Індукційний електронагрівник

Реферат: Винахід належить до електротехніки і може бути використаний як генератор тепла для нагріву води в системах опалення та для нагріву рідин, які використовуються в технологічних процесах. Індукційний електронагрівник містить магнітопровід з розміщеними на його стрижнях обмотками та трубчастий теплообмінник, виконаний у вигляді щонайменше одновиткової спіралі, що охоплює стрижні з обмотками, і в якій початок і кінець кожного витка з'єднані між собою. Кожний виток спіралі поділений подовжньою віссю магнітопроводу на піввитки, які у вікнах між стрижнями за допомогою елементів з'єднання з'єднані між собою і утворюють при цьому фазні витки. Довжини трубчастих частин фазних витків рівні між собою. А матеріал, перетин і довжина кожного елемента з'єднання вибрані такими, що електричний опір елемента з'єднання менший за електричний опір трубчастих частин фазного витка. Електронагрівник має зменшені габаритні розміри теплообмінника та забезпечує покращення енергетичних показників. UA 102318 C2 (12) UA 102318 C2 UA 102318 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до індукційних нагрівників, які працюють на струмах промислової частоти, і може бути використаний як генератор тепла для нагріву води в системах опалення жилих, промислових, адміністративних та інших приміщень, а також для нагріву рідин, які використовуються в технологічних процесах. Відомий індукційний електронагрівник, що має магнітопровід з розміщеними на його стрижнях обмотками, трубчастий теплообмінник, що охоплює стрижні з обмотками [1]. В даному нагрівнику трубчастий теплообмінник виконаний із зігнутих в кільця труб, кожне з яких охоплює стрижень з обмоткою. Між собою кільця, змонтовані на різних стрижнях, з'єднані за допомогою зварки, при цьому канали для протоку рідини в місцях з'єднання виконані за рахунок вилучення стінок труб по дотичній до кільця. Потужність теплообмінника залежить від параметрів кілець (їх діаметра, діаметра та товщини стінки труби), а також їх кількості, паралельно розміщених на стрижнях. В верхній і нижній частинах теплообмінника кільця об'єднані колекторами у вигляді прямих відрізків труб. Недоліками аналога є складність конструкції, збільшені габаритні розміри і нерівномірний процес нагріву рідини. Складність конструкції зумовлена великою кількістю кілець і зварних швів, які в процесі виготовлення необхідно контролювати і випробовувати на герметичність. Наявність підвідного і відвідного колекторів значно збільшує габаритні розміри пристрою. У зв'язку з тим, що нагрівальні кільця теплообмінника приєднані до колекторів паралельно, в процесі роботи можливий нерівномірний нагрів за рахунок різного гідравлічного опору в окремих групах кілець і різної швидкості протоку рідини. Це призводить до місцевих перегрівів кілець теплообмінника і виникненню накипу, що небажано для об'єктів використання нагрівника. Найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого винаходу за функціональним призначенням і технічною суттю є індукційний електронагрівник, що має магнітопровід з розміщеними на його стрижнях обмотками, трубчастий теплообмінник, виконаний у вигляді, як мінімум одновиткової, спіралі, що охоплює стрижні з обмотками, в якій початок і кінець кожного витка з'єднані між собою. В такому електронагрівникові, на відміну від аналогу, значно спрощена конструкція трубчастого теплообмінника за рахунок зменшення кількості зварних швів і покращено процес нагріву теплоносія, так як всі витки нагрівника з'єднані послідовно, але в місцях перетину хвиль габарит теплообмінника має збільшену величину, яка залежить від кількості витків спіралі. Крім того, коротко замкнуті витки, які охоплюють стрижні з обмотками різних фаз, мають різну довжину трубчастих частин, різний електричний опір, і, як наслідок, різні витрати теплової енергії в фазах індукційного електронагрівника, що негативно відбивається на роботі електричної мережі. В основу винаходу поставлена задача зменшення габаритних розмірів теплообмінника і покращення енергетичних показників індукційного електронагрівника. Поставлена задача вирішується тим, що в індукційному електронагрівникові, що містить магнітопровід з розміщеними на його стрижнях обмотками та трубчастий теплообмінник, виконаний у вигляді щонайменше одновиткової спіралі, що охоплює стрижні з обмотками, і в якій початок і кінець кожного витка з'єднані між собою, згідно з винаходом, кожний виток спіралі поділений подовжньою віссю магнітопроводу на піввитки, які у вікнах між стрижнями за допомогою елементів з'єднання з'єднані між собою і утворюють при цьому фазні витки, а довжини трубчастих частин фазних витків рівні між собою, причому матеріал, перетин і довжина кожного елемента з'єднання вибрані такими, що електричний опір елемента з'єднання менший за електричний опір трубчастих частин фазного витка. В порівнянні з найближчим аналогом, запропонований індукційний електронагрівник відрізняється наявністю таких ознак: - кожен виток спіралі ділиться навпіл; - ділення спіралі навпіл виконується віссю магнітопроводу; - ділення спіралі навпіл виконується подовжньою віссю; - піввитки спіралі з'єднані між собою; - з'єднання піввитків спіралі виконано у вікнах між стрижнями; - за рахунок з'єднання піввитків утворені фазні витки; - з'єднання піввитків у фазні витки виконується елементами з'єднання; - довжини трубчастих частин фазних витків рівні між собою; - елемент з'єднання і трубчасті частини фазного витка має різний електричний опір; - електричний опір елемента з'єднання менший за електричний опір трубчастих частин фазного витка. Всі вищезгадані ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують досягнення поставленої задачі. 1 UA 102318 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1 показано загальний вигляд індукційного електронагрівника, на фіг. 2, 3 - переріз АА по фіг. 1 (варіанти виконання витка спіралі). Індукційний електронагрівник має магнітопровід 1, який складається з стрижнів 2, верхнього 3 і нижнього 4 ярма. На стрижнях 2 розміщені обмотки 5. Кількість стрижнів 2 і обмоток 5 залежить від кількості фаз підведеної напруги живлення. Всі стрижні 2 з обмотками 5 охоплює теплообмінник 6, виконаний з труби. Матеріал труби, розміри поперечного перерізу залежить від призначення електронагрівника, його потужності та інших необхідних вимог. Теплообмінник 6 виконаний у вигляді спіралі 7. Кількість витків 8 спіралі 7 залежить від технічних вимог до електронагрівника: потужності, режиму роботи, необхідної температури нагріву і т.п. Мінімальна кількість витків - 1. Так, на фіг. 1 показано нагрівач з двома витками в трифазному виконанні, можлива конструкція з двома стрижнями 2 в однофазному виконанні, на кожному з яких розташовані обмотки 5. Форма витка 8 може мати різний вигляд: овал (фіг. 2), фігурний (фіг. 3) або інший. Початок і кінець кожного витка спіралі з'єднані між собою перемичками 9. Кожен виток 8 спіралі 7 подовжньою віссю 10 магнітопроводу 1 ділиться на піввитки 11 і 12. У вікнах 13 магнітопроводу 1 між стрижнями 2 напіввитки 11 і 12 з'єднані між собою. В якості елемента з'єднання 14 може бути використано пластини 15 або зварний шов 16. Трубчасті частини напіввитків 11 і 12 з елементами з'єднання 14 навколо стрижнів 2 утворюють фазні витки 17, які при роботі стають генераторами тепла. Місце розміщення елементів з'єднання 14 по осі 10 вибирається таким, щоб довжини трубчастих частин фазних витків 17 були рівні між собою, тобто довжини трубчастих частин крайніх фазних витків були рівні довжині трубчастих частин середнього фазного витка (у нашому випадку при трифазному індукційному нагрівнику). Матеріал елемента з'єднання, перетин і довжину вибирають таким чином, щоб його електричний опір був менший за електричний опір трубчастих частин фазного витка. При цьому електричні витрати у вигляді тепла, в основному, будуть виділятися в трубчастих частинах фазного витка рівномірно по фазах, нагріваючи теплоносій, а витрати в елементах з'єднання завдяки малому електричному опору будуть мінімальними, не визиваючи місцевих перегрівів. Таким чином, використання індукційного нагрівника в вищезазначеному вигляді дає можливість значно зменшити габаритні розміри за рахунок розміщення трубчастих частин витка і елементів з'єднання в одній площині, а покращення енергетичних показників можливе за рахунок вирівнювання теплових витрат в фазах електронагрівника. Запропоноване технічне рішення є на стадії технічної пропозиції при розробці індукційного нагрівника для нагріву технологічних рідин при виготовленні газобетонних будівельних блоків. Бібліографічні дані джерел інформації 1. Индукционные нагреватели "Эдисон" (электронагреватели аккумуляционные текучих сред ЭНаТС) ТУ 3442-005-50387010-02. Руководство по эксплуатации. Паспорт. ЗАО "Завод Сибирского Технологического Машиностроения", г. Новосибирск. Россия. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Індукційний електронагрівник, що містить магнітопровід з розміщеними на його стрижнях обмотками та трубчастий теплообмінник, виконаний у вигляді щонайменше одновиткової спіралі, що охоплює стрижні з обмотками, і в якій початок і кінець кожного витка з'єднані між собою, який відрізняється тим, що кожний виток спіралі поділений подовжньою віссю магнітопроводу на піввитки, які у вікнах між стрижнями за допомогою елементів з'єднання з'єднані між собою і утворюють при цьому фазні витки, довжини трубчастих частин фазних витків рівні між собою, причому матеріал, перетин і довжина кожного елемента з'єднання вибрані такими, що електричний опір елемента з'єднання менший за електричний опір трубчастих частин фазного витка. 2 UA 102318 C2 3 UA 102318 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4