RU226806U1

RU226806U1 - INDUCTION FLUID HEATER “VIN-PROM”

Info

Publication number: RU226806U1
Application number: RU2024110695U
Authority: RU
Inventors: Иван Александрович Кочуров; Михаил Владимирович Вахрушев; Андрей Николаевич Васильев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативная энергия"
Filing date: 2024-04-18
Publication date: 2024-06-24

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к электротехническому тепловому оборудованию и предназначена для нагрева жидкостей. Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является упрощение конструкции нагревателя и упрощение его изготовления. Техническим результатом является расширение арсенала электрических (индукционных) нагревателей текучих сред трансформаторного типа и создание простой конструкции нагревателя, обеспечивающей упрощение его изготовления. Заявленный технический результат достигается тем, что в известном индукционном нагревателе текучих сред, содержащем трехстержневой магнитопровод с первичной и вторичной обмоткой, выполненной в виде трех расположенных друг над другом камер, образованных торцевыми, а также наружной и внутренней поверхностями, охватывающими стержни магнитопровода, причем наружные поверхности камер соединены между собой с образованием единой полости, и патрубки для подвода холодной и отвода нагретой жидкости, согласно полезной модели, камеры выполнены в форме восьмиугольных призм и соединены друг с другом одной гранью. Патрубок для подвода (входа) холодной жидкости соединен с нижней гранью наружной поверхности нижней камеры, патрубок для отвода (выхода) нагретой жидкости соединен с верхней гранью наружной поверхности верхней камеры. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. The proposed utility model relates to electrical thermal equipment and is intended for heating liquids. The technical problem solved by the claimed utility model is to simplify the design of the heater and simplify its manufacture. The technical result is the expansion of the arsenal of electric (induction) transformer-type fluid heaters and the creation of a simple heater design that simplifies its manufacture. The claimed technical result is achieved by the fact that in the known induction heater of fluids containing a three-rod magnetic core with a primary and secondary winding, made in the form of three chambers located one above the other, formed by end, as well as outer and inner surfaces covering the magnetic cores, and the outer surfaces The chambers are interconnected to form a single cavity, and the pipes for supplying cold liquid and discharging heated liquid, according to the utility model, the chambers are made in the form of octagonal prisms and connected to each other by one edge. The pipe for supplying (input) of cold liquid is connected to the lower edge of the outer surface of the lower chamber, the pipe for draining (output) of heated liquid is connected to the upper edge of the outer surface of the upper chamber. 1 salary f-ly, 7 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к электротехническому тепловому оборудованию и предназначена для нагрева жидкостей.The proposed utility model relates to electrical thermal equipment and is intended for heating liquids.

Наиболее высокими энергетическими характеристиками обладают индукционные нагреватели жидкостей трансформаторного типа, к которым относится заявляемое устройство.Transformer-type induction liquid heaters, to which the claimed device belongs, have the highest energy characteristics.

Известен электрический нагреватель трансформаторного типа (патент на изобретение RU № 2371889), включающий трехфазный трансформатор с ферромагнитным сердечником с первичной обмоткой на его стержнях, подключаемой к сети переменного тока, и вторичной электропроводящей обмоткой, являющейся теплообменником для нагреваемой текучей среды. Вторичная обмотка состоит из трех камер для нагрева текучей среды, каждая из которых выполнена из двух цилиндров разного диаметра, установленных концентрично один в другом, соединенных вверху и внизу торцевыми заглушками с образованием герметичной пустотелой камеры для нагрева в ней текучей среды, внутри которых установлены стержни с первичной обмоткой. Трубопровод подачи текучей среды в камеры для нагрева установлен внизу индукционного нагревателя, два патрубка для входа текучей среды соответственно в первую и вторую камеры для нагрева присоединены параллельно друг другу к трубопроводу, конец трубопровода подачи текучей среды присоединен непосредственно к третьей камере для нагрева по ходу подачи текучей среды, трубопровод выхода текучей среды установлен вверху индукционного нагревателя, конец трубопровода выхода текучей среды присоединен к первой или третьей камере для нагрева, два другие патрубка для выхода текучей среды из камер нагрева присоединены параллельно друг другу к трубопроводу. Патрубки и конец трубопровода подачи текучей среды могут быть установлены на нижней цилиндрической части камер.A transformer-type electric heater is known (invention patent RU No. 2371889), which includes a three-phase transformer with a ferromagnetic core with a primary winding on its rods, connected to an alternating current network, and a secondary electrically conductive winding, which is a heat exchanger for the heated fluid. The secondary winding consists of three chambers for heating the fluid, each of which is made of two cylinders of different diameters, installed concentrically one inside the other, connected at the top and bottom by end caps to form a sealed hollow chamber for heating the fluid in it, inside which rods with primary winding. The fluid supply pipeline to the heating chambers is installed at the bottom of the induction heater, two pipes for entering the fluid into the first and second heating chambers, respectively, are connected parallel to each other to the pipeline, the end of the fluid supply pipeline is connected directly to the third heating chamber along the flow of the fluid supply medium, a fluid outlet pipeline is installed at the top of the induction heater, the end of the fluid outlet pipeline is connected to the first or third heating chamber, two other pipes for fluid outlet from the heating chambers are connected parallel to each other to the pipeline. The pipes and the end of the fluid supply pipeline can be installed on the lower cylindrical part of the chambers.

Известен индукционный нагреватель текучих сред (патент на изобретение RU № 2782956), включающий трансформатор с ферромагнитным сердечником. На стержнях сердечника расположены катушки первичной обмотки и вторичной электропроводящей обмотки, являющейся теплообменником для нагреваемой текучей среды. Теплообменник состоит из камер для нагрева текучей среды, каждая из которых выполнена из внешнего и внутреннего полых цилиндров разного диаметра, установленных концентрично один в другом. Вверху и внизу цилиндры соединены торцевыми заглушками. Так образуются герметичные пустотелые камеры для нагрева в ней текучей среды. Каждая из указанных камер охватывает стержень сердечника с катушкой первичной обмотки и содержит патрубки для входа и выхода текучей среды. Вторичная обмотка состоит из двух камер для нагрева текучей среды. В нижних частях камер выполнены патрубки для входа текучей среды, соединяющиеся друг с другом и с трубопроводом для подачи текучей среды. В верхних частях выполнены патрубки для выхода текучей среды, соединяющиеся друг с другом и с трубопроводом для выхода текучей среды.An induction heater for fluids is known (invention patent RU No. 2782956), which includes a transformer with a ferromagnetic core. On the core rods there are coils of the primary winding and a secondary electrically conductive winding, which is a heat exchanger for the heated fluid. The heat exchanger consists of chambers for heating the fluid, each of which is made of outer and inner hollow cylinders of different diameters, installed concentrically one inside the other. The cylinders are connected at the top and bottom with end caps. This creates sealed hollow chambers for heating the fluid in it. Each of these chambers covers a core rod with a primary winding coil and contains pipes for inlet and outlet of the fluid. The secondary winding consists of two chambers for heating the fluid. In the lower parts of the chambers there are pipes for inlet of the fluid medium, connecting with each other and with the pipeline for supplying the fluid medium. In the upper parts there are nozzles for the outlet of the fluid, connecting to each other and to the pipeline for the outlet of the fluid.

Известный электрический нагреватель трансформаторного типа по патенту на изобретение RU № 2770911 включает трехфазный трансформатор с ферромагнитным сердечником. На стержнях сердечника расположены катушки первичной обмотки. Вторичная электропроводящая обмотка является теплообменником для нагреваемой текучей среды, состоящим из трех камер для нагрева текучей среды. Каждая из камер выполнена из внешнего и внутреннего полых цилиндров разного диаметра, установленных концентрично один в другом, соединенных вверху и внизу торцевыми заглушками с образованием камеры для нагрева в ней текучей среды. Каждая из указанных камер охватывает стержень сердечника с катушкой первичной обмотки и содержит патрубки для входа и выхода текучей среды. Катушки первичной обмотки подключены к высоковольтному источнику переменного тока и выполнены в виде цилиндра с вентиляционными каналами, расположенными вдоль оси цилиндра между слоями обмотки, и стержнями, расположенными внутри вентиляционного канала.The well-known transformer-type electric heater according to invention patent RU No. 2770911 includes a three-phase transformer with a ferromagnetic core. The primary winding coils are located on the core rods. The secondary electrically conductive winding is a heat exchanger for the heated fluid, consisting of three chambers for heating the fluid. Each of the chambers is made of outer and inner hollow cylinders of different diameters, installed concentrically one inside the other, connected at the top and bottom by end plugs to form a chamber for heating the fluid in it. Each of these chambers covers a core rod with a primary winding coil and contains pipes for inlet and outlet of the fluid. The primary winding coils are connected to a high-voltage alternating current source and are made in the form of a cylinder with ventilation ducts located along the cylinder axis between the winding layers, and rods located inside the ventilation duct.

К недостаткам упомянутых устройств относится сложность конструкции, необходимость выполнения большого числа трубопроводов, соединяющих камеры.The disadvantages of the mentioned devices include the complexity of the design and the need for a large number of pipelines connecting the chambers.

Известен индукционный нагреватель текучих сред (патент на полезную модель RU № 223969), содержащий трехстержневой магнитопровод, каждый стержень которого размещен горизонтально и охвачен первичной обмоткой, соединенной с источником энергии, и вторичной обмоткой, выполненной в виде трех камер, каждая из которых образована наружной и внутренней концентричными поверхностями, охватывающими стержень с обмоткой, и торцевыми поверхностями, патрубки для подвода холодной и отвода нагретой жидкости. Камеры известного нагревателя в продольном направлении последовательно соединены друг с другом путем пересечения наружных поверхностей камер с образованием единой полости, патрубок для подвода холодной жидкости соединен с наружной поверхностью в нижней части нижней камеры, патрубок для отвода нагретой жидкости соединен с наружной поверхностью в верхней части верхней камеры. Патрубки для подвода холодной и отвода нагретой жидкости расположены горизонтально в направлении стержней магнитопровода и соединены с наружной поверхностью соответствующих камер с пересечением поверхностей. Каждая камера в поперечном сечении выполнена в форме цилиндрического, или эллиптического, или овального кольца.An induction heater for fluids is known (utility model patent RU No. 223969), containing a three-rod magnetic circuit, each rod of which is placed horizontally and covered by a primary winding connected to an energy source, and a secondary winding made in the form of three chambers, each of which is formed by an outer and internal concentric surfaces covering the rod with the winding, and end surfaces, pipes for supplying cold liquid and discharging heated liquid. The chambers of the known heater in the longitudinal direction are connected in series to each other by intersecting the outer surfaces of the chambers to form a single cavity, the pipe for supplying cold liquid is connected to the outer surface in the lower part of the lower chamber, the pipe for discharging the heated liquid is connected to the outer surface at the top of the upper chamber . The pipes for supplying cold liquid and discharging heated liquid are located horizontally in the direction of the magnetic cores and are connected to the outer surface of the corresponding chambers with the intersection of surfaces. Each chamber in cross section is made in the form of a cylindrical, or elliptical, or oval ring.

Известный нагреватель выбран заявителем в качестве ближайшего аналога.The known heater was chosen by the applicant as the closest analogue.

Недостатком ближайшего аналога является сложность изготовления камер, имеющих в поперечном сечении форму круглого или овального кольца и соединения камер такого сечения друг с другом.The disadvantage of the closest analogue is the difficulty of manufacturing chambers with a cross-section in the shape of a round or oval ring and connecting chambers of such a cross-section to each other.

Технической проблемой, решаемой заявляемой полезной моделью, является упрощение конструкции нагревателя и упрощение его изготовления.The technical problem solved by the claimed utility model is to simplify the design of the heater and simplify its manufacture.

Техническим результатом является расширение арсенала электрических (индукционных) нагревателей текучих сред трансформаторного типа и создание простой конструкции нагревателя, обеспечивающей упрощение его изготовления.The technical result is the expansion of the arsenal of electric (induction) transformer-type fluid heaters and the creation of a simple heater design that simplifies its manufacture.

Заявленный технический результат достигается тем, что в известном индукционном нагревателе текучих сред, содержащем трехстержневой магнитопровод с первичной и вторичной обмоткой, выполненной в виде трех расположенных друг над другом камер, образованных торцевыми, а также наружной и внутренней поверхностями, охватывающими стержни магнитопровода, причем наружные поверхности камер соединены между собой с образованием единой полости, и патрубки для подвода холодной и отвода нагретой жидкости, согласно полезной модели, камеры выполнены в форме восьмиугольных призм и соединены друг с другом одной гранью. Патрубок для подвода (входа) холодной жидкости соединен с нижней гранью наружной поверхности нижней камеры, патрубок для отвода (выхода) нагретой жидкости соединен с верхней гранью наружной поверхности верхней камеры.The claimed technical result is achieved by the fact that in the known induction heater of fluids containing a three-rod magnetic core with a primary and secondary winding, made in the form of three chambers located one above the other, formed by end, as well as outer and inner surfaces covering the magnetic cores, and the outer surfaces The chambers are interconnected to form a single cavity, and the pipes for supplying cold liquid and discharging heated liquid, according to the utility model, the chambers are made in the form of octagonal prisms and connected to each other by one edge. The pipe for supplying (input) cold liquid is connected to the lower edge of the outer surface of the lower chamber, the pipe for draining (output) of heated liquid is connected to the upper edge of the outer surface of the upper chamber.

Наличие магнитопровода, стержни которого охвачены первичной обмоткой, соединенной с источником энергии, и вторичной обмоткой из электропроводящего материала, охватывающей первичную обмотку, обеспечивает работоспособность индукционного нагревателя текучих сред.The presence of a magnetic core, the rods of which are covered by a primary winding connected to an energy source, and a secondary winding made of electrically conductive material covering the primary winding, ensures the functionality of the induction heater of fluids.

Выполнение магнитопровода трехстержневым обеспечивает устройству возможность использовать три фазы промышленной электрической сети напряжением 380 В.The three-rod design of the magnetic circuit provides the device with the ability to use three phases of an industrial electrical network with a voltage of 380 V.

Наличие патрубков для подвода холодной и отвода нагретой жидкости обеспечивает подачу и отвод нагреваемой жидкости.The presence of pipes for supplying cold liquid and discharging heated liquid ensures the supply and removal of heated liquid.

Выполнение вторичной обмотки в виде трех расположенных друг над другом камер, образованных торцевыми, а также наружной и внутренней поверхностями, охватывающими стержни магнитопровода, причем наружные поверхности камер соединены между собой с образованием единой полости, обеспечивает создание простой конструкции, позволяет исключить из конструкции нагревателя дополнительные патрубки, соединяющие камеры между собой. При этом соединение камер обеспечивает свободное перемещение жидкости внутри камеры и равномерный ее нагрев при прохождении в полости витков вторичной обмотки.Making the secondary winding in the form of three chambers located above each other, formed by the end, as well as the outer and inner surfaces covering the magnetic cores, and the outer surfaces of the chambers are connected to each other to form a single cavity, ensures the creation of a simple design, allows you to eliminate additional pipes from the heater design , connecting the cameras to each other. In this case, the connection of the chambers ensures the free movement of liquid inside the chamber and its uniform heating as the turns of the secondary winding pass through the cavity.

Выполнение камер в форме восьмиугольных призм позволяет получить более простую конструкцию нагревателя, упростить изготовление камер нагревателя за счет исключения необходимости получения стенок дугообразной формы.Making the chambers in the form of octagonal prisms makes it possible to obtain a simpler design of the heater and to simplify the manufacture of heater chambers by eliminating the need to obtain arc-shaped walls.

Соединение камер друг с другом одной гранью также позволяет получить более простую конструкцию нагревателя и упростить изготовление камер нагревателя за счет использования плоских форм стенок камер и исключения необходимости сваривания радиусных камер между собой.Connecting the chambers to each other with one edge also makes it possible to obtain a simpler heater design and simplify the manufacture of heater chambers by using flat shapes of the chamber walls and eliminating the need to weld radial chambers together.

Наличие соединения патрубка для подвода холодной жидкости с нижней гранью наружной поверхности нижней камеры, а патрубок для отвода нагретой жидкости с верхней гранью верхней камеры обеспечивает свободную циркуляцию жидкости в нагревателе, а кроме того упрощает конструкцию нагревателя и ее изготовления за счет соединения патрубка с плоской гранью камеры.The presence of a connection between a pipe for supplying cold liquid to the lower edge of the outer surface of the lower chamber, and a pipe for discharging heated liquid to the upper edge of the upper chamber ensures free circulation of liquid in the heater, and in addition simplifies the design of the heater and its manufacture by connecting the pipe to the flat edge of the chamber .

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где представлен пример конкретного выполнения конструкции заявляемого устройства, в частности, на фиг.1 представлен индукционный нагреватель вид со стороны патрубков, на фиг. 2 - индукционный нагреватель в разрезе вдоль патрубков, на фиг. 3 - индукционный нагреватель, вид сбоку, на фиг. 4 и 5 показан общий вид индукционного нагревателя, на фиг. 6 и 7 показан опытный образец заявляемого индукционного нагревателя.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, which show an example of a specific design of the proposed device, in particular, Fig. 1 shows an induction heater viewed from the side of the pipes, Fig. 2 - induction heater in a section along the nozzles, in Fig. 3 - induction heater, side view, Fig. 4 and 5 show a general view of the induction heater; Fig. 6 and 7 show a prototype of the proposed induction heater.

Индукционный нагреватель текучих сред, содержит трехстержневой магнитопровод 1, каждый стержень которого охвачен первичной обмоткой 2, соединенной с источником энергии, и вторичной обмоткой, выполненной в виде трех камер 3, каждая из которых образована наружной и внутренней поверхностями, охватывающими стержень с обмоткой, и торцевыми поверхностями. Камеры выполнены в форме восьмиугольной призмы и соединены друг с другом одной гранью с образованием единой полости камер (единого сосуда) так, что жидкость беспрепятственно циркулирует по камерам 3 в направлении от патрубка 4 подвода холодной воды к патрубку 5 для отвода горячей воды. Элементы нагревателя закреплены на раме 6.An induction heater of fluids contains a three-rod magnetic circuit 1, each rod of which is covered by a primary winding 2 connected to an energy source, and a secondary winding made in the form of three chambers 3, each of which is formed by outer and inner surfaces enclosing the rod with the winding, and end surfaces. The chambers are made in the shape of an octagonal prism and are connected to each other by one edge to form a single cavity of the chambers (a single vessel) so that the liquid circulates freely through the chambers 3 in the direction from the cold water supply pipe 4 to the hot water drain pipe 5. The heater elements are fixed to frame 6.

Камеры 3 выполнены из электропроводящего материала.Chambers 3 are made of electrically conductive material.

Патрубок для подвода (входа) холодной жидкости 4 соединен с нижней гранью наружной поверхности нижней камеры 3, патрубок для отвода (выхода) нагретой жидкости 5 соединен с верхней гранью наружной поверхности верхней камеры 3. При этом патрубки 4 и 5 для подвода холодной и отвода нагретой жидкости расположены горизонтально вдоль грани камеры в направлении стержней магнитопровода, соединение образовано путем пересечения поверхности патрубка с наружной поверхностью соответствующей камеры.The pipe for supply (input) of cold liquid 4 is connected to the lower edge of the outer surface of the lower chamber 3, the pipe for the outlet (outlet) of heated liquid 5 is connected to the upper edge of the outer surface of the upper chamber 3. In this case, pipes 4 and 5 for the supply of cold and the removal of heated the liquids are located horizontally along the edge of the chamber in the direction of the magnetic cores; the connection is formed by intersecting the surface of the pipe with the outer surface of the corresponding chamber.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Через патрубок 4 для подачи холодной жидкости обеспечивается подача воды или любой жидкости предназначенной для систем отопления, в том числе высокотемпературных технологических жидкостей. При прохождении тока по первичной обмотке 2, в магнитопроводе (сердечнике) возникает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает индукционные короткозамкнутые токи в металле вторичной обмотки 3, которые нагревают металл теплообменника. Далее это тепло передаётся циркулирующей через нагреватель жидкости, которая отводится через патрубок 5.The inventive device operates as follows. Through pipe 4 for supplying cold liquid, water or any liquid intended for heating systems, including high-temperature process liquids, is supplied. When current passes through the primary winding 2, an alternating magnetic field appears in the magnetic core (core), which, in turn, generates inductive short-circuited currents in the metal of the secondary winding 3, which heat the metal of the heat exchanger. This heat is then transferred to the liquid circulating through the heater, which is removed through pipe 5.

Был изготовлен образец нагревателя ВИН-PROM-50 со следующими характеристиками:A sample of the VIN-PROM-50 heater was manufactured with the following characteristics:

мощность - 50 кВт, 380 В,power - 50 kW, 380 V,

коэффициент мощности (cos ϕ) - 0,99,power factor (cos ϕ) - 0.99,

размеры Д×Ш×В - 1010×700×1420,dimensions L×W×H - 1010×700×1420,

масса - 240 кг,weight - 240 kg,

объем теплоносителя в теплообменнике составляет 9 л,the coolant volume in the heat exchanger is 9 l,

общий объем теплоносителя с учетом коллекторов - 14 л.the total volume of coolant including collectors is 14 liters.

Испытания указанного образца были произведены с применением тепловизора, которые показали, что теплообменник заявляемой конструкции обеспечивает плавный и равномерный прогрев за счет равномерного протока жидкости с большей площадью нагрева, без завоздушивания и мест локального перегрева участков камер.Tests of the specified sample were carried out using a thermal imager, which showed that the heat exchanger of the proposed design provides smooth and uniform heating due to the uniform flow of liquid with a larger heating area, without airing and places of local overheating of chamber sections.

Заявляемая конструкция является простой и технологичной. Изготовление опытного образца, представленного на фото (фиг. 6, 7) показало, что поверхности камер могут быть изготовлены путем гибки листа нержавеющей стали с целью получения заявляемой формы камер, что позволяет исключить трудоемкие операции изготовления камер круглого или овального сечения, а также исключает необходимость сваривания фигурных элементов поверхностей камер между собой.The proposed design is simple and technologically advanced. The production of the prototype shown in the photo (Fig. 6, 7) showed that the surfaces of the chambers can be made by bending a stainless steel sheet in order to obtain the claimed shape of the chambers, which eliminates the labor-intensive operations of manufacturing chambers with a round or oval cross-section, and also eliminates the need welding the shaped elements of the chamber surfaces together.

Claims

1. An induction fluid heater containing a three-rod magnetic core with a primary and secondary winding, made in the form of three chambers located one above the other, formed by the end, outer and inner surfaces covering the magnetic core rods, and the outer surfaces of the chambers are interconnected to form a single cavity, and pipes for supplying cold liquid and discharging heated liquid, characterized in that the chambers are made in the form of octagonal prisms and connected to each other by one edge.

2. An induction heater according to claim 1, characterized in that the pipe for supplying cold liquid is connected to the lower edge of the outer surface of the lower chamber, the pipe for discharging the heated liquid is connected to the upper edge of the outer surface of the upper chamber.