ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ С РАЗДЕЛЕННОЙ ОБМОТКОЙ

Полезная модель относится к устройствам и технологиям нагрева жидких сред и может быть использована для технологического нагрева, отопления жилых, производственных и других помещений с принудительной циркуляцией теплоносителя и горячего водоснабжения, а также может устанавливаться в действующие системы отопления параллельно с источниками теплоснабжения, работающими на других видах топлива.
В основу многих проточных индукционных нагревателей жидких сред положена конструкция трансформатора, главными элементами которого являются электромагнитный сердечник, первичная обмотка, выполненная в форме катушки, а также вторичная обмотка. В рабочем состоянии на первичную обмотку подается напряжение, которое индуцирует напряжение во вторичной обмотке и вызывает протекание по ней индукционного тока. В индукционных нагревателях вторичная обмотка может быть выполнена различным образом, например, в форме трубчатого элемента из электропроводящего материала, через полость которого пропускается нагреваемая текучая среда, которая получает тепло от стенок трубки, нагреваемых индукционным током.
Известно устройство индукционного нагрева воды, содержащее трубу, размещенную внутри индуктора и установленный внутри трубы с кольцевым зазором сердечник со сквозными осевыми каналами, сообщенными с одного конца с кольцевым зазором, а с другого конца соединенными с подающим трубопроводом, при этом место сообщения размещено в кожухе, а кольцевой зазор сообщен с подающим трубопроводом (авторское свидетельство СССР №1019676, от 23.05.1983 г).
В указанном устройстве вода из кожуха поступает в сквозные осевые каналы, при этом в начале движения по указанным каналам потоки воды находятся в турбулентном режиме, затем интенсивность завихрений потоков воды постепенно снижается и потоки переходят в ламинарный режим. При этом основной нагрев воды будет происходить за счет теплообмена с сердечником, что приводит к тепловым потерям за счет того, что центральные части потоков будут плохо нагреваться при нагретом сердечнике.
Недостатком данного устройства является то, что в нем происходят существенные тепловые потери во время работы, также устройство обладает высокой металлоемкостью.
Известен выбранный в качестве ближайшего аналога нагреватель жидкой среды, содержащий цилиндрический корпус с дном и входным патрубком, закрывающую открытый торец цилиндрического корпуса крышку с выходным патрубком, индукционную катушку (индуктор), установленную в цилиндрическом защитном кожухе, который размещен внутри цилиндрического корпуса, с образованием между внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и внешней цилиндрической поверхностью защитного кожуха кольцевого зазора и с образованием между внутренней поверхностью дна корпуса и внешней кольцевой поверхностью защитного кожуха щелевого зазора, а центральная часть защитного кожуха является цилиндрическим сердечником с цилиндрическим каналом, который одним своим концом соединен с выходным патрубком, а вторым своим концом, который является входом в цилиндрический канал, сообщен со щелевым зазором, при этом указанные корпус, защитный кожух, цилиндрический канал и выходной патрубок соосны, а защитный кожух закрыт защитной крышкой, через которую проходит выходной патрубок, (патент РФ 2012104201/06, от 07.02.2012).
Таким образом, недостатком известного индукционного нагревателя является то, что в нем для достижения необходимой мощности используется относительно большое количество металла.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение интенсивности теплообмена и увеличение удельной мощности индукционного водонагревателя, и, как следствие, понижение его металлоемкости и себестоимости.
Такой технический результат достигается тем, что между металлическими трубками, расположенными соосно, совмещающими в себе сердечник и короткозамкнутую вторичную обмотку, установлен индуктор, состоящий из двух обмоток медного проводника. Между индуктором и трубками установлен теплоизоляционный диэлектрический материал, по трубкам пропускается жидкость, например вода. Обмотки индуктора параллельно подключаются к источнику электрического питания.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемой полезной модели в разрезе.
Индукционный нагреватель представляет собой индуктор, состоящий из двух обмоток медного проводника 1 и 2, помещенных соосно между двумя металлическими трубками 3, по поверхностям которых протекает жидкость 4. Между обмотками 1, 2 и трубками 3 расположен теплоизоляционный диэлектрический материал 5.
На фиг. 2 изображена схема подключения к электрической сети. Каждая из обмоток параллельно подключена к источнику питания 8 через проводники 9.
Полезная модель работает следующим образом.
Нагреваемая жидкость 4 подается через входной патрубок 6 в межтрубочное пространство. На подключенные параллельно к источнику питания 8 обмотки 1 и 2 подается напряжение промышленной частоты. Электрический ток, протекая по обмоткам, создает переменные магнитные поля, которые проникают в слои металла трубок 3, тем самым в них возбуждается электрическое поле и наводится ЭДС, под действием которой возникают индукционные токи, нагревающие металл. В свою очередь нагретые трубки 3 участвуют в процессе теплообмена с протекающей по ним жидкостью. Для выхода нагреваемой среды предусмотрен выходной патрубок 7. Для устранения влияния высоких температур на обмотки 1 и 2 предусмотрен слой теплоизоляционного диэлектрического материала 5.
На фиг. 3 изображено распределение линий магнитного поля. Наибольшая концентрация силовых линий магнитного поля достигается в слое металла, соответствующего средней части обмоток 1 и 2 индуктора, где температура по длине металлической трубки 3 в процессе нагрева наибольшая.
Предлагаемое устройство позволяет повысить интенсивность теплообмена между металлом и жидкостью и удельную мощность водонагревателя при тех же габаритных размерах, так как с двумя обмотками тепловыделение наиболее интенсивное и достигает пикового значения в двух точках. Следовательно, снижается металлоемкость и себестоимость.