ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к технике нагрева жидких сред и может быть использована для получения горячей воды в отопительных системах жилых и производственных помещений, а также в качестве резервного источника теплоснабжения этих систем.
Известно «Устройство индукционного нагрева жидких сред» по патенту на полезную модель РФ, №87856, МПК Н05В 6/10, от 02.06.2009, содержащее корпус, входной и выходной патрубки, индукционную катушку, центральный внутренний канал для отвода нагретой жидкости. При подаче в катушку переменного тока происходит индукционный нагрев металлических элементов устройства и находящейся с ними в контакте жидкости.
Недостатком этого устройства является низкая надежность из-за возможного электрического пробоя изоляционного слоя, защищающего индукционную катушку от прямого контакта с жидкостью, которая может оказаться агрессивной по отношению к материалу изоляции, особенно при повышенных температурах. Кроме того, во внутренних лабиринтах устройства возможно образование паровоздушных пробок, приводящих к нарушению циркуляции жидкости, перегреву индукционной катушки и выходу ее из строя.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому является «Индукционный нагреватель жидких сред» по патенту на полезную модель РФ №93507, МПК F24Н 1/24, от 18.12.2009.
Нагреватель содержит герметичный корпус с входным и выходным патрубками, соленоидальную индукционную катушку, размещенную в полом магнитозамкнутом стальном экране, вертикально установленном на дне корпуса.
Недостатком данного технического решения (прототипа) является невысокая надежность из-за перегрева индукционной катушки в результате образования в верхней части корпуса паровоздушной пробки, которая препятствует естественной циркуляции жидкости. Пробка образуется из растворенных в жидкости газов и насыщенных паров в процессе нагрева и накапливается до критического размера, когда осушается нагревающая поверхность. Дальше рост пробки происходит более интенсивно, с одновременным ростом давления, которое может превосходить внешние движущие жидкость силы.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка индукционного нагревателя жидкости, обеспечивающего высокую надежность за счет более эффективной передачи тепла от нагреваемых поверхностей нагреваемой жидкости, лучшего охлаждения индукционной катушки и естественной конвекции жидкости в объеме нагревателя без образования и накопления паровоздушных пробок.
Указанный технический результат достигается тем, что индукционный нагреватель жидкости, состоящий из герметичного корпуса с входным и выходным патрубками, соленоидальной индукционной катушки, размещенной в полом магнитозамкнутом стальном экране, вертикально установленном на дне корпуса, дополнительно снабжен инжекционной трубкой, соединяющей входной патрубок и придонную часть полости магнитозамкнутого стального экрана, а входной и выходной патрубки установлены в верхней части корпуса.
Введение в индукционный нагреватель жидкости инжекционной (вводящей) трубки и установка входного и выходного патрубков в верхней части корпуса способствуют следующему:
1. Создаются условия для естественной конвекции за счет образованного инжекционной трубкой столба холодного жидкости, которая, как более тяжелая, опускается на дно, вытесняя нагретую и более легкую вверх.
2. Увеличивается скорость движения жидкости у нагревающей цилиндрической поверхности в полости экрана за счет разделения стенками инжекционной трубки противоположно направленных холодных и нагретых потоков.
3. Устанавливается оптимальная начальная точка движения холодной жидкости в корпусе нагревателя.
4. Исключается образование паровоздушных пробок в объеме инжекционной трубки, так как стенки трубки не являются нагревающими поверхностями.
5. Обеспечивается оперативное удаление через выходной патрубок всех возникших при нагревании газообразований.
6. Создаются условия работы индукционного нагревателя как в проточном, так и в накопительном режимах.
7. Первоначальное заполнение нагревателя жидкостью не создает воздушных пробок.
8. Простая конструктивная установка в действующие отопительные системы для организации резервного теплоснабжения.
Сущность заявляемого технического решения поясняется фигурой, на которой изображен индукционный нагреватель жидкости в разрезе.
Нагреватель состоит из герметичного корпуса 1, входного 2 и выходного 3 патрубков, соленоидальной индукционной катушки 4, полого магнитозамкнутого стального экрана 5, инжекционной трубки 6. Корпус заполнен жидкостью 7, направление конвективных потоков 8 указано стрелками.
Индукционный нагреватель жидкости работает следующим образом:
Нагреваемая жидкость поступает через входной патрубок 2, инжекционную трубку 6 в придонную часть полости магнитозамкнутого стального экрана 5, поднимается в верхнюю часть корпуса 1, омывая цилиндрическую поверхность полости экрана 5, и через выходной патрубок 3 передается в отопительную систему, первоначально заполнив полость между корпусом 1 и экраном 5. При подключении индукционной катушки 4 к источнику переменного тока происходит индукционный нагрев магнитозамкнутого стального экрана 5 за счет образующихся в нем вихревых токов и процессов перемагничивания [3]. Между поверхностью экрана и омывающей его жидкостью происходит теплообмен [4]. При естественной конвекции образуются конвективные потоки 8. Из-за разной плотности нагретая жидкость поднимается к верху, а холодная опускается на дно. В этом случае нагреватель работает в накопительном режиме, постепенно аккумулируя нагретую жидкость 7 в верхней части корпуса 1. При вынужденной конвекции процесс теплопередачи в цилиндрической полости экрана происходит более интенсивно, а нагреватель переходит в проточный режим работы.
Это техническое решение может быть широко использовано для получения горячей воды в отопительных системах жилых и производственных помещений, в том числе в качестве резервного или альтернативного источника теплоснабжения важных стратегических и социальных объектов при чрезвычайных ситуациях, а также для тепло- и водоснабжения систем индивидуального пользования, например, коттеджей и загородных домов.
Источники информации
1. Описание полезной модели к патенту РФ, №87856, МПК Н05В 6/10, от 02.06.2009.
2. Описание полезной модели к патенту РФ №93507, МПК F24Н 1/24, от 18.12.2009 (прототип).
3. БСЭ, М.: Советская Энциклопедия, 1976 г., «Индукционный нагрев».
4. X. Уонг. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. М.: «Атомиздат», 1979