Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ

Реферат: UA 72021 U UA 72021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки та може бути використана в системах опалювання, гарячого водопостачання й в технологічних теплообмінних процесах з використанням проміжного теплоносія, а також безпосереднього для нагріву. З рівня техніки відомо найбільш близький по технічній суті й результату, що досягається, пристрій індукційного нагріву рідких середовищ, що містить циліндричний корпус з кришкою й днищем, внутрішнє кільце, змонтоване над днищем, та що має наскрізні отвори для проходження рідкого середовища, що нагрівається, вхідний патрубок для рідкого середовища, що нагрівається, й вихідний патрубок для нагрітого рідкого середовища, центральний внутрішній циліндричний канал, встановлений співвісно з корпусом, причому верхня частина центрального внутрішнього циліндричного каналу сполучена з кришкою корпусу й на її поверхні виконані наскрізні отвори для проходу рідкого середовища, що нагрівається, а нижня частина сполучена з вихідним патрубком для нагрітого рідкого середовища та індуктор, який виконаний у вигляді циліндричної порожнини, змонтованої між корпусом й центральним внутрішнім циліндричним каналом з утворенням кільцевих каналів для проходження рідкого середовища, що нагрівається, при цьому, всередині циліндричної порожнини встановлена обмотка, герметично запресована єднальним діелектричним матеріалом, верхня частина її сполучена з кришкою корпусу, а нижня - з внутрішнім кільцем ["Пристрій індукційного нагріву рідких середовищ", RU, №87856, Н05В 6/10, заявл. 02.06.2009, опубл. 20.10.2009, найбільш близький аналог]. Недоліком вказаного пристрою є недостатньо високий коефіцієнт корисної дії (ККД), обумовлений малою швидкістю нагріву загального потоку теплоносія й невеликою площею нагріву теплоносія. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого пристрою для індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ, в якому за рахунок удосконалення конструкції пристрою забезпечується збільшення площі теплообміну, що, у свою чергу, призводить до збільшення швидкості нагріву теплоносія, а, отже, до збільшення ККД. Поставлена задача вирішується, а технічний результат досягається тим, що в пристрої індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ, що містить циліндричний корпус з нижньою основою та двома верхніми кришками у формі кільця й кола, всередині якого співвісно з ним розташований магнітопровід, утворений порожнистим циліндром, в якому знаходиться намагнічувальна котушка й внутрішній проточний сердечник циліндричної форми, причому порожнистий циліндр з намагнічувальною котушкою розташовані на деякій відстані від нижньої основи та закріплені до верхніх кришок, а внутрішній проточний сердечник розташований на деякій відстані від верхньої кришки у вигляді кола та закріплений з нижньою основою, вхідний патрубок для проходження теплоносія, виконаний на бічній поверхні циліндричного корпусу у верхній його частині, та вихідний патрубок для нагрітого теплоносія, що сполучений з нижньою основою циліндричного корпусу, згідно до корисної моделі, на зовнішній бічній поверхні порожнистого циліндра й внутрішнього проточного сердечника рівномірно виконані вертикально орієнтовані тепловиділяючі елементи. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак пристрою, у тому числі відмітних при їх взаємодії з відомими ознаками, в рішенні поставленої технічної задачі й досягненні технічного результату, полягає в наступному. Додаткове рівномірне виконання на зовнішніх бічних поверхнях порожнистого циліндра й внутрішнього проточного сердечника вертикально орієнтованих тепловиділяючих елементів дозволяє, з одного боку, розділити загальний потік теплоносія на окремі невеликі потоки, змінюючи, таким чином, структуру теплоносія, а з іншого боку, за рахунок того, що самі тепловиділяючі елементи є поверхнями, що нагріваються, збільшити площу теплообміну. Зміна структури теплоносія також досягається за рахунок зміни площі перерізу порожнин, через які проходить теплоносій. Так, технічні характеристики конструктивних елементів пристрою для індукційного нагріву підібрані таким чином, що спочатку дозволяють збільшити площу перерізу, через яку проходить теплоносій при попаданні в пристрій, у три рази. Внаслідок чого в порожнині, утвореною внутрішньою поверхнею циліндричного корпусу й зовнішньою поверхнею порожнистого циліндра, створюється відносне розрідження, яке сприяє швидкій передачі тепла від тепловиділяючих поверхонь, якими є елементи магнітопроводу, теплоносію. Потім під час переходу теплоносія в порожнину, утворену внутрішньою поверхнею порожнистого циліндра й зовнішньою поверхнею внутрішнього проточного сердечника, площа перерізу зменшується відносно площі перерізу вхідного патрубка до двох разів. І, нарешті, під час переходу теплоносія в порожнину внутрішнього проточного сердечника площа перерізу дорівнює площі перерізу вхідного патрубка. 1 UA 72021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Змінюючи таким чином структуру теплоносія, здійснюється рівномірний розподіл його потоку при проходженні через пристрій індукційного нагріву, а це, у свою чергу, разом зі збільшенням площі теплообміну, призводить до збільшення швидкості теплообміну, а, отже, до збільшення ККД. Пристрій має й інші відмітні ознаки, які доповнюють та характеризують корисну модель в окремих випадках її виконання та використовуються для покращання її технічних властивостей. Пристрій індукційного нагріву рідних й газоподібних середовищ, згідно корисної моделі, додатково містить датчик температури. Наявність датчика температури, встановленого в порожнистому циліндрі разом із намагнічувальною котушкою дозволяє забезпечити ефективне регулювання температури тепловиділяючих поверхонь, забезпечуючи економне споживання електроенергії, уникаючи при цьому перегрівання обмотки намагнічувальної котушки. Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ, згідно корисної моделі, додатково містить термостат. Наявність термостата, встановленого в порожнистому циліндрі разом із намагнічувальною котушкою забезпечує захист від перегрівання пристрою, а також захищає пристрій від випадкових аварійних ситуацій. Додаткове використання датчика температури й термостата, з одного боку, суттєво підвищує надійність й безпеку експлуатації пристрою, а, з іншого боку, призводить до економії енергоресурсів, а це значно підвищує споживчі властивості справжнього пристрою. Приведені ознаки не є обов'язковими, але, на думку заявника, є переважними в рішенні поставленої технічної задачі й досягненні технічного результату. При цьому не виключається здатність іншого еквівалентного виконання пропонованого пристрою в об'ємі суті пропонованої корисної моделі. Надалі корисна модель пояснюється детальним описом переважного варіанту її виконання з посиланнями на креслення, що додаються, на яких: на фіг. 1 зображений пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ, загальний вигляд, частковий розріз, вигляд збоку; на фіг. 2 розріз по А-А на фіг. 1, вигляд зверху. Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ (фіг. 1, 2) містить циліндричний корпус 1, що має нижню основу 2 та дві верхні кришки, одна з яких виконана у формі кільця 3, а друга - у формі кола 4. Всередині циліндричного корпусу 1, співвісно з ним розташовано магнітопровід, утворений порожнистим циліндром 5, в якому знаходиться намагнічувальна котушка 6, всередині якої, співвісно з нею, виконаний внутрішній проточний сердечник 7 циліндричної форми. Внутрішні конструктивні елементи 5, 6 й 7 пристрою, змонтовані в циліндричний корпус 1 таким чином, що утворюють три робочі канали для проходу потоку теплоносія, що нагрівається. Внутрішня поверхня циліндричного корпусу 1 й зовнішня поверхня порожнистого циліндра 5 утворюють перший циліндричний канал І. Внутрішня поверхня порожнистого циліндра 5 й зовнішня поверхня внутрішнього проточного сердечника 7 утворюють другий циліндричний канал II. Внутрішній проточний сердечник 7 циліндричної форми утворює центральний циліндричний канал III. Намагнічувальна котушка 6, що розміщується в герметично ізольованому порожнистому циліндрі 5, розташована на деякому відстані від нижньої основи 2, закріплена до верхніх кришок 3 й 4 та створює зовнішнє й внутрішнє магнітне поле. Електромагнітна енергія, що створюється намагнічувальною котушкою 6, нагріває метал, який, у свою чергу, передає тепло теплоносію. Внутрішній проточний сердечник 7 розташовано на деякому відстані від верхньої кришки 4 й закріплено з нижньою основою 2. На зовнішній бічній поверхні циліндричного корпусу 1, у верхній його частині, виконано вхідний патрубок 8 для проходження теплоносія. Вихідний патрубок 9 для нагрітого теплоносія сполучено з нижньою основою 2 циліндричні корпуси 1 і є продовженням внутрішнього проточного сердечника 7. Особливістю пристрою є те, що на зовнішній бічній поверхні порожнистого циліндра 5 й внутрішнього проточного сердечника 7 рівномірно виконані вертикально орієнтовані тепловиділяючі елементи 10, з феромагнітного матеріалу. Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ працює таким чином. Принцип дії пристрою індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ засновано на явищі електромагнітної індукції, тобто на створенні вихрових струмів змінним електромагнітним полем в магнітопроводі, який одночасно є теплообмінником, що віддає тепло середовищу, що проходить через нього. Потік теплоносія, за який може бути використана вода, антифриз, масло, гліцерин, тосол, а також інші неагресивні рідини й гази, через вхідний патрубок 8 поступає в перший циліндричний 2 UA 72021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 канал І, утворений внутрішньою поверхнею циліндричного корпусу 1 й зовнішньою поверхнею порожнистого циліндра 5. Проходячи уздовж тепловиділяючих елементів 10, виконаних на зовнішній поверхні порожнистого циліндра 5, й зовнішньої поверхні порожнистого циліндра 5, теплоносій піддається нагріву. Далі теплоносій, проходячи через проміжки між тепловиділяючими елементами 10 й простором, утвореним основою 2 й дном порожнистого циліндра 5, потрапляє в другий циліндричний канал II, утворений внутрішньою поверхнею порожнистого циліндра 5 й зовнішньою поверхнею внутрішнього проточного сердечника 7, що має тепловиділяючі елементи 10. Піднімаючись вгору уздовж другого циліндричного каналу II, теплоносій проходить через проміжки, утворені тепловиділяючими елементами 10, внутрішньою поверхнею порожнистого циліндра 5 і зовнішньою поверхнею внутрішнього проточного сердечника 7, і знову піддається нагріву. Через простір, утворений верхньою кришкою 4 й проточним сердечником 7, теплоносій потрапляє в центральний циліндричний канал III. Проходячи через центральний, циліндричний канал III, теплоносій знову нагрівається й через вихідний патрубок 9 виходить з нагрівача. Поверхня циліндричного корпусу 1 виконує захисну функцію екрану, не пропускаючи електромагнітне випромінювання в довкілля. Змінне магнітне поле намагнічувальної котушки не дає катіонам кальцію та магнію (накипоутворюючі елементи) осісти на поверхню всіх теплообмінних елементів пристрою. Невеликі габарити пристрою дозволяють ефективніше використовувати простір приміщень. Технічним результатом, який досягається при використанні корисної моделі, є підвищення коефіцієнта потужності пристрою, рівномірність й швидкість нагріву теплоносія, підвищення ККД, автоматичний контроль від необґрунтованого перегрівання пристрою та надійність пристрою, що заявляється. Пристрій, що заявляється, може бути виготовлений в умовах промислового виробництва з використанням стандартного обладнання, сучасних матеріалів, вузлів й комплектуючих. Корисна модель може знайти широке промислове застосування в опалювальних системах, системах теплопостачання, технологічних процесах, системах гарячого водопостачання, електрокотлах, створених на основі принципу індукційного нагріву, з метою забезпечення безперебійного гарячого водо- й теплопостачання різних об'єктів, населених пунктів, видалених, тупикових об'єктів, нагріву нафти та нафтопродуктів на трубопроводах, залізничних цистернах, резервуарах й тому подібне. Перелік позначень 1. Циліндричний корпус. 2. Нижня основа. 3. Верхня кришка у формі кільця. 4. Верхня кришка у формі кола. 5. Порожнистий циліндр. 6. Намагнічувальна котушка. 7. Внутрішній проточний сердечник циліндричної форми. 8. Вхідний патрубок. 9. Вихідний патрубок. 10. Тепловиділяючі елементи. 11. Датчик температури. 12.Термостат. I. Перший циліндричний канал. II. Другий циліндричний канал. III. Центральний циліндричний канал. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ, що включає циліндричний корпус (1) з нижньою основою (2) та двома верхніми кришками у формі кільця (3) й кола (4), всередині якого співвісно з ним розташований магнітопровід, утворений порожнистим циліндром (5), в якому знаходиться намагнічувальна котушка (6) й внутрішній проточний сердечник (7) циліндричної форми, причому порожнистий циліндр (5) з намагнічувальною котушкою (6) розташовані на деякій відстані від нижньої основи (2) та закріплені до верхніх кришок (3) й (4), а внутрішній проточний сердечник (7) розташований на деякій відстані від верхньої кришки (4) у вигляді кола та закріплений з нижньою основою (2), вхідний патрубок (8) для проходження теплоносія, виконаний на бічній поверхні циліндричного корпусу (1) у верхній 3 UA 72021 U 5 його частині, та вихідний патрубок (9) для нагрітого теплоносія, що сполучений з нижньою основою (2) циліндричного корпусу (1), який відрізняється тим, що на зовнішній бічній поверхні порожнистого циліндра (5) й внутрішнього проточного сердечника (7) рівномірно виконані вертикально орієнтовані тепловиділяючі елементи (10). 2. Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить датчик температури (11). 3. Пристрій індукційного нагріву рідких й газоподібних середовищ за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що додатково містить термостат (12). Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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