ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВАТЕЛЬ ЖИДКОСТИ

Предлагаемое устройство относится к технике нагрева жидких веществ, в том числе для нагрева проточных жидкостей в различных технологических процессах.
Известно нагревательное устройство (RU, патент №2101882, МПК F24H 1/10), которое содержит пространственный магнитопровод с трехфазной первичной обмоткой и короткозамкнутую вторичную обмотку, выполненную из прямых трубок, предназначенных для жидкости и размещенных между стержнями магнитопровода с первичной обмоткой, причем вторичная обмотка совместно с корпусной оболочкой создает герметичную камеру, в которой нагревается жидкость. При подключении первичной обмотки к трехфазной цепи по ней протекает переменный ток, создающий изменяющийся во времени магнитный поток магнитной системы устройства. Этот магнитный поток индуцирует во вторичной обмотке электродвижущую силу, под действием которой во вторичной обмотке протекает трехфазный переменный ток. При протекании этого тока во вторичной обмотке выделяется тепло, передаваемое нагреваемой жидкости. Устройство является погружным, т.е. его предварительно помещают в воду, а затем подключают к сети. Следствием этого является большие габариты, так как требуется полная герметичность корпуса и сложная конструкция для обеспечения электробезопасности.
Известно устройство для индукционного нагрева жидкостей в проточном режиме (FR патент №2565059). Устройство представляет собой генератор пара. Оно содержит трансформатор с первичной обмоткой, в котором вторичная обмотка образована трубопроводом в виде серпантина, а в электрической цепи она представляет собой короткозамкнутый виток, по которому протекает нагреваемая жидкость. При включении трансформатора в сеть возбужденная во вторичной обмотке энергия трансформируется в тепловую энергию и нагревает жидкость, протекающую по трубопроводу. Устройство имеет высокий КПД и это очень большое его достоинство, но эффективность нагрева снижается по мере эксплуатации из-за образования накипи на стенках, которая приводит со временем к полному выходу из строя нагревателя.
Известно индукционное устройство для нагрева проточной жидкости (RU патент №2301378, МПК F24H 1/20) достаточно высокой надежности, простое в эксплуатации и в работе. В этом устройстве труба, по которой протекает жидкость, является стержнем трансформатора и своими торцами соединена с ярмами и представляет собой часть магнитной системы и, соответственно, она выполнена из магнитного материала. На трубу намотана обмотка. В проточной трубе установлен стержень, который стягивает ярма. Нагреваемая жидкость поступает и выходит из трубы через патрубки. При подключении обмотки к источнику переменного напряжения, создается переменное магнитное поле, которое замыкается по элементам магнитопровода и наводит в них вихревые токи, разогревающие поверхность проточной трубы, тепло которой передается рабочему телу в процессе его прохождения. Но для эффективного нагрева стенок трубы вихревыми токами необходимо использовать токи с частотой в десятки килогерц, что требует использования достаточно сложных высокочастотных источников питания. Сложность заключается также в том, что для эффективного нагрева необходимо, чтобы частота используемого тока лежала в области частот максимальных потерь в материале трубы.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание нагревателя простой конструкции без дополнительного источника питания.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, так же, как известное, содержит магнитопровод, металлическую проточную трубу с изоляцией и обмоткой, с входным и выходным патрубками, торцы которой соединены с ярмами магнитопровода и металлический стержнень в трубе, соединенный с ярмами, отличающееся тем, что проточная труба выполнена из немагнитного электропроводящего материала, расположена внутри магнитопровода, а стержень, расположенный в трубе, выполнен из магнитного материала.
Достигаемым техническим результатом является упрощение устройства за счет отказа от дополнительных источников питания.
Сущность полезной модели базируется на использовании нагрева стенок трубы не вихревыми токами, а токами короткого замыкания, возникающими в электропроводящей трубе, выполненной из немагнитного материала, при подключении обмотки к электросети, при условии расположения трубы в замкнутом магнитопроводе. В этом случае труба ведет себя как вторичная одновитковая обмотка трансформатора и нагревается при этом токами короткого замыкания.
Совокупность признаков, сформулированная в п. 2 формулы полезной модели, характеризует нагреватель, в котором входной и выходной патрубки выполнены в ярмах магнитопровода, а стержень, расположенный в трубе, имеет конусообразные концы и соединен с ярмами перемычками, выполненными из магнитного материала, образующими конусообразную форму.
Описанный выше вариант выполнения конструкции позволит использовать его в технологических процессах, например, в пищевой промышленности, в которых необходим нагрев не только обычных жидкостей, но и жидкостей с повышенной вязкостью, или с инородными включениями, а также возможно его использование в качестве нагревательного элемента в замкнутых системах.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 приведен пример выполнения конструкция электрического нагревателя жидкости, а на фиг. 2 приведен вид сверху конструкции соединения концов среднего стержня с ярмом.
Устройство для нагрева содержит магнитопровод, выполненный в виде замкнутой планарной магнитной системы со стержнями 1 и 2 и ярмами 3. Содержит трубу 4 из немагнитного электропроводящего материала, и нейтрального по отношению к нагреваемой жидкости, на которую на слой изоляции 5 намотана обмотка 6. Труба 4, по которой протекает нагреваемая жидкость, соединена с ярмами 3, в которых выполнены входной 7 и выходной 8 патрубки. Стержень магнитной системы 2 с конусообразными концами установлен внутри электропроводящей трубы 4 и соединен с ярмами перемычками 9 (фиг. 1 и 2), выполненными из магнитного материала, и образующих конусообразную форму. Промежутки между соседними перемычками обеспечивают прохождение между ними нагреваемой жидкости. Таким образом, нагреватель выполнен в виде трансформатора, в котором первичная обмотка намотана на трубу из электропроводящего материала, а вторичной обмоткой, состоящей из одного витка является сама металлическая труба.
При работе нагревателя жидкость поступает в металлическую трубу 4 из входного патрубка 7, и проходит через промежутки между перемычками 9. При этом на обмотку 6, которая намотана на трубу 4, подается напряжение от электросети. Протекающий по обмотке 6 переменный ток создает переменный магнитный поток в магнитопроводе, состоящем из стержней 1, 2 и ярм 3. Под воздействием этого потока во вторичной обмотке, которой является труба 4 появляется ЭДС и ток короткого замыкания, который нагревает стенки трубы и соответственно нагревает жидкость, которая протекает в ней. Дополнительно переменное магнитное поле индуцирует вихревые токи, как в стенках трубы, так и в магнитопроводе и, в частности, в стержне 2 трансформатора, который установлен в трубе. Пропорционально квадрату этих токов в этих конструкционных элементах выделяется тепловая энергия, которая является дополнительным источником нагрева жидкости.
Как видно из описания устройства и его сравнения с аналогами предложенный нагреватель имеет простую конструкцию и его работа построена на использовании питания от электросети без включения в устройство дополнительных преобразователей питающего напряжения.