RU2773671C1

RU2773671C1 - Flow induction fluid heater

Info

Publication number: RU2773671C1
Application number: RU2021113043A
Authority: RU
Inventors: Андрей Алексеевич Багаев; Сергей Олегович Бобровский
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2022-06-07

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, namely, to a flow induction fluid heater, and can be used in apparatus for electric heating of liquids in various industries. The technical result is achieved due to the flow induction fluid heater containing a corrugated core made of thin-walled stainless steel shaped as a tubular coil and a copper inductor coated with a layer of a dielectric material with neutral biological and chemical properties, placed coaxially inside the tube of the coil, wherein the ends of the stainless steel core are interconnected by means of a conductor.

EFFECT: improved heat exchange characteristics of the heater and increase in the chemical and biological protection.

1 cl, 3 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, enterprises for the processing of liquid food products, in the service sector, and in everyday life.

Известен индукционный нагреватель жидкости (Кувалдин А.Б. Индукционный нагрев ферромагнитной стали. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 200 с.), у которого индуктирующий провод расположен в закрытых пазах загрузки, т.е. магнитный поток замыкается по ферромагнитному материалу сердечника. Система аналогична коаксиалу. Принцип работы нагревателя заключается в том, что при протекании переменного электрического тока и за счет созданного им переменного магнитного поля происходит нагрев материала ферромагнитной трубы сердечника вследствие потерь на гистерезис и вихревые токи. Недостатком являются сложности обеспечения надежной работы электроизоляции.Known induction fluid heater (Kuvaldin A.B. Induction heating of ferromagnetic steel. - M.: Energoatomizdat, 1988. - 200 C.), in which the inductive wire is located in the closed grooves of the load, i.e. the magnetic flux closes along the ferromagnetic material of the core. The system is similar to coax. The principle of operation of the heater is that when an alternating electric current flows and due to the alternating magnetic field created by it, the material of the ferromagnetic core tube is heated due to hysteresis and eddy current losses. The disadvantage is the difficulty of ensuring reliable operation of electrical insulation.

Известен также индукционный нагреватель жидкости (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC COM) 03.12.1968), представляющий собой многослойный трубчатый змеевик. На который наложена тороидальная обмотка индуктора. Жидкость, проходящая по змеевику, нагревается. Недостатком известных устройств является значительное рассеяние магнитных потоков и, как следствие, большие значения реактивной мощности и потерь тепла.Also known induction fluid heater (US 3414698 (GENERAL ELECTRIC COM) 03.12.1968), which is a multilayer tubular coil. On which the toroidal winding of the inductor is superimposed. The liquid passing through the coil is heated. The disadvantage of the known devices is a significant scattering of magnetic fluxes and, as a consequence, large values of reactive power and heat loss.

Наиболее близким (прототипом) является проточный индукционный нагреватель текучих сред, содержащий сердечник в виде трубчатого змеевика и медный индуктор (RU 2267869, 10.01.2006 МПК Н05В 6/10, F24H 1/10).The closest (prototype) is a flow induction fluid heater containing a core in the form of a tubular coil and a copper inductor (RU 2267869, 10.01.2006 IPC H05B 6/10, F24H 1/10).

Недостатками данного устройства являются нерациональные потери энергии в стальной ленте сердечника, наличие разомкнутой магнитной цепи, образованной сердечником, и неравномерность нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали вследствие неоднородности напряженности магнитного поля по длине окружности трубы змеевика и, как следствие, его температуры, что увеличивает потери тепла и снижает термический, электрический и общий КПД, а также значительная технологическая и конструкционная сложность.The disadvantages of this device are irrational energy losses in the steel strip of the core, the presence of an open magnetic circuit formed by the core, and uneven heating of the heat exchange surface of the stainless steel coil due to the inhomogeneity of the magnetic field strength along the circumference of the coil pipe and, as a result, its temperature, which increases losses heat and reduces thermal, electrical and overall efficiency, as well as significant technological and structural complexity.

Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение коэффициента полезного действия, снижение технологической и конструкционной сложности.The problem solved by the invention is to increase the efficiency, reduce technological and structural complexity.

Техническая сущность предлагаемого изобретения заключается в повышении равномерности нагрева теплообменной поверхности змеевика из нержавеющей стали, за счет того, что в предлагаемом проточном индукционном нагревателе жидкости совмещены магнитопровод-продуктопровод, по которому протекает нагреваемая жидкость, нагревательный и турбулизирующий жидкость элемент, функцию которого выполняет гофрированная труба из нержавеющей стали и внутрь которой соосно помещен медный индуктор, внешняя поверхность которого покрыта диэлектрическим материалом с нейтральными химико-биологическими свойствами (например, ПЭТФ-полиэтиленгликольтерефталат), при этом концы сердечника-змеевика из нержавеющей стали соединены замыкающей перемычкой для образования замкнутой магнитной цепи.The technical essence of the proposed invention consists in increasing the uniformity of heating of the heat exchange surface of a stainless steel coil, due to the fact that in the proposed flow induction liquid heater, a magnetic circuit-product pipeline is combined, through which the heated liquid flows, a heating and turbulent liquid element, the function of which is performed by a corrugated pipe made of stainless steel and inside of which a copper inductor is coaxially placed, the outer surface of which is coated with a dielectric material with neutral chemical and biological properties (for example, PET-polyethylene glycol terephthalate), while the ends of the stainless steel coil core are connected by a closing jumper to form a closed magnetic circuit.

Настоящая задача решается тем, что в проточном индукционном нагревателе текучих сред, содержащем сердечник в виде трубчатого змеевика и медный индуктор, сердечник выполнен гофрированным из тонкостенной нержавеющей стали, а медный индуктор покрыт слоем - диэлектрического материала, с нейтральными биологическими и химическими свойствами, и соосно размещен внутри трубки змеевика.The present problem is solved by the fact that in a flow induction fluid heater containing a core in the form of a tubular coil and a copper inductor, the core is made of corrugated thin-walled stainless steel, and the copper inductor is covered with a layer of dielectric material, with neutral biological and chemical properties, and is coaxially placed inside the coil tube.

Концы сердечника из нержавеющей стали соединены друг с другом проводником.The ends of the stainless steel core are connected to each other by a conductor.

На фиг. 1 показана схема индукционного нагревателя.In FIG. 1 shows a diagram of an induction heater.

На фиг 2 - разрез по сечению А-А.In Fig 2 - a section along the section A-A.

На фиг. 3 - продольный разрез нагревателя.In FIG. 3 - longitudinal section of the heater.

Нагреватель состоит из медного индуктора 1, размещенного соосно в просвете сердечника, которым является трубчатый змеевик 2 из стальной нержавеющей гофрированной трубы. Медный индуктор 1 изолирован от нагреваемой жидкости посредством диэлектрического материала 3, обладающего химико-биологическими нейтральными свойствами. Концы сердечника из нержавеющей стали соединены друг с другом проводником 4.The heater consists of a copper inductor 1 placed coaxially in the lumen of the core, which is a tubular coil 2 made of stainless steel corrugated pipe. The copper inductor 1 is isolated from the heated liquid by means of a dielectric material 3, which has chemical and biological neutral properties. The ends of the stainless steel core are connected to each other by conductor 4.

Подобное конструктивное решение позволяет повысить однородность электромагнитного поля в сердечнике и равномерность нагрева его поверхности, т.е. повысить теплообменные характеристики нагревателя и коэффициент полезного действия.Such a constructive solution makes it possible to increase the uniformity of the electromagnetic field in the core and the uniformity of its surface heating, i.e. increase the heat exchange characteristics of the heater and the efficiency.

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 позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна» и «изобретательский уровень».According to the information available to the authors, the set of essential features that guarantee the essence of the claimed invention is not known and for specialists does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Проточный индукционный нагреватель жидкости работает следующим образом (Фиг. 3). На медный индуктор 1 подается переменное напряжение и протекает ток I₁. Созданный током I₁ магнитный поток Ф₁ замыкается в магнитной цепи сердечника нагревателя 2, образованного гофрированной трубой из нержавеющей стали. Переменный магнитный поток Ф₁ индуцирует в сердечнике - гофрированной трубе кольцевой индукционный ток I₂, в результате протекания которого происходит нагревание сердечника - гофрированной трубы. Жидкость, протекающая в кольцевом канале образованном медным индуктором 1 и сердечником - гофротрубой 2 нагревается в результате теплообмена и теплопередачи. Электрическую, химическую и биологическую изоляцию обеспечивает материал 3. Проводник 4 (см. фиг. 1) обеспечивает замыкание магнитной и электрической цепей для тока I₂ и созданного им магнитного потока.Flow induction fluid heater operates as follows (Fig. 3). An alternating voltage is applied to the copper inductor 1 and current I ₁ flows. Created by current I ₁ magnetic flux F ₁ closes in the magnetic circuit of the core of the heater 2, formed by a corrugated stainless steel pipe. The alternating magnetic flux Ф ₁ induces in the core - corrugated pipe an annular induction current I ₂ , as a result of which the core - corrugated pipe is heated. The liquid flowing in the annular channel formed by the copper inductor 1 and the core - corrugated pipe 2 is heated as a result of heat exchange and heat transfer. Material 3 provides electrical, chemical and biological insulation. Conductor 4 (see Fig. 1) provides a closure of the magnetic and electrical circuits for the current I ₂ and the magnetic flux created by it.

Преимущества предлагаемого индукционного нагревателя жидкости заключается в следующем:The advantages of the proposed induction fluid heater are as follows:

- упрощение конструкции, заключающееся в совмещении нагревательного элемента, вторичной обмотки и продуктопровода;- simplification of the design, which consists in combining the heating element, the secondary winding and the product pipeline;

- в тепловыделении участвует весь объем ферромагнитной гофрированной трубы, представляющий собой замкнутую магнитную цепь и совмещающую функции нагревательного элемента и продуктопровода;- the entire volume of a ferromagnetic corrugated pipe, which is a closed magnetic circuit and combining the functions of a heating element and a product pipeline, participates in heat release;

- увеличивается равномерность нагрева ферромагнитной гофрированной трубы по всей площади поверхности, что улучшает теплообменные характеристики индукционного нагревателя за счет большей равномерности и однородности магнитного поля;- the uniformity of heating of the ferromagnetic corrugated pipe over the entire surface area increases, which improves the heat transfer characteristics of the induction heater due to the greater uniformity and uniformity of the magnetic field;

- высокая теплопередача от сердечника нагревателя протекающей по змеевику жидкости, вызываемой гофрированной внутренней поверхностью продуктопровода;- high heat transfer from the heater core to the liquid flowing through the coil, caused by the corrugated inner surface of the product pipeline;

- уменьшение потерь и увеличение КПД;- reduction of losses and increase in efficiency;

- снижается конструкционная и технологическая сложность изготовления.- the design and technological complexity of manufacturing is reduced.

Claims

A flow-through induction fluid heater containing a core in the form of a tubular coil made of thin-walled ferromagnetic stainless steel and a copper inductor, characterized in that the core in the form of a tubular coil is made corrugated, and the copper inductor is covered with a layer of dielectric material with neutral biological and chemical properties and coaxially placed inside tubes of the coil, while the ends of the tubular stainless steel core are connected to each other by a conductor.