевих стінок бака (схематичний подовжній розріз); с фіг. З - індукційний нагрівач з односекційною однофазною індукційною обмоткою і вертикальним баком, в якому осесиметричні оболонки вільно охоплюють одна іншу, розміщені в один ярус по висоті і спираються на три і) підставки, встановлені на нижній торцевій стінці бака (схематичний подовжній розріз); фіг. 4 - поперечний перетин по АА нагрівача, показаного на фіг. З; фіг 5 - аналогічний показаному на фіг. З індукційний нагрівач з вертикальним баком, в якому со зо осесиметричні оболонки розміщені в декілька ярусів по висоті, в кожному ярусі вільно охоплюють одна іншу і спираються на підставки, встановлені на нижній торцевій стінці бака для нижнього ярусу і на внутрішній і/або - зовнішній стінці бака для решти ярусів (схематичний подовжній розріз); ї- фіг. 6 - аналогічний показаному на фіг. З індукційний нагрівач з вертикальним баком і осесиметричними оболонками різної (зростаючої у міру віддалення від індукційної обмотки) товщини (схематичний подовжній о розріз); рч- фіг. 7 - аналогічний показаному на фіг. З індукційний нагрівач з вертикальним баком і постійними магнітами як додатковими джерелами магнітного поля (схематичний подовжній розріз); фіг. 8 - аналогічний показаному на фіг. індукційний нагрівач з вертикальним баком і додатковими джерелами магнітного поля у вигляді додаткових обмоток, що підключаються до джерела постійного струму (схематичний « подовжній розріз); з с фіг. 9 - трифазний індукційний нагрівач з трьома односекційними індукційними обмотками, трьома проточними вертикальними баками і короткозамкненими нагрівальними елементами у вигляді відкритих з торців ;» осесиметричних оболонок, які встановлені усередині баків на підставках (схематичний подовжній розріз); фіг. 10 - те ж, що на фіг. 9, з додатковими постійними магнітами; фіг. 11 - трифазний індукційний нагрівач зі спільним проточним вертикальним баком і короткозамкненими -І нагрівальними елементами у вигляді відкритих з торців осесиметричних оболонок, які встановлені усередині бака на жорстких підставках коаксіальне окремим індукційним обмоткам (схематичний подовжній розріз); о фіг. 12 - індукційний нагрівач з двосекційною однофазною індукційною обмоткою, горизонтальним проточним -І баком, який розміщений в зазорі між вказаними секціями вказаної обмотки і горизонтальними короткозамкненими електропровідними нагрівальними елементами у вигляді плоских кілець, які охоплюють вертикальний стриженьNext, the essence of the invention is explained by a detailed description of various variants of the design of the induction heater and the processes of processing liquid media with references to the attached drawings, which are shown in: fig. 1 - an induction heater with a single-section single-phase induction winding and a vertical tank and short-circuited heating elements in the form of axisymmetric shells open from the ends, which are connected to the lower end wall of the tank by elastic supports (schematic longitudinal section); fig. 2 - an induction heater with a vertical tank similar to the one shown in Fig. 1, in which axisymmetric shells are alternately connected by elastic supports to the upper and lower end walls of the tank (schematic longitudinal section); with fig. C - an induction heater with a single-section, single-phase induction winding and a vertical tank, in which the axisymmetric shells freely cover each other, are placed in one tier in height and rest on three i) supports installed on the lower end wall of the tank (schematic longitudinal section); fig. 4 - cross section along AA of the heater shown in fig. WITH; Fig. 5 is similar to the one shown in Fig. An induction heater with a vertical tank, in which the axisymmetric shells are placed in several tiers in height, in each tier they freely cover each other and rest on supports installed on the lower end wall of the tank for the lower tier and on the inner and/or outer wall a tank for the remaining tiers (schematic longitudinal section); i- fig. 6 - similar to the one shown in fig. C induction heater with a vertical tank and axisymmetric shells of different (increasing as the distance from the induction coil) thickness (schematic longitudinal section); rch- fig. 7 - similar to the one shown in fig. With an induction heater with a vertical tank and permanent magnets as additional sources of the magnetic field (schematic longitudinal section); fig. 8 is similar to that shown in fig. an induction heater with a vertical tank and additional magnetic field sources in the form of additional windings connected to a direct current source (schematic "longitudinal section); from c fig. 9 - three-phase induction heater with three single-section induction windings, three flowing vertical tanks and short-circuited heating elements in the form of open ends;" axisymmetric shells that are installed inside the tanks on stands (schematic longitudinal section); fig. 10 is the same as in fig. 9, with additional permanent magnets; fig. 11 - a three-phase induction heater with a common flowing vertical tank and short-circuited -I heating elements in the form of axisymmetric shells open from the ends, which are installed inside the tank on rigid supports coaxial with separate induction windings (schematic longitudinal section); about fig. 12 - an induction heater with a two-section single-phase induction winding, a horizontal flow-I tank, which is placed in the gap between the indicated sections of the indicated winding and horizontal short-circuited electrically conductive heating elements in the form of flat rings that cover the vertical rod
Ш- магнітопровода (схематичний подовжній розріз); с фіг. 13 - електрична схема підключення двох секцій однофазної індукційної обмотки з фіг. 12 до джерела змінного струму; фіг. 14 - індукційний нагрівач з односекційною однофазною індукційною обмоткою, горизонтальним проточним ов баком, що охоплює верхній стрижень вертикально розташованого магнітопровода, вертикальними короткозамкненими електропровідними нагрівальними елементами у вигляді плоских кілець і додатковимиSh - magnetic wire (schematic longitudinal section); with fig. 13 - electrical connection diagram of two sections of the single-phase induction winding from fig. 12 to the alternating current source; fig. 14 - an induction heater with a single-section single-phase induction winding, a horizontal flow tank covering the upper rod of a vertically located magnetic wire, vertical short-circuited electrically conductive heating elements in the form of flat rings and additional
Ф) джерелами магнітного поля у вигляді постійних магнітів (схематичний подовжній розріз); ка фіг. 15 - трифазний індукційний нагрівач з горизонтальним магнітопроводом, спільним проточним баком і вертикально розташованими короткозамкненими електропровідними нагрівальними елементами у вигляді бор плоских кілець; фіг. 16 - поперечний переріз нагрівача, показаного на фіг. 15.F) magnetic field sources in the form of permanent magnets (schematic longitudinal section); ka fig. 15 - a three-phase induction heater with a horizontal magnetic circuit, a common flow tank and vertically located short-circuited electrically conductive heating elements in the form of boron flat rings; fig. 16 - a cross section of the heater shown in fig. 15.
Найкращі варіанти реалізації винахідницького задумуThe best options for the implementation of an inventive idea
Індукційний нагрівач згідно з винаходом в будь-якому варіанті конструктивного виконання (див. креслення, особливо фігури 1, 3, 5, 9, 12, 14 і 15) містить: 65 магнітопровід 1, звичайно виготовлений з шихтованной електротехнічної сталі (для роботи переважно на промисловій частоті 50 або 60 Гц) або з відповідного фериту (для роботи на високих частотах, що перевищуютьThe induction heater according to the invention in any version of the design (see drawings, especially figures 1, 3, 5, 9, 12, 14 and 15) contains: 65 magnetic conductor 1, usually made of charged electrical steel (for work mainly on industrial frequency 50 or 60 Hz) or from a suitable ferrite (for operation at high frequencies exceeding
1 кКГу) ії має щонайменше два не позначених особливо стрижня і два також не позначених особливо сполучних ярма; як правило, многовиткову щонайменше односекційну індукційну обмотку 2, яка розташована на вибраному стрижні магнітопровода 1 і оснащена щонайменше одним засобом підключення до зовнішнього джерела змінного струму; бак 3, який виготовлений з електропровідного матеріалу, наприклад неіржавіючої сталі, або діелектричного матеріалу, наприклад термостійкої пластмаси типу полікарбонату або тефлону, і має не позначені особливо: щонайменше одну внутрішню стінку, яка охоплює вибраний стрижень магнітопровода 1 (звичайно разом з 7/0 індукційною обмоткою 2), щонайменше одну зовнішню стінку, яка розташована з зазором щодо внутрішньої стінки, і торцеві стінки, які щільно перекривають зазор між внутрішньою і зовнішньою стінками, і як правило два засоби, наприклад два патрубки або колектор для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища, які на кресленнях позначені написами "Вхід" і "Вихід" (фахівцю зрозуміло, що щонайменше один з таких патрубків або колекторів /5 оснащений не показаним відповідним запірно-регулюючим елементом типу крана або вентиля для регулювання витрати плинного середовища і/або для замикання бака З на якийсь час, достатній для обробки вибраної порції плинного середовища); щонайменше один короткозамкнений нагрівальний елемент 4, виготовлений з електропровідного (магнітного або немагнітного) матеріалу; і щонайменше одну опору 5 для розміщення цих елементів 4 усередині бака З з можливістю механічних вібрацій під дією знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки 3.1 kKGu) has at least two unmarked rods and two unmarked connecting yokes; as a rule, a multi-turn at least one-section induction winding 2, which is located on the selected core of the magnetic wire 1 and is equipped with at least one means of connection to an external alternating current source; tank 3, which is made of an electrically conductive material, such as stainless steel, or a dielectric material, such as a heat-resistant plastic such as polycarbonate or Teflon, and has, not particularly marked: at least one inner wall that covers the selected core of the magnet wire 1 (usually together with a 7/0 induction winding 2), at least one outer wall, which is located with a gap relative to the inner wall, and end walls that tightly cover the gap between the inner and outer walls, and usually two means, for example, two nozzles or a collector for supplying fresh and removing the treated fluid medium , which are marked with the inscriptions "Inlet" and "Outlet" on the drawings (it is clear to a specialist that at least one of such nozzles or collectors /5 is equipped with a corresponding shut-off and regulating element of the type of a tap or valve, not shown, to regulate the flow of the fluid medium and/or to close the tank With for some time, sufficient to process the selected portion of the fluid medium); at least one short-circuited heating element 4 made of conductive (magnetic or non-magnetic) material; and at least one support 5 for placing these elements 4 inside the tank C with the possibility of mechanical vibrations under the influence of the alternating electromagnetic field of the induction winding 3.
Конкретні варіанти конструкції індукційних нагрівачів можуть бути дуже різноманітні.Specific options for the design of induction heaters can be very diverse.
В найпростішому випадку (див. фіг. 1) замкнений магнітопровід 1 має два практично вертикальних стрижня і два практично горизонтальних ярма. Односекційна обмотка 2 щільно охоплює один із стрижнів магнітопровода 1 сч об 1 оснащена довільним засобом підключення до зовнішнього джерела змінного струму. Бак З має коаксіальні о переважно циліндричні зовнішню і внутрішню стінки, щонайменше один вхід і меншій мірі один вихід у вигляді наскрізних отворів в торцевих стінках і оснащений, як правило, декількома короткозамкненими нагрівальними елементами 4, кожний з яких виконаний у вигляді відкритої з торців осесиметричної оболонки. Ці (переважно циліндричні) оболонкові нагрівальні елементи 4 коаксіальне з кільцевими зазорами вільно охоплюють один со зо інший і, для забезпечення можливості механічної вібрації, приєднані щонайменше до однієї із стінок бака З проникними для плинного середовища пружними опорами 5. -In the simplest case (see Fig. 1), the closed magnetic wire 1 has two practically vertical rods and two practically horizontal yokes. The single-section winding 2 tightly covers one of the rods of the magnetic wire 1 sch by 1 and is equipped with an arbitrary means of connection to an external source of alternating current. Tank C has coaxial o mostly cylindrical outer and inner walls, at least one inlet and to a lesser extent one outlet in the form of through holes in the end walls and is equipped, as a rule, with several short-circuited heating elements 4, each of which is made in the form of an axisymmetric shell open from the ends . These (predominantly cylindrical) shell heating elements 4 coaxial with annular gaps freely cover one sozo another and, to ensure the possibility of mechanical vibration, are attached to at least one of the walls of the tank with fluid-permeable elastic supports 5. -
В нагрівачі згідно з фіг. 1 всі вказані оболонкові елементи 4 приєднані пружними опорами 5 до нижньої М стінки торця бака 3, а в нагрівачу згідно фіг. 2 такі елементи 4 по черзі приєднані пружними опорами 5 до протилежних торцевих стінок бака 3. оIn the heater according to fig. 1, all the indicated shell elements 4 are connected by elastic supports 5 to the lower M wall of the end of the tank 3, and in the heater according to fig. 2 such elements 4 are alternately connected by elastic supports 5 to the opposite end walls of the tank 3. o
Незалежно від порядку приєднання вказаних елементів 4 до стінок бака З бажано, щоб власна частота ї о ї- коливань кожної пари "короткозамкнений електропровідний нагрівальний елемент 4 у вигляді осесиметричної оболонки - пружна опора 5" задовольняв співвідношенню Її 0-(0,5-2,0)215, де ї; - робоча частота джерела змінного струму, що використовується для живлення індукційної обмотки 2. «Regardless of the order of attachment of the specified elements 4 to the walls of the tank C, it is desirable that the natural frequency of oscillations of each pair "short-circuited electrically conductive heating element 4 in the form of an axisymmetric shell - elastic support 5" satisfies the ratio It 0-(0.5-2, 0)215, where i; - the operating frequency of the alternating current source used to power the induction winding 2. "
Оболонкові нагрівальні елементи 4 можуть бути встановлені в баках З в один ярус (фіг. 3) або декілька ярусів (фіг. 5) на опорах 5 у вигляді жорстких підставок. - с Такі опори 5 можуть мати вигляд не показаних особливо на кресленнях кілець з наскрізними радіальними й отворами для пропускання плинного середовища і кільцевими пазами на опорній поверхні для вільного "» розміщення торців вказаних елементів 4.Shell heating elements 4 can be installed in tanks C in one tier (Fig. 3) or several tiers (Fig. 5) on supports 5 in the form of rigid stands. - c Such supports 5 can have the form of rings, not particularly shown in the drawings, with through radial holes for the passage of fluid and annular grooves on the support surface for free placement of the ends of the specified elements 4.
Але бажано виготовляти жорсткі опори 5 у вигляді щонайменше двох (а переважно не менше трьох) окремих 5 деталей, які з боку опорної поверхні мають добре видні на фігурах З, 4 і 5 пази для вільного розміщення -І торців оболонкових нагрівальних елементів 4. Це полегшує пропуск плинного середовища в зазори між стінками бака З і/або вказаними елементами 4. і-й Природно, що жорсткі опори 5 у вигляді окремих деталей повинні бути: -І встановлені на практично рівних кутових відстанях одна від одної (зокрема, як на фіг. 4) і прикріплені або до нижньої стінки торця бака, якщо елементи 4 розміщені лише в один ярус (фіг. 3) чи 7 відносяться до нижнього ярусу (фіг.5), або до зовнішньої стінки і/або внутрішньої стінки бака З (фіг. 5) з о осьовим зазором щодо осесиметричних оболонок попереднього ярусу, якщо передбачено щонайменше два яруси оболонкових нагрівальних елементів 4.But it is desirable to make rigid supports 5 in the form of at least two (and preferably at least three) separate parts 5, which from the side of the supporting surface have grooves clearly visible in figures 3, 4 and 5 for free placement -I of the ends of the shell heating elements 4. This makes it easier passage of the liquid medium into the gaps between the walls of the tank C and/or the specified elements 4. i-i It is natural that the rigid supports 5 in the form of separate parts must be: -I installed at practically equal angular distances from each other (in particular, as in Fig. 4) and attached either to the lower wall of the tank end, if elements 4 are placed in only one tier (Fig. 3) or 7 belong to the lower tier (Fig. 5), or to the outer wall and/or the inner wall of the tank C (Fig. 5) with an axial gap relative to the axisymmetric shells of the previous tier, if at least two tiers of shell heating elements 4 are provided.
При застосуванні декількох оболонкових нагрівальних елементів 4, коаксіально розташованих на різних Відстанях від індукційної обмотки 2, доцільно, щоб такі елементи 4: або мали різну товщину, що зростає у міру віддалення від обмотки 2, як це показано на фіг. б для випадків о застосування матеріалу з однаковим питомим електричним опором, ко або - при однаковій товщині - були виготовлені з матеріалів з різним питомим електричним опором, що зменшується у міру віддалення від обмотки 2. во Також доцільно, щоб в індукційному нагрівачу були передбачені додаткові джерела постійного магнітного поля. Ними можуть служити: постійні магніти б, які попарно закріплені ззовні бака З поблизу його протилежних торцевих стінок за умови, що магніти 6 в кожній парі звернені один до другого різнойменними магнітними полюсами (див. фіг. 7), і струмові обмотки 7, які попарно охоплюють стрижні магнітопровода 2 по різні сторони торцевих стінок бака 65 З і оснащені не показаними особливо засобами зустрічного підключення до відповідного джерела постійного струму (фіг. 8).When using several shell heating elements 4, coaxially located at different distances from the induction coil 2, it is advisable that such elements 4: or have a different thickness, which increases with distance from the coil 2, as shown in Fig. b for cases where a material with the same specific electrical resistance is used, or - at the same thickness - were made of materials with different specific electrical resistance, which decreases with distance from the winding 2. It is also advisable to provide additional sources in the induction heater constant magnetic field. They can serve as: permanent magnets b, which are fixed in pairs on the outside of the tank Z near its opposite end walls, provided that the magnets 6 in each pair are facing each other with opposite magnetic poles (see Fig. 7), and current windings 7, which are in pairs cover the rods of the magnetic wire 2 on different sides of the end walls of the tank 65 C and are equipped with not particularly shown counter-connection means to the corresponding direct current source (Fig. 8).
Високопродуктивні індукційні нагрівачі великої потужності (10 кВт і більш) доцільно будувати на основі магнітопроводів 1 з трьома стрижнями і трисекційних індукційних обмоток 2, кожна секція яких охоплює один стрижень магнітопровода (див. фігури 9, 10, 11, 15 і 16). Такі нагрівачі слід підключати до трифазної промислової електромережі. В іншому конструкції трифазних індукційний нагрівачів можуть помітно розрізнятися.High-performance induction heaters of high power (10 kW and more) are advisable to build on the basis of magnetic conductors 1 with three rods and three-section induction windings 2, each section of which covers one magnetic conductor rod (see figures 9, 10, 11, 15 and 16). Such heaters should be connected to a three-phase industrial electrical network. Otherwise, the design of three-phase induction heaters can differ significantly.
Так, на фіг. 9 показаний нагрівач, що має магнітопровід 1 з трьома вертикальними стрижнями, які жорстко зв'язані спільними нижнім і верхнім ярмами. Цей нагрівач оснащений трьома окремими проточними вертикальними баками З і короткозамкненими нагрівальними елементами 4 у вигляді відкритих з торців осесиметричних оболонок, які встановлені усередині баків З на жорстких опорах (підставках) 5. 70 Кожний бак З такого нагрівача може мати додаткові джерела постійного магнітного поля, наприклад, у вигляді постійних магнітів 6, як показано на фіг. 10.Yes, in fig. 9 shows a heater having a magnetic wire 1 with three vertical rods, which are rigidly connected by common lower and upper yokes. This heater is equipped with three separate flowing vertical tanks C and short-circuited heating elements 4 in the form of axisymmetric shells open from the ends, which are installed inside the tanks C on rigid supports (stands) 5. 70 Each tank C of such a heater can have additional sources of a constant magnetic field, for example , in the form of permanent magnets 6, as shown in fig. 10.
Якщо трифазний індукційний нагрівач призначений для обробки в усіх баках З одного і того ж плинного середовища, ці баки З можуть бути підключені (див. фігури 9 і 10): до джерела свіжого плинного середовища - через не позначені особливо спільний роздавальний колектор з нижніми вхідними патрубками, а до споживача обробленого плинного середовища - через також не позначені особливо верхні відвідні патрубки і спільний збірний колектор.If the three-phase induction heater is intended for treatment in all tanks C of the same liquid medium, these tanks C can be connected (see figures 9 and 10): to the source of fresh liquid medium - through an unmarked common distribution manifold with lower inlet pipes , and to the consumer of the treated liquid medium - through the upper outlet pipes and the common collective collector, which are also not particularly marked.
Трифазний індукційний нагрівач може мати спільний проточний вертикальний бак З з однією зовнішньою і трьома внутрішніми стінками і з отворами для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища в 2о торцевих стінках, як показано на фіг. 11. Якщо кількість таких отворів для подачі Її виведення плинного середовища буде більше двох, то спільний бак З може бути оснащений вказаним вище трубопровідним обв'язуванням. Очевидно, що короткозамкнені нагрівальні елементи 4 у вигляді відкритих з торців осесиметричних оболонок повинні бути встановлені на жорстких опорах (підставках) 5 коаксіально окремим секціям індукційної обмотки 2 і відповідним внутрішнім стінкам спільного бака 3. счA three-phase induction heater can have a common flowing vertical tank C with one outer and three inner walls and with holes for supplying fresh and removing the processed fluid medium in 2o end walls, as shown in fig. 11. If the number of such openings for the supply and removal of the liquid medium will be more than two, then the common tank C can be equipped with the above-mentioned pipeline binding. It is obvious that the short-circuited heating elements 4 in the form of axisymmetric shells open at the ends must be installed on rigid supports (stands) 5 coaxially separate sections of the induction winding 2 and the corresponding inner walls of the common tank 3.
Особливості конструкції трифазного індукційного нагрівача для обробки сипких матеріалів, який показаний на фігурах 15 і 16, будуть розглянуті далі. і)Features of the design of the three-phase induction heater for processing loose materials, which is shown in figures 15 and 16, will be considered further. and)
А поки повернемося до опису індукційних нагрівачів для обробки плинних середовищ на рідкій основі.In the meantime, let's return to the description of induction heaters for processing liquid media on a liquid basis.
Особливий варіант такого нагрівача, розроблений переважно для стерилізації плинних середовищ має (див. фіг, 12): со зо магнітопровід 1 з практично вертикальними стрижнями і практично горизонтальними ярмами, двохсекційну однофазну індукційну обмотку 2, секції якої 2а і 256 охоплюють один із стрижнів - магнітопровода 1 і розташовані з осьовим зазором, М практично горизонтальний проточний бак, який розміщений в осьовому зазорі між секціями 2а і 25 вказаної обмотки 2 і має в діаметрально протилежних частинах своєї зовнішньої стінки отвори для подачі свіжого і Щео, з5 виведення обробленого плинного середовища, ча практично горизонтальні короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи 4, які виконані у вигляді щонайменше двох плоских кілець, встановлені усередині бака З і коаксіальне охоплюють частину вертикального стрижня магнітопровода 1, вільну від секцій вказаної обмотки 2, і опори 5, які виконані у вигляді проникних для плинного середовища обойм, попарно прикріплені до «A special version of such a heater, developed mainly for the sterilization of liquid media, has (see Fig. 12): a magnetic wire 1 with practically vertical rods and practically horizontal yokes, a two-section single-phase induction winding 2, the sections of which 2a and 256 cover one of the rods - the magnetic wire 1 and are located with an axial gap, M is an almost horizontal flow tank, which is placed in the axial gap between sections 2a and 25 of the indicated winding 2 and has holes in the diametrically opposite parts of its outer wall for supplying fresh and Shcheo, z5 removal of the treated liquid medium, cha practically horizontal short-circuited electrically conductive heating elements 4, which are made in the form of at least two flat rings, are installed inside the tank C and coaxially cover the part of the vertical rod of the magnetic wire 1, free from the sections of the specified winding 2, and the supports 5, which are made in the form of clips permeable to the fluid medium, attached in pairs to "
Внутрішньої і зовнішньої стінок бака З паралельно торцям вказаних секцій 2а і 25 і призначені для установки з з с можливістю вібрацій вказаних кільцевих елементів 4.The inner and outer walls of the tank Z are parallel to the ends of the specified sections 2a and 25 and are intended for installation with the possibility of vibrations of the specified ring elements 4.
Засіб для підключення вказаних секцій 2а і 265 вказаної обмотки 2 до джерела змінного струму має (див. з фіг. 13) один спільний для обох секцій вхід 8 і два виходи через напівпровідникові діоди 9 з протилежною полярністю.The means for connecting the specified sections 2a and 265 of the specified winding 2 to an alternating current source has (see Fig. 13) one common input 8 for both sections and two outputs through semiconductor diodes 9 with opposite polarity.
Плоскі кільцеві короткозамкнені електропровідні нагрівальні елементи 4 можуть бути використані в інших, -І різних за конструкцією індукційних нагрівачах, призначених переважно для обробки сипких матеріалів. Їх загальною ознакою служить практично горизонтальне розташування стрижнів магнітопровода 1. о Найпростіший індукційний нагрівач такого типу показаний на фіг. 14, має магнітопровід, що включає верхній -І і нижній горизонтальні стрижні і вертикально розташовані "ліве ярмо" і "праве ярмо", односекційну однофазну індукційну обмотку 2 і горизонтальний проточний бак 3, які охоплюють один горизонтальний (зокрема, верхній)Flat ring short-circuited electrically conductive heating elements 4 can be used in other induction heaters of different designs, intended mainly for processing loose materials. Their common feature is the practically horizontal arrangement of the rods of the magnetic wire 1. o The simplest induction heater of this type is shown in fig. 14, has a magnet wire including upper and lower horizontal rods and vertically located "left yoke" and "right yoke", a single-section single-phase induction winding 2 and a horizontal flow tank 3, which cover one horizontal (in particular, the upper)
Ш- стрижень магнітопровода 1. Отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані с в діаметрально протилежних верхній і нижній частинах зовнішньої стінки бака 3.Ш- magnetic wire rod 1. Holes for the supply of fresh and removal of the treated liquid medium are made in the diametrically opposite upper and lower parts of the outer wall of the tank 3.
Щонайменше два плоскі кільцеві нагрівальні елементи 4 вільно встановлені в баку З в ряд уздовж стрижня магнітопровода 1 на опорі 5 у вигляді циліндричної втулки (а переважно - у вигляді сектора такої втулки) з не ов позначеними особливо вертикальними пазами, глибина яких перевищує максимально можливу амплітуду механічних коливань елементів 4 під дією знакозмінного електромагнітного поля індукційної обмотки 2. (Ф, Для посилення дії цього поля нагрівач можна оснастити додатковими джерелами магнітного поля переважно ка у вигляді щонайменше двох постійних магнітів 6. Вони можуть бути розташовані, як показано на фіг. 14, тобто в зазорі між зовнішньою стінкою бака З і вказаним стрижнем магнітопровода 1 за умови, що їх однойменні полюси во обернуті в один бік. Проте не виключено і таке розташування постійних магнітів 6, як це було вище описано з посиланням на фіг. 7, тобто попарно ззовні бака З поблизу його протилежних торцевих стінок за умови, що магніти 6 в кожній парі звернені один до другого різнойменними магнітними полюсами.At least two flat ring heating elements 4 are freely installed in the tank C in a row along the rod of the magnet wire 1 on the support 5 in the form of a cylindrical bushing (and preferably in the form of a sector of such a bushing) with not marked especially vertical grooves, the depth of which exceeds the maximum possible amplitude of mechanical oscillations of the elements 4 under the action of the alternating electromagnetic field of the induction winding 2. (F, To strengthen the action of this field, the heater can be equipped with additional sources of the magnetic field, preferably in the form of at least two permanent magnets 6. They can be located as shown in Fig. 14, i.e. in the gap between the outer wall of the tank C and the indicated core of the magnetic conductor 1, provided that their poles of the same name are turned in the same direction. However, such an arrangement of the permanent magnets 6, as described above with reference to Fig. 7, i.e. in pairs from the outside, is not excluded tank C near its opposite end walls, provided that the magnets 6 in each pair face each other with different magnetic poles.
На фіг. 15 показаний трифазний індукційний нагрівач, який має: горизонтально розташований магнітопровід 1 з трьома стрижнями, які жорстко зв'язані спільним "переднім 65 ярмом" і спільним "заднім ярмом", трисекційну індукційну обмотку 2, кожна секція якої охоплює один стрижень вказаного магнітопровода 1 і,In fig. 15 shows a three-phase induction heater, which has: a horizontally located magnetic wire 1 with three rods that are rigidly connected by a common "front 65 yoke" and a common "rear yoke", a three-section induction winding 2, each section of which covers one rod of the indicated magnetic wire 1 and ,
під час роботи нагрівача, підключена до однієї з фаз трифазної промислової мережі змінного струму, проточний бак 3, що має одну спільну зовнішню стінку, охоплюючу всі секції індукційної обмотки 2, і три окремі внутрішні стінки, кожна з яких охоплює одну секцію цієї обмотки 2, і три групи короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів 4, кожний з яких має вигляд плоского кільця, при цьому в кожній групі вказані кільцеві елементи 4 встановлені з осьовими зазорами і всі разом охоплюють відповідну внутрішню стінку вказаного бака 3, а отвори для подачі свіжого і виведення обробленого плинного середовища виконані в діаметрально протилежних верхній і нижній частинах спільної зовнішньої стінки бака 3. 70 Кожна вказана група включає щонайменше два плоскі кільцеві нагрівальні елементи 4, які встановлені в бакуduring the operation of the heater, connected to one of the phases of the three-phase industrial alternating current network, the flow tank 3, having one common external wall covering all sections of the induction coil 2, and three separate internal walls, each of which covers one section of this coil 2, and three groups of short-circuited electrically conductive heating elements 4, each of which has the form of a flat ring, while in each group the indicated ring elements 4 are installed with axial gaps and all together cover the corresponding inner wall of the indicated tank 3, and the openings for the supply of fresh and discharge of the treated liquid media are made in diametrically opposite upper and lower parts of the common outer wall of the tank 3. 70 Each specified group includes at least two flat ring heating elements 4, which are installed in the tank
З в ряд уподовж відповідного стрижня магнітопровода 1 на власній опорі 5 у вигляді циліндричної втулки (а переважно - у вигляді сектора такої втулки) з не позначеними особливо вертикальними пазами, глибина яких перевищує максимально можливу амплітуду механічних коливань елементів 4 під дією знакозмінного електромагнітного поля відповідної секції індукційної обмотки 2. Такі опори 5 забезпечують можливість вільних /5 Коливань кільцевих нагрівальних елементів 4 щонайменше у вертикальному напрямі.In a row along the corresponding rod of the magnetic conductor 1 on its own support 5 in the form of a cylindrical bushing (and preferably in the form of a sector of such a bushing) with not particularly marked vertical grooves, the depth of which exceeds the maximum possible amplitude of mechanical oscillations of the elements 4 under the action of the alternating electromagnetic field of the corresponding section induction winding 2. Such supports 5 provide the possibility of free oscillations of ring heating elements 4 at least in the vertical direction.
Бажано, щоб плоскі кільця, з яких складається середня група короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів 4, були частково розташовані в осьових зазорах між плоскими кільцями, з яких складаються крайні групи короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів 4, як це показано на фігурі 16. Це дозволяє скоротити габарити нагрівача.It is desirable that the flat rings that make up the middle group of short-circuited conductive heating elements 4 are partially located in the axial gaps between the flat rings that make up the extreme groups of short-circuited conductive heating elements 4, as shown in figure 16. This allows to reduce the size of the heater .
Незалежно від конкретної конструкції в будь-якому працюючому індукційному нагрівачу згідно з винаходом відбуваються наступні процеси: кожна індукційна обмотка 2 генерує знакозмінне електромагнітне поле з об'ємною густиною потужності електромагнітної енергії, яка визначається загальною споживаною потужністю і робочим об'ємом бака 3, деформації електронних оболонок в атомах, з яких складаються оброблювані плинні середовища, у сч об вказаному електромагнітному полі (що звичайно відображається на реакційній здатності і фізико-хімічних властивостях компонентів вказаних середовищ), і) передавані в оброблюване плинне середовище механічні вібрації короткозамкнених електропровідних нагрівальних елементів 4 в такт з коливаннями знакозмінного електромагнітного поля, інтенсивність яких залежить від активної потужності, споживаної індукційною обмоткою 2, і в'язкості плинного середовища, со зо нагрів вказаних короткозамкнених елементів 4 вихровими струмами і практично рівномірний нагрів і також рівномірна термомеханохімічна обробка плинного середовища - внаслідок енергообміну (особливо, теплообміну) і масопереносу в об'ємі оброблюваного плинного середовища, М які інтенсивно відбуваються навіть тоді, коли бак(и) З виготовлений(і) з діелектрика і оснащений(і) лише одним короткозамкненим електропровідним нагрівальним елементом 4. оRegardless of the specific design, the following processes take place in any working induction heater according to the invention: each induction winding 2 generates a sign-changing electromagnetic field with a volumetric power density of electromagnetic energy, which is determined by the total consumed power and the working volume of the tank 3, deformations of electronic shells in the atoms that make up the treated fluid medium, in the case of the indicated electromagnetic field (which is usually reflected in the reactivity and physicochemical properties of the components of the indicated media), and) mechanical vibrations of short-circuited electrically conductive heating elements transmitted to the treated fluid medium 4 per beat with fluctuations of the alternating electromagnetic field, the intensity of which depends on the active power consumed by the induction winding 2 and the viscosity of the fluid medium, with the heating of the specified short-circuited elements 4 with eddy currents and practically uniform heating and also Eq. measured thermo-mechanochemical treatment of the fluid medium - due to energy exchange (especially heat exchange) and mass transfer in the volume of the treated fluid medium, M which occur intensively even when the tank(s) C is made of a dielectric and is equipped with only one short-circuited electrically conductive heating element 4. o
Джерела магнітного поля у вигляді постійних магнітів б або струмових обмоток 7 служать додатковими ї- (відповідно, пасивними або активними) регуляторами вказаних процесів.Magnetic field sources in the form of permanent magnets b or current windings 7 serve as additional (respectively, passive or active) regulators of the specified processes.
Спосіб обробки плинних середовищ в індукційному нагрівачу згідно з винаходом в загальному вигляді передбачає наступні операції: 1) при обробці в періодичному режимі: « 1.1) подачу порції свіжого плинного середовища в порожнину бака З до рівня не нижче за верхню кромку па) с короткозамкнених нагрівальних елементів 4, 1.2) перекриття щонайменше нижнього входу в бак З (якщо обробка, наприклад сушка піску або деревної ;» тирси, може бути проведена у контакті з атмосферою) або входу і виходу (якщо обробка, наприклад стерилізація води, потребує ізоляції від атмосфери), 1.3) власне обробку (при сукупній дії електромагнітного поля, тепла і механічних вібрацій, доповнюваних, -І за бажанням, дією постійного магнітного поля) при параметрах (які можна легко підібрати шляхом пробних експериментів) протягом часу, достатнього для настання бажаного ефекту (наприклад, перетворення солей о жорсткості в нерозчинний легко відділюваний шлам, загибелі мікроорганізмів, диспергування твердих і/або -І рідких домішок до частинок необхідного розміру і т.д.), і 1.4) видалення обробленого плинного середовища з бака З для споживання, зберігання або подальшоїThe method of processing liquid media in an induction heater according to the invention generally involves the following operations: 1) during processing in a periodic mode: « 1.1) supply of a portion of fresh liquid medium into the cavity of the tank C to a level not lower than the upper edge of pa) c short-circuited heating elements 4, 1.2) covering at least the lower entrance to tank C (if processing, for example, drying sand or wood sawdust, can be carried out in contact with the atmosphere) or the entrance and exit (if processing, for example, water sterilization, requires isolation from the atmosphere), 1.3) the actual processing (under the combined action of an electromagnetic field, heat and mechanical vibrations, supplemented, -and, if desired, by the action of a permanent magnetic field) with parameters (which can be easily selected through trial experiments) during a time sufficient for the desired effect to occur (for example, transformation of hardness salts into insoluble, easily separated sludge, death of microorganisms, dispersion of solid and/or liquid d bag to particles of the required size, etc.), and 1.4) removal of the treated liquid medium from tank C for consumption, storage or further
Ш- переробки; с 2) при безперервній обробці: 2.1) підбір шляхом пробних експериментів з вибраним плинним середовищем таких параметрів, як температура його нагріву, робоча частота індукційної обмотки 2 (і, відповідно, частота механічних вібрацій дв Короткозамкнених нагрівальних елементів 4), швидкості прокачування (витрати) оброблюваного плинного середовища через бак З і, в окремих випадках, об'ємної густини потужності в баку 3, іSh- processing; c 2) during continuous processing: 2.1) selection by trial experiments with the selected fluid medium of such parameters as its heating temperature, the operating frequency of the induction winding 2 (and, accordingly, the frequency of mechanical vibrations of two short-circuited heating elements 4), pumping speeds (costs) of the processed liquid medium through the tank C and, in some cases, the volume density of the power in the tank 3, and
Ф) 2.2) власне прокачування (або пересипання) оброблюваного плинного середовища через бак З з заданою ка швидкістю при встановлених фізичних параметрах.Ф) 2.2) actual pumping (or spilling) of the treated liquid medium through the tank C at a given speed with the set physical parameters.
Для експериментів по описаній комплексній обробці плинних середовищ був виготовлений проточний бо індукційний нагрівач, який мав: магнітопровід 1 з вертикально розташованими стрижнями, виготовлений з пластин електротехнічної сталі марки 3330 завтовшки 0,35 мм, однофазну многовиткову індукційну обмотку 2 потужністю 4,6 кВт, розраховану на живлення від промислової мережі з максимальним струмом 21 А при сояр -ПВ5, 65 бак З робочим об'ємом 3,0 л і шість короткозамкнених нагрівальних елементів 4 у вигляді коаксіальних трубчастих циліндричних оболонок, які були виготовлені з неіржавіючої сталі.For the experiments on the described complex treatment of fluid media, a flow-through induction heater was made, which had: a magnetic wire 1 with vertically arranged rods, made of 0.35 mm thick 3330 grade electrical steel plates, a single-phase multi-turn induction winding 2 with a power of 4.6 kW, calculated on power from the industrial network with a maximum current of 21 A at soyar -PV5, 65 tank With a working volume of 3.0 l and six short-circuited heating elements 4 in the form of coaxial tubular cylindrical shells, which were made of stainless steel.
К.п.д. такого нагрівача був рівний 0,93.K.p.d. of such a heater was equal to 0.93.
Приклад 1. Обробка шахтної води.Example 1. Treatment of mine water.
Пробу мутнуватої шахтної води об'ємом 20 л, яка мала характерне для солей заліза забарвлення і початкову мінералізацію 4,6 г/л, після хімічного аналізу прокачували крізь описаний вище експериментальний індукційний нагрівач з витратою 9 л/хв протягом 10 хв при температурі усередині бака З в інтервалі 80-8520.A sample of turbid mine water with a volume of 20 l, which had a color characteristic of iron salts and an initial mineralization of 4.6 g/l, after chemical analysis was pumped through the experimental induction heater described above with a flow rate of 9 l/min for 10 min at the temperature inside the tank With in the interval 80-8520.
Оброблену воду центрифугували при 6500 об/хв. протягом 5 хвилин для відділення тонкодисперсного шламу. Прозору безбарвну рідину повторно піддали хімічному аналізу.The treated water was centrifuged at 6500 rpm. for 5 minutes to separate finely dispersed sludge. The clear, colorless liquid was again subjected to chemical analysis.
Результати зведені в таблицю 1. 70 Як видно з таблиці 1, спосіб згідно з винаходом забезпечує ефективну високопродуктивну демінералізацію жорсткої води і тому може служити основою промислових технологічних процесів видобування мінеральної сировини з нетрадиційних джерел.The results are summarized in Table 1. 70 As can be seen from Table 1, the method according to the invention provides effective high-performance demineralization of hard water and therefore can serve as the basis of industrial technological processes for extracting mineral raw materials from unconventional sources.
Приклад 2. Обробка води, зараженої патогенною мікрофлорою.Example 2. Treatment of water contaminated with pathogenic microflora.
Дистильовану воду інокулювали культуральною рідиною з концентрацією біомаси патогенного мікроорганізму 75 Рзейдотопаз тепадосіпа Р-13 5 г/л з подальшим розведенням до концентрації 105 клітин/мл.Distilled water was inoculated with a culture liquid with a biomass concentration of the pathogenic microorganism 75 Rzeidotopaz tepadosipa P-13 5 g/l with subsequent dilution to a concentration of 105 cells/ml.
Отриману клітинну суспензію обробляли в описаному вище індукційному нагрівачі в періодичному режимі в об'ємі близько 2,5 л в кожній пробі.The obtained cell suspension was processed in the induction heater described above in a periodic mode in a volume of about 2.5 l in each sample.
Після обробки проводили посів на живильному середовищі типу МПА. Колонії виявляли по яскравому забарвленню. Умови і результати експериментів наведені в таблиці 2.After processing, sowing was carried out on a nutrient medium of the MPA type. Colonies were identified by their bright color. The conditions and results of the experiments are given in Table 2.
Як видно з таблиці 2, спосіб згідно з винаходом забезпечує ефективну високопродуктивну стерилізацію води при дуже низьких робочих температурах і тому може служити основою промислових технологічних процесів знезараження питної води і пастеризації або стерилізації текучих харчових продуктів.As can be seen from Table 2, the method according to the invention provides effective high-performance sterilization of water at very low operating temperatures and therefore can serve as the basis of industrial technological processes for decontamination of drinking water and pasteurization or sterilization of liquid food products.
Поєднання нагріву, дії електромагнітного поля і механічної вібрації в індукційних нагрівачах забезпечує надзвичайно широкі можливості обробки довільних неоднорідних плинних середовищ для зміни їх фізичних і/або ГеThe combination of heating, the action of an electromagnetic field and mechanical vibration in induction heaters provides extremely wide possibilities for processing arbitrary heterogeneous fluid media to change their physical and/or chemical properties
Хімічних властивостей і хімічного складу. оChemical properties and chemical composition. at
Індукційні нагрівачі для такої обробки можна серійно виготовляти на наявних машинобудівних заводах з використанням загальнодоступних матеріалів. со зо дан в й точатовівя 3805 09,5 05 | 03 20135 225, ю зв і « - з шию 00000011 яв с Нагрів з вібрацією в електромагнітному полі 00214180 слаб г» ноги ние хи а НИ НИ в - 1 1вв немає 1 -іInduction heaters for such processing can be mass-produced in existing machine-building plants using publicly available materials. so zo dan v y tochatovyva 3805 09.5 05 | 03 20135 225, yu zv i " - from the neck 00000011 jav s Heating with vibration in the electromagnetic field 00214180 slab g" legs nie hi a NI NI in - 1 1vv no 1 -i
Claims (22)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040705591A UA75778C2 (en) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same |
| PCT/UA2004/000068 WO2006006946A1 (en) | 2004-07-09 | 2004-09-27 | Method for fluid media treatment and induction thereof |
| RU2006133251/15A RU2342331C2 (en) | 2004-07-09 | 2004-09-27 | Method for processing of fluid mediums and induction heater for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040705591A UA75778C2 (en) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA75778C2 true UA75778C2 (en) | 2006-05-15 |
Family
ID=34958766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA20040705591A UA75778C2 (en) | 2004-07-09 | 2004-07-09 | A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2342331C2 (en) |
| UA (1) | UA75778C2 (en) |
| WO (1) | WO2006006946A1 (en) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA82581C2 (en) * | 2006-06-29 | 2008-04-25 | Фос Интернешонал С.А. | Method for deactivation of liquid radioactive wastes (variants) |
| WO2013063977A1 (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-10 | Wu Ronghua | Three-phase power frequency electromagnetic dual induction heating device and method for liquid |
| CN107277956B (en) * | 2011-12-28 | 2021-02-05 | 雅培制药有限公司 | Method and apparatus for reducing bio-entrainment using induction heating |
| RU2483513C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия" | Plant for thermal and magnetic treatment of seeds |
| EP3341031A4 (en) | 2015-08-28 | 2019-03-06 | Papadopoulos, Michael | System and method for fluid sterilization |
| US10512701B2 (en) | 2015-08-28 | 2019-12-24 | Michael Papadopoulos | System for fluid sterilization for a vessel |
| CN105268388B (en) * | 2015-09-14 | 2017-08-25 | 江南大学 | A kind of circulating magnetoelectric induction reaction system and its application |
| US10899638B2 (en) | 2018-01-31 | 2021-01-26 | Organocat, LLC | Method and system for water electromagnetic activation and active metals generation |
| RU187953U1 (en) * | 2018-12-28 | 2019-03-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Tank heater |
| CN110746030A (en) * | 2019-09-25 | 2020-02-04 | 北京环健畅想量子科技有限公司 | Method for preparing small molecular group water |
| US20210331134A1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-10-28 | Joseph Brifman | Micro-Pulse Micro-Arc Processing in Rotating Electromagnetic Fields |
| CN113856583A (en) * | 2021-06-15 | 2021-12-31 | 上海飞旋通信工程有限公司 | Fluid treatment rod and water dispenser |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0553377A1 (en) * | 1992-01-29 | 1993-08-04 | Iit Research Institute | Energy-efficient electromagnetic elimination of noxious biological organisms |
| JP2848591B1 (en) * | 1997-11-25 | 1999-01-20 | 農林水産省食品総合研究所長 | Continuous liquid sterilization apparatus and continuous liquid sterilization method |
| GB9921659D0 (en) * | 1999-09-14 | 1999-11-17 | Imi Cornelius Uk Ltd | Water treatment |
| US20040005242A1 (en) * | 2000-10-27 | 2004-01-08 | Pavel Koulik | Method and device for sterilising a liquid |
| FR2841475B1 (en) * | 2002-06-28 | 2005-01-14 | Deschamps Lathus Sa | METHOD OF THERMAL TREATMENT BY INDUCTION OF A SANITARY WATER PIPING AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION |
-
2004
- 2004-07-09 UA UA20040705591A patent/UA75778C2/en unknown
- 2004-09-27 WO PCT/UA2004/000068 patent/WO2006006946A1/en active Application Filing
- 2004-09-27 RU RU2006133251/15A patent/RU2342331C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2342331C2 (en) | 2008-12-27 |
| RU2006133251A (en) | 2008-06-10 |
| WO2006006946A1 (en) | 2006-01-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| UA75778C2 (en) | A method for processing liquid media and an induction heater for realizing the same | |
| US7407589B2 (en) | Method and apparatus for preventing scale deposits and removing contaminants from fluid columns | |
| US6540919B2 (en) | Method of treating waste-activated sludge using electroporation | |
| Alkhafaji et al. | An investigation on pulsed electric fields technology using new treatment chamber design | |
| US8480890B2 (en) | Method and apparatus for preventing scale deposits and removing contaminants from fluid columns | |
| US5531157A (en) | Sterilization and homogenization of fluid substances by high frequecy vibration | |
| KR101304121B1 (en) | Water treatment and boiling apparatus using magnetic force | |
| JP2008526479A (en) | Scale removal apparatus and method | |
| SE442696B (en) | DEVICE FOR HEATING OF GAS OR LIQUID MEDIA | |
| JP2011515063A (en) | Sterilization of liquids in sealed containers | |
| US5944973A (en) | Water treatment device | |
| WO2006131755A1 (en) | Heating apparatus and method | |
| US20200107563A1 (en) | Molecular modifier for combustible and non-combustible fluids, liquids and gases | |
| GB1118095A (en) | Process and apparatus for the sterilisation of liquids | |
| CA2937703C (en) | Method and device for reducing the growth of thermophilic bacteria in heat exchangers of dairy processing plants | |
| RU124260U1 (en) | LIQUID TREATMENT DEVICE | |
| EP1010371A1 (en) | Heat-treatment process for liquids | |
| Deeth | Electrical heating using'current passage tube'technology | |
| US20140174986A1 (en) | Electrical induction heating assembly | |
| RU137709U1 (en) | INDUCTION LIFT HEATER WITH HOLDER | |
| US20070000845A1 (en) | Ballast water electromagnetic heating technique | |
| RU220732U1 (en) | Induction heating device for heat treatment of raw materials | |
| US20100264089A1 (en) | Method and apparatus for providing magnetic fluid treatment with programmable electrical energy | |
| RU38754U1 (en) | MAGNETIC ACTIVATOR FOR LARGE STREAMS OF HYDROCARBON RAW MATERIALS | |
| Mancosky et al. | Controlled cavitation for scale-free heating, gum hydration and emulsification in food and consumer products |