[go: up one dir, main page]

RU2267868C1 - Flowing inductive liquid heater - Google Patents

Flowing inductive liquid heater Download PDF

Info

Publication number
RU2267868C1
RU2267868C1 RU2004110282/09A RU2004110282A RU2267868C1 RU 2267868 C1 RU2267868 C1 RU 2267868C1 RU 2004110282/09 A RU2004110282/09 A RU 2004110282/09A RU 2004110282 A RU2004110282 A RU 2004110282A RU 2267868 C1 RU2267868 C1 RU 2267868C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
coil pipe
heater
steel
winding
Prior art date
Application number
RU2004110282/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004110282A (en
Inventor
Ирина Михайловна Кирпичникова (RU)
Ирина Михайловна Кирпичникова
Владимир Кириллович Мокеев (RU)
Владимир Кириллович Мокеев
Владимир Александрович Русинов (RU)
Владимир Александрович Русинов
Original Assignee
Челябинский государственный агроинженерный университет (ЧГАУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Челябинский государственный агроинженерный университет (ЧГАУ) filed Critical Челябинский государственный агроинженерный университет (ЧГАУ)
Priority to RU2004110282/09A priority Critical patent/RU2267868C1/en
Publication of RU2004110282A publication Critical patent/RU2004110282A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2267868C1 publication Critical patent/RU2267868C1/en

Links

Images

Landscapes

  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering, possible use in construction of devices for electric heating of liquids.
SUBSTANCE: device has toroidal winding of inducer, applied to core, consisting of steel tubular coil pipe with applied winding of steel band. Magnetic duct, product duct and heating element of heater are combined, and core realizes their functions. To decrease specific metal consumption down to 2-2,5 kg/kWt during operation of inductive heater strong magnetic fields are used with strength 25-40 kA/m. coil pipe has coils of similar radius, and winding of steel band is tightly pressed to whole external surface of coil pipe, so that all ferromagnetic substance takes part in heat exhaustion, electric resistance of heater is decreased, and, as a result, its metal consumption. To prevent steel corrosion and to heat food liquids, thin-walled insert is used made of stainless steel, positioned in coil pipe tube. To improve heat exhaustion from heater core to liquid flowing along coil pipe, wire spiral is used of stainless steel, which is inserted into coil pipe tube, and is used to provide additional circulation of liquid.
EFFECT: higher efficiency.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в устройствах электрического нагрева жидкости для животноводческих помещений, производственных мастерских, предприятий по переработке жидких пищевых продуктов, в сфере обслуживания, быту.The invention relates to the electric power industry and can be used in devices for electric heating of liquids for livestock buildings, production workshops, liquid food processing enterprises, in the service sector, and in everyday life.

Известен индукционный нагреватель жидкости (Яровиков И.П. Расчет индукционных нагревателей для животноводческих помещений// Механизация и электрификация сельского хозяйства, №4, 1983) для обогрева полов и воздуха в помещениях, корпус которого содержит стальные водогазопроводные трубы, внутри которых укладывается многожильная обмотка из изолированного провода. Принцип работы нагревателя заключается в том, что при протекании переменного тока и за счет созданного им переменного магнитного поля происходит нагрев материала трубы вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи.Known induction fluid heater (Yarovikov I.P. Calculation of induction heaters for livestock buildings // Mechanization and Electrification of Agriculture, No. 4, 1983) for heating floors and air in rooms, the casing of which contains steel water and gas pipes, inside of which a multicore winding of insulated wire. The principle of operation of the heater is that when the alternating current flows and due to the alternating magnetic field created by it, the pipe material is heated due to hysteresis and eddy current losses.

Известен также проточной водонагреватель жидкости (пат. 2101882 РФ, МПК 7 Н 05 В 6/10, F 24 H 1/10. Электроводонагревательное устройство трансформаторного типа / В.М.Кузьмин, А.В.Сериков, С.П.Бобровский // Открытия. Изобретения. 1988. №1), представляющий собой трехфазный трансформатор-нагреватель, вторичные обмотки которого замкнуты накоротко и выполнены из трех стальных труб. Торцы труб соединены между собой электропроводящими дисками, образующими совместно с внешней оболочкой трансформатора герметичную камеру, внутри которой расположен индуктор. Вода, омывая оболочку трансформатора и проходя по трубам, нагревается.Also known is a flowing liquid water heater (Pat. 2101882 RF, IPC 7 N 05 V 6/10, F 24 H 1/10. Transformer type electric water heater / V.M. Kuzmin, A.V. Serikov, S.P. Bobrovsky / / Discoveries. Inventions. 1988. No. 1), which is a three-phase transformer-heater, the secondary windings of which are short-circuited and made of three steel pipes. The ends of the pipes are interconnected by electrically conductive disks, forming together with the outer shell of the transformer a sealed chamber, inside of which an inductor is located. Water, washing the transformer shell and passing through the pipes, heats up.

Наиболее близким (прототипом) является проточной нагреватель жидкости (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC СОМ) 03.12.1968), представляющий собой многослойный трубчатый змеевик, на который наложена тороидальная обмотка индуктора. Вода, проходящая по змеевику, нагревается. Недостатком известных устройств являются большая удельная металлоемкость (до 10 и более кг/кВт), значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие потери тепла.The closest (prototype) is a fluid flow heater (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC COM) 03/03/1968), which is a multilayer tubular coil on which a toroidal coil of the inductor is superimposed. The water passing through the coil heats up. A disadvantage of the known devices is the large specific metal consumption (up to 10 and more kg / kW), significant scattering of magnetic fluxes and, as a consequence, large heat loss.

Целью предлагаемого изобретения является снижение металлоемкости, повышение коэффициента полезного действия и уменьшение конструктивной сложности. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом проточном индукционном нагревателе жидкости 1) совмещены магнитопровод, нагревательный элемент и продуктопровод, функцию которых выполняет изготовленный из стальной трубы змеевик с плотно прилегающими витками с наложенной на него обмоткой из нескольких слоев стальной ленты; 2) используется область сильных магнитных полей с напряженностью 25-40 кА/м; 3) витки змеевика делаются одинакового радиуса, в результате чего в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика; 4) обмотка из стальной ленты плотно прилегает ко всей внешней поверхности змеевика, что позволяет уменьшить электрическое сопротивление нагревателя.The aim of the invention is to reduce metal consumption, increase efficiency and reduce structural complexity. This goal is achieved by the fact that the proposed flow-through induction fluid heater 1) combines a magnetic circuit, a heating element and a product pipeline, the function of which is made from a steel pipe coil with tight-fitting coils with a winding superimposed on it from several layers of steel tape; 2) a region of strong magnetic fields with an intensity of 25-40 kA / m is used; 3) the turns of the coil are made of the same radius, as a result of which the entire volume of the ferromagnet is involved in the heat release; 4) a winding made of steel tape fits snugly to the entire outer surface of the coil, which reduces the electrical resistance of the heater.

Проточной индукционный нагреватель жидкости представлен на фиг.1 с разрезом по сечению А-А - на фиг.2. Нагреватель состоит из обмотки индуктора 1 и сердечника, которым является трубчатый змеевик 3 с наложенной на него обмоткой из стальной ленты 2. Змеевик изготовляется с одинаковыми радиусами витков из стальной трубы. Обмотка из стальной ленты притягивается к поверхности змеевика с помощью спирального проволочного хомута 4, который закладывается между витками змеевика. Внутри трубы змеевика помещен тонкостенный вкладыш 5 и проволочная спираль 6, изготовленные из нержавеющей стали. Нагреватель имеет первичную обмотку (обмотку индуктора), выполненную из медного изолированного провода; роль вторичной обмотки играют обмотка из стальной ленты и стенки стальной трубы змеевика. Соседние витки змеевика плотно прилегают друг к другу. На змеевик наложена обмотка из стальной ленты такой толщины, чтобы не появилась негативно влияющая на коэффициент мощности отраженная от внутренних стенок трубы электромагнитная волна. На этот сердечник наложена тороидальная обмотка индуктора, что позволяет сконцентрировать магнитный поток внутри тороида. В результате значительно уменьшаются потоки рассеяния и не оказывается негативное воздействие сильных полей на обслуживающий персонал. Чтобы предотвратить коррозию внутренних стенок трубы в нее помещен плотно прилегающий к внутренним стенкам тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали. Для увеличения коэффициента теплоотдачи и теплового КПД в просвет трубы введена проволочная спираль из нержавеющей стали, приводящая к дополнительной циркуляции жидкости.A flow-through induction fluid heater is shown in FIG. 1 with a section along section AA — in FIG. 2. The heater consists of the winding of the inductor 1 and the core, which is a tubular coil 3 with a winding made of steel tape 2 attached to it. The coil is made with the same radius of turns from a steel pipe. The winding of steel tape is attracted to the surface of the coil using a spiral wire clamp 4, which is laid between the turns of the coil. A thin-walled liner 5 and a wire spiral 6 made of stainless steel are placed inside the coil pipe. The heater has a primary winding (inductor winding) made of insulated copper wire; the role of the secondary winding is played by a winding of steel tape and the wall of the steel pipe of the coil. Adjacent coil coils fit snugly together. A coil of steel tape of such a thickness is applied to the coil so that an electromagnetic wave reflected from the inner walls of the pipe does not adversely affect the power factor. A toroidal winding of the inductor is superimposed on this core, which makes it possible to concentrate the magnetic flux inside the toroid. As a result, scattering fluxes are significantly reduced and there is no negative impact of strong fields on staff. To prevent corrosion of the inner walls of the pipe, a thin-walled stainless steel liner tightly adjacent to the inner walls is placed in it. To increase the heat transfer coefficient and thermal efficiency, a stainless steel wire spiral is introduced into the pipe lumen, which leads to additional fluid circulation.

Подобное конструктивное решение позволяет снизить металлоемкость нагревателя до 2-2,5 кг/кВт и повысить тепловой КПД до 98-99%.Such a constructive solution allows to reduce the metal consumption of the heater to 2-2.5 kg / kW and increase thermal efficiency to 98-99%.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, гарантирующих сущность заявленного изобретения, не известна и для специалистов не следует явным образом из уровня техники, что позволят сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».According to the information available to the authors, the set of essential features guaranteeing the essence of the claimed invention is not known and it should not be obvious to the experts from the prior art that will allow us to conclude that the invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Проточной индукционный нагреватель жидкости работает следующим образом. На первичную обмотку (обмотку индуктора) подается переменное напряжение. Созданный обмоткой переменный магнитный поток замыкается в сердечнике нагревателя, состоящем из трубчатого змеевика и наложенной на него обмотки из нескольких слоев стальной ленты такой толщины, чтобы не возникала отраженная электромагнитная волна, уменьшающая коэффициент мощности нагревателя. Переменный магнитный поток порождает в сердечнике индукционный ток, в результате прохождения которого происходит нагревание сердечника. Дополнительный нагрев происходит в результате перемагничивания материала сердечника (потери на гистерезис).Flow induction fluid heater operates as follows. An alternating voltage is applied to the primary winding (inductor winding). The alternating magnetic flux created by the winding is closed in the heater core, consisting of a tubular coil and a winding superimposed on it from several layers of steel tape of such a thickness that a reflected electromagnetic wave does not occur, reducing the power factor of the heater. An alternating magnetic flux generates an induction current in the core, as a result of the passage of which the core is heated. Additional heating occurs as a result of magnetization reversal of the core material (hysteresis loss).

Обмотка из стальной ленты плотно притянута к поверхности змеевика спиральным проволочным хомутом, проложенным между витками змеевика. Необходимость плотного прилегания обмотки из стальной ленты ко всей внешней поверхности змеевика, изготовленного из стальной трубы, объясняется тем, что направление индукционных токов в соседних витках в области их соприкосновения противоположно. Это затрудняет их прохождение, в результате чего индукционные токи замыкаются через слой обмотки из стальной ленты. При наличии воздушной прослойки между обмоткой из стальной ленты и местом соприкосновения соседних витков змеевика индукционный ток будет проходить в области, где лента прилегает к виткам змеевика, внутри обмотки из стальной ленты и внутри трубы змеевика, а в области, где имеются воздушная прослойка - только внутри обмотки из стальной ленты. Это увеличивает электрическое сопротивление нагревателя и, как следствие, его металлоемкость.The winding of steel tape is tightly drawn to the surface of the coil with a spiral wire clamp, laid between the turns of the coil. The need for a snug fit of a winding of steel tape to the entire outer surface of the coil made of steel pipe is explained by the fact that the direction of the induction currents in adjacent turns in the area of their contact is opposite. This makes their passage difficult, as a result of which induction currents are closed through the winding layer of steel tape. If there is an air gap between the winding of the steel strip and the point of contact of adjacent turns of the coil, the induction current will pass in the area where the tape is adjacent to the turns of the coil, inside the winding of steel tape and inside the pipe of the coil, and in the area where the air gap is only inside steel tape windings. This increases the electrical resistance of the heater and, as a consequence, its metal consumption.

Для предотвращения коррозии стали и для возможности использовать устройство для нагревания пищевых жидкостей внутрь трубы змеевика помещен тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали. Сердечник нагревается и передает тепло протекающей по змеевику жидкости. Для улучшения теплоотдачи в просвет трубы помещена плотно прилегающая к внутренней стенке проволочная спираль из нержавеющей стали, которая вызывает дополнительную циркуляцию жидкости. Сердечник нагревателя выполняет функцию магнитопровода, нагревательного элемента и продуктопровода одновременно.To prevent corrosion of steel and to be able to use a device for heating food liquids, a thin-walled stainless steel insert is placed inside the coil pipe. The core heats up and transfers heat to the fluid flowing through the coil. To improve heat transfer, a stainless steel wire spiral tightly adjacent to the inner wall is placed in the pipe lumen, which causes additional fluid circulation. The core of the heater performs the function of a magnetic circuit, a heating element and a product pipeline at the same time.

Преимущество предлагаемого индукционного нагревателя жидкости заключается в следующем:The advantage of the proposed induction fluid heater is as follows:

- малое рассеяние магнитного потока, следовательно, более высокий коэффициент полезного действия и отсутствие негативного воздействия сильных магнитных полей на организм находящихся по близости людей;- small scattering of the magnetic flux, therefore, a higher efficiency and the absence of negative effects of strong magnetic fields on the body of people in the vicinity;

- из-за одинакового радиуса витков змеевика и плотного прилегания обмотки из стальной ленты ко всей внешней поверхности змеевика в тепловыделении участвует весь объем ферромагнетика, что существенно уменьшает металлоемкость нагревателя;- due to the same radius of the coil turns and tight fit of the winding made of steel tape to the entire outer surface of the coil, the entire volume of the ferromagnet is involved in heat generation, which significantly reduces the metal consumption of the heater;

- уменьшается удельная металлоемкость до 2-2,5 кг/кВт в результате совмещения магнитопровода, продуктопровода и нагревательного элемента и благодаря использованию сильных магнитных полей с напряженностью 25-40 кА/м;- the specific metal consumption decreases to 2-2.5 kg / kW as a result of combining the magnetic circuit, product pipeline and heating element and through the use of strong magnetic fields with a strength of 25-40 kA / m;

- высокая теплопередача от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости в результате дополнительной циркуляции жидкости вызываемой проволочной спиралью, помещенной в просвет трубы змеевика;- high heat transfer from the core of the heater fluid flowing through the coil as a result of additional fluid circulation caused by a wire spiral placed in the lumen of the coil pipe;

- отсутствие коррозии стали и возможность нагревания и пастеризации пищевых жидкостей (воды, соков, молока и т.п.) в результате использования вкладыша из нержавеющей стали в змеевике.- the absence of corrosion of steel and the possibility of heating and pasteurization of food liquids (water, juice, milk, etc.) as a result of using a stainless steel insert in the coil.

Claims (3)

1. Проточный индукционный нагреватель жидкости, имеющий тороидальную обмотку индуктора, наложенную на сердечник, состоящий из стального трубчатого змеевика, отличающийся тем, что в нем используется трубчатый змеевик с одинаковым радиусом плотно прилегающих витков; на змеевик наложена плотно прилегающая к внешней поверхности змеевика обмотка из стальной ленты; для улучшения теплоотдачи от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости используется проволочная спираль, введенная в просвет трубы змеевика, приводящая к дополнительной циркуляции жидкости.1. Flowing induction fluid heater having a toroidal coil of an inductor superimposed on a core consisting of a steel tubular coil, characterized in that it uses a tubular coil with the same radius of tightly adjacent turns; a winding made of steel tape is laid on the coil tightly adjacent to the outer surface of the coil; To improve the heat transfer from the heater core of the fluid flowing along the coil, a wire spiral is used, introduced into the lumen of the coil pipe, leading to additional fluid circulation. 2. Проточный индукционный нагреватель жидкости по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения его удельной металлоемкости до 2-2,5 кг/кВт при эксплуатации используются магнитные поля с напряженностью 25-40 кА/м.2. Flowing induction fluid heater according to claim 1, characterized in that in order to reduce its specific metal consumption to 2-2.5 kg / kW during operation, magnetic fields with a strength of 25-40 kA / m are used. 3. Проточный индукционный нагреватель жидкости по п.1, отличающийся тем, что в нем для предотвращения коррозии стали и для нагревания пищевых жидкостей используется тонкостенный вкладыш из нержавеющей стали, помещенный в трубу змеевика.3. Flowing induction fluid heater according to claim 1, characterized in that it uses a thin-walled stainless steel insert placed in the coil pipe to prevent corrosion of steel and to heat food liquids.
RU2004110282/09A 2004-04-05 2004-04-05 Flowing inductive liquid heater RU2267868C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004110282/09A RU2267868C1 (en) 2004-04-05 2004-04-05 Flowing inductive liquid heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004110282/09A RU2267868C1 (en) 2004-04-05 2004-04-05 Flowing inductive liquid heater

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004110282A RU2004110282A (en) 2005-09-20
RU2267868C1 true RU2267868C1 (en) 2006-01-10

Family

ID=35848837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004110282/09A RU2267868C1 (en) 2004-04-05 2004-04-05 Flowing inductive liquid heater

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2267868C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2337279C1 (en) * 2007-04-12 2008-10-27 Евгений Павлович Шелудяков Vortex induction heater for water or air
RU2337278C1 (en) * 2007-04-09 2008-10-27 Евгений Павлович Шелудяков Induction vortex water heater
RU2773671C1 (en) * 2021-05-04 2022-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) Flow induction fluid heater

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3414698A (en) * 1965-10-27 1968-12-03 Gen Electric High voltage transformer type heater for heating fluids
SU1094161A1 (en) * 1983-03-11 1984-05-23 Государственный Ордена "Знак Почета" Научно-Исследовательский И Проектный Институт Лакокрасочной Промышленности Fluid medium induction heater
SU1760653A1 (en) * 1990-03-06 1992-09-07 Украинский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Immersed water heater

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3414698A (en) * 1965-10-27 1968-12-03 Gen Electric High voltage transformer type heater for heating fluids
SU1094161A1 (en) * 1983-03-11 1984-05-23 Государственный Ордена "Знак Почета" Научно-Исследовательский И Проектный Институт Лакокрасочной Промышленности Fluid medium induction heater
SU1760653A1 (en) * 1990-03-06 1992-09-07 Украинский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Immersed water heater

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2337278C1 (en) * 2007-04-09 2008-10-27 Евгений Павлович Шелудяков Induction vortex water heater
RU2337279C1 (en) * 2007-04-12 2008-10-27 Евгений Павлович Шелудяков Vortex induction heater for water or air
RU2773671C1 (en) * 2021-05-04 2022-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) Flow induction fluid heater

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004110282A (en) 2005-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2083370C (en) Apparatus for heating a fluid
US3414698A (en) High voltage transformer type heater for heating fluids
CN105485891A (en) Induction heater with closed magnetic circuit
US8476562B2 (en) Inductive heater humidifier
JP2013057482A (en) Induction heating type liquid heater and induction heating type liquid heating apparatus
RU2267868C1 (en) Flowing inductive liquid heater
RU2267869C1 (en) Flow inducing liquid heater
RU2773671C1 (en) Flow induction fluid heater
JP2002323260A (en) Instant water heating device
JP2005011677A (en) Fluid heating device
KR100996606B1 (en) High Frequency Cables for High Power High Frequency Induction Heating Equipment
RU2053455C1 (en) Induction electric liquid heater
RU2226046C2 (en) Transformer-type electric water heater
RU2043577C1 (en) Induction electric boiler
RU86832U1 (en) FLUID INDUCTION HEATER
RU2772376C1 (en) Flow induction liquid heater
RU2136123C1 (en) Inductance flow heater
CN210861324U (en) Electromagnetic heating stove
CN107421103B (en) Quick electromagnetic heater for fluid
RU180381U1 (en) DEVICE FOR INDUCTION HEATING
CN201680641U (en) Water tank electromagnetic auxiliary heater for solar energy water heater
KR20100026408A (en) A high frequency induction heating device
CN205179409U (en) Low radiation electromagnetic induction heating device of low magnetic leakage
RU2226045C2 (en) Transformer-type electric heater
RU2692U1 (en) THREE-PHASE ELECTRIC HEATING DEVICE OF TRANSFORMER TYPE

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060406