Индукционный нагреватель текучих сред

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для отопления жилых помещений и нагревания воды с меньшими затратами электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе текучих сред.
Аналогичные технические решения известны, см., например, описание изобретения RU №139556, которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
шихтованный «Ш»-образный трансформатор;
первый, второй и третий теплообменники для нагреваемой жидкости, каждый из которых выполнен в виде электропроводящей обмотки, расположенной на внешней поверхности соответствующего стержня шихтованного «Ш»-образного трансформатора, подсоединяемой к сети переменного напряжения, первого металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью над внешней поверхностью электропроводящей обмотки и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков электропроводящей обмотки, второго металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью с зазором относительно внешней поверхности первого металлического пустотелого цилиндра и образующими герметичную емкость для нагревания текучей жидкости;
трубопровод для подачи текучей среды в герметичные емкости, установленный в нижней части «Ш»-образного шихтованного трансформатора и подсоединенный своими соответствующими участками своей внешней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним поверхностям емкостей теплообменников;
трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников.
Общими признаками предлагаемого к патентованию технического решения и выше охарактеризованного аналогичного технического решения являются:
шихтованный «Ш»-образный трансформатор;
первый, второй и третий теплообменники для нагревания текучей жидкости, расположенные на соответствующих стержнях «Ш»-образного шихтованного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения;
трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного шихтованного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников;
трубопровод для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, установленный в нижней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников.
Известно также аналогичное техническое решение, см. описание изобретения RU №2371889, которое выбрано в качестве ближайшего аналога, прототипа и которое содержит следующую совокупность существенных признаков:
«Ш»-образный трансформатор;
первый, второй и третий теплообменники для нагреваемой жидкости, каждый из которых выполнен в виде электропроводящей обмотки, расположенной на внешней поверхности соответствующего стержня «Ш»-образного трансформатора, подсоединяемой к сети переменного напряжения, первого металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью над внешней поверхностью электропроводящей обмотки и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков электропроводящей обмотки, второго металлического пустотелого цилиндра, расположенного своей внутренней поверхностью с зазором относительно внешней поверхности первого металлического пустотелого цилиндра и образующими герметичную емкость для нагревания текучей жидкости;
трубопровод для подачи текучей среды в герметичные емкости, установленный в нижней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный своими соответствующими участками своей внешней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним поверхностям емкостей теплообменника;
трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности через патрубки к соответствующим внутренним полостям емкостных теплообменников.
Общими признаками предлагаемого технического решения к патентованию и прототипа являются:
«Ш»-образный трансформатор;
первый, второй и третий теплообменники для нагревания текучей жидкости, расположенные на соответствующих стержнях «Ш»-образного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения;
трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников;
трубопровод для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, установленный в нижней части «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников.
Технический результат, который невозможно достичь выше охарактеризованными аналогичными техническими решениями, заключается в снижении потребляемой электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе.
Причиной невозможного достижения вышеуказанного технического результата является то, что вопросам использования устройств кавитации в индукционных нагревателях текучих сред должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристики и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача использования устройств кавитации в индукционных нагревателях текучих сред, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, достигаемый предлагаемым техническим решением, заключается в том, что индукционный нагреватель текучих сред, содержащий шихтованный «Ш»-образный трансформатор, первый, второй и третий теплообменники для нагревания текучей жидкости, расположенные на соответствующих стержнях шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенные соответствующими выводами своих электропроводящих обмоток к сети переменного напряжения, трубопровод для подачи нагреваемой жидкости к потребителю, установленный в верхней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников, трубопровод для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, установленный в нижней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников, и источник нагреваемой жидкости, снабжен узлом кавитации, подсоединенным своим входом к выходу источника нагреваемой жидкости и своим выходом к входу трубопровода для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников. При этом узел кавитации выполнен в виде отрезка металлической трубы с местным сужением, выполненным на соответствующем участке внешней поверхности металлической трубы.
Введение узла кавитации в индукционный нагреватель текучих сред и его подсоединения, как это указано выше, при подаче нагреваемой жидкости с выхода источника нагреваемой жидкости на вход узла кавитации и ее прохождение через внутреннюю поверхность узла кавитации, на выходе местного сужения отрезка металлической трубы образуется зона разряжения с кавитационными пузырьками, которые при дальнейшем прохождении внутри трубопровода, поступают в зону с повышенным давлением и схлопываются. При этом из кавитационных пузырьков выделяется тепловая энергия, которая обеспечивает предварительный и дополнительный нагрев жидкости, поступающей с выхода источника нагреваемой жидкости, и обеспечивает меньшие затраты электрической энергии, направленные на нагревание жидкости. В чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Предлагаемый к патентованию индукционный нагреватель текучих сред поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема индукционного нагревателя текучих сред и на фиг. 2 представлена конструкция теплообменника.
Индукционный нагреватель текучих сред содержит:
шихтованный «Ш»-образный трансформатор - 1;
первый - 2, второй - 3 и третий - 4 теплообменники для нагреваемой текучей жидкости, каждый из которых выполнен в виде электропроводящей обмотки 5, расположенной на внешней поверхности соответствующего стержня 6 шихтованного «Ш»-образного трансформатора 1 и подсоединенной своими соответствующими выводами через выключатель 7 к сети переменного напряжения, первого металлического пустотелого цилиндра 8, расположенного своей внутренней поверхностью над внешней поверхностью электропроводящей обмотки 5 и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков электропроводящей обмотки 5, второго металлического пустотелого цилиндра 9, расположенного своей внутренней поверхностью с зазором относительно внешней поверхности первого металлического пустотелого цилиндра 8 и загерметизированного своими верхним и нижним торцевыми поверхностями относительно соответствующих участков первого металлического пустотелого цилиндра 8 и образующими герметичную емкость для нагревания текучей жидкости;
трубопровод 10, для подачи текучей среды в герметичные емкости теплообменников 2, 3, 4, установленный в нижней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора 1 и подсоединенный своими соответствующими участками своей верхней поверхности через патрубки (на чертежах не обозначенных) к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников 2, 3, 4;
узел 11 кавитации, выполненный в виде отрезка металлической трубы с местным сужением, выполненным на соответствующем участке внешней поверхности металлической трубы с образованием зоны 12 разряжения внутри отрезка металлической трубы на выходе местного сужения и подсоединенный своим входом к выходу источника 13 нагреваемой жидкости и своим выходом к входу трубопровода 10 для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников 2, 3, 4;
трубопровод 14 для подачи нагреваемой жидкости к потребителю 15, установленный в верхней части шихтованного «Ш»-образного трансформатора 1 и подсоединенный соответствующими участками своей внутренней поверхности через патрубки (на чертежах не обозначенных) к соответствующим внутренним полостям емкостей теплообменников 2, 3, 4.
Предлагаемый к патентованию индукционный нагреватель текучих сред работает следующим образом.
При заполнении емкостей первого 2, второго 3 и третьего 4 теплообменников нагреваемой текучей средой с помощью трубопровода 10 для подачи текучей жидкости в емкости теплообменников, первичные электропроводящие обмотки 5, используя выключатель 7, подключают к сети переменного напряжения. В сердечниках 6 «Ш»-образного трансформатора 1 создается переменное магнитное поле, которое в поверхностях первого металлического пустотелого цилиндра 8 индуцирует токи, вызывающие их нагрев. Тепло от нагретых поверхностей первого металлического пустотелого цилиндра 8 передается текучей среде, поступающей в первую 2, вторую 3 и третью 4 емкости теплообменников нагреваемой текущей среды и по трубопроводу 14 передается к потребителю 15. Одновременно с этим с выхода источника 13 нагреваемой жидкости, поступившая на вход узла 11 кавитации нагреваемая жидкость при прохождении через внутреннюю поверхность узла 11 кавитации, на выходе местного сужения отрезка металлической трубы, образует зону разряжения с кавитационными пузырьками, которые при дальнейшем прохождении внутри трубопровода 10, поступают в зону с повышенным давлением и схлопываются. При этом из кавитационных пузырьков выделяется тепловая энергия, которая обеспечивает первоначальный нагрев жидкости, поступающей с выхода источника 13 нагреваемой жидкости и обеспечивает при этом меньшие затраты электрической энергии, направленные на нагревание жидкости.
Таким образом, предлагаемый к патентованию индукционный нагреватель текучих сред, за счет использования кавитационных пузырьков, обеспечивающих при их схлопывании, первоначальный нагрев жидкости, поступающей с выхода источника нагреваемой жидкости обеспечивает меньшие затраты электрической энергии, используемой для нагревания текучей жидкости в индукционном нагревателе текучих сред.