УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ТЕПЛОВУЮ

Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована в автономных системах отопления и горячего водоснабжения, а также для нагрева различных сред, используемых в технологическом процессе.
Известно устройство для преобразования механической энергии в тепловую (патент РФ №2097946, H05B 6/10, Елшин А.И., Казанский В.М., Карманов Е.Д., Михеев В.И.).
Известно устройство для нагрева жидкости (патент РФ №2303861, H05B 6/10, Поляков В.Г., Афанасьев А.А., Нестерин В.А., Никифоров В.Е., Афанасьев В.В., Николаев А.В.).
Прототипом является установка индукционного нагрева (В.С.Немков, В.Б.Демидович «Теория и расчет устройств индукционного нагрева». Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение. 1988, стр.7), состоящая из устройства индукционного нагрева, содержащего индуктор соленоидального типа и ферромагнитную цилиндрическую емкость для теплоносителя, коаксиально установленную внутри индуктора (А.Б.Кувалдин «Индукционный нагрев ферромагнитной стали». М.: Энергоатомиздат. 1988, стр.17, 156, 182, 183), и из источника питания, в качестве которого используется двухпакетный индукторный генератор униполярного типа (М.М.Алексеева «Машинные генераторы повышенной частоты». Л.: Энергия. 1967, стр.3, 19-21), содержащий статор, состоящий из массивной станины и установленных в нее двух шихтованных кольцевых пакетов, по всей окружности внутренней поверхности которых выполнены продольные полузакрытые пазы с уложенной в них высокочастотной обмоткой, единый с валом массивный ротор, коаксиально размещенный внутри статора, и представляющий собой массивный ферромагнитный цилиндр, на поверхности которого, по всей окружности под пакетами статора, выполнены продольные зубцы (пазы), и сосредоточенную обмотку возбуждения, коаксиально установленную на внутренней поверхности станины в пространстве между двумя кольцевыми пакетами и охватывающую кольцом вал ротора. Выводы обмотки высокочастотной обмотки индукторного генератора, посредством токопроводов, подключены к выводам индуктора устройства индукционного нагрева.
Недостатками прототипа являются: сложность конструкции и низкая надежность, высокая стоимость, низкие значения коэффициента мощности и КПД.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и повышение надежности, снижение стоимости, повышение значений коэффициента мощности и КПД.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для преобразования механической энергии в тепловую, состоящем из цилиндрической емкости, внутри которой находится теплоноситель, и состоящем также из электрического индукторного генератора, содержащего коаксиально размещенный внутри статора ротор, выполненный в виде цилиндра с зубчатой поверхностью, генератор к тому же содержит обмотку возбуждения, расположенную на статоре, согласно полезной модели, статор выполнен в виде двух вставленных один в другой полых ферромагнитных цилиндров, между которыми находится теплоноситель.
Сущность полезной модели пояснена чертежами.
На фиг.1 показаны продольное и поперечное сечения одного из вариантов реализации заявляемой полезной модели.
Здесь: 1 - ротор;
2 - статор;
3 - обмотка возбуждения;
4 - вал;
5 - зубец;
6 - паз;
7 - внутренний цилиндр емкости;
8 - внешний цилиндр емкости.
На фиг.2 - кривая распределения магнитного потока в воздушном зазоре;
Устройство для преобразования механической энергии в тепловую (фиг.1) содержит ротор 1, статор 2, обмотку возбуждения 3. Ротор 1 представляет собой единую с валом 4 массивную ферромагнитную цилиндрическую болванку, имеющую в продольном сечении Н-образную форму. Причем на выступающих поверхностях Н-образного ротора 1, по всей окружности, выполнены продольные зубцы 5 (пазы 6). Роль статора 2, выполняет, образованная двумя коаксиально расположенными массивными ферромагнитными полыми цилиндрами 7, 8, емкость. Ротор 1 коаксиально, с возможностью вращения, размещен внутри внутреннего цилиндра 7, на внутренней поверхности которого, между зубчатыми поверхностями ротора 1, коаксиально, охватывая вал 4, закреплена сосредоточенная обмотка возбуждения 3.
0
max
min
max
min
max
min
min
max
0
m
max
min
m
m
m
Устройство для преобразования механической энергии в тепловую работает следующим образом. Сосредоточенная обмотка возбуждения 3 подключается к источнику постоянного тока. В результате протекания тока по виткам обмотки возникает униполярное магнитное поле с величиной магнитного потока Ф=Ф+Ф/2, замыкающегося по магнитной цепи, показанной на фиг.1, где Ф - магнитный поток в воздушном зазоре между внутренней поверхностью цилиндра 7 и центром зубца 5; Ф - магнитный поток в воздушном зазоре между внутренней поверхностью цилиндра 7 и центром паза 6 (фиг.2). При вращении ротора 1, посредством механической связи вала 4 с приводным устройством, в воздушном зазоре между внутренней поверхностью цилиндра 7 и зубчатыми поверхностями ротора 1 возникает непостоянство магнитной проводимости. Изменение магнитного потока от максимального значения Ф под зубцом 5 до минимального Ф под пазом 6, и наоборот, от Ф до Ф, приводит к возникновению в зазоре пульсирующего магнитного поля (изменяющегося по величине, но постоянного по направлению), состоящего из постоянной Ф и переменной Ф=Ф-Ф/2 составляющих, где Ф - амплитуда переменной составляющей (фиг.2). Переменная составляющая Ф, синхронно вращаясь с ротором 1, замыкается по внутренней поверхности цилиндра 7. Под действием переменного магнитного поля (переменной составляющей Ф) на внутренней поверхности цилиндра 7 под каждой зубчатой поверхностью ротора 1 наводятся ЭДС и соответственно вихревые токи. Протекание вихревых токов приводит к выделению тепла, используемого для нагрева теплоносителя, которым заполнена емкость.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет:
- упростить конструкцию и повысить надежность, если в прототипе установка индукционного нагрева состояла из устройства индукционного нагрева, включающего в себя индуктор и цилиндрическую емкость для теплоносителя, и из генератора, содержащего статор, ротор и обмотку возбуждения, то, согласно полезной модели, устройства индукционного нагрева не стало: индуктор аннулировали, а функцию емкости взял на себя статор, находящийся в составе генератора, и теперь имеет вид двух вставленных один в другой полых ферромагнитных цилиндров между которыми содержится теплоноситель, причем оставшийся в составе генератора ротор коаксиально размещен внутри внутреннего цилиндра емкости, а обмотка возбуждения, также оставшаяся в составе генератора, установлена на внутренней поверхности внутреннего цилиндра емкости;
- снизить стоимость, в результате упрощения конструкции и из-за уменьшения металлозатрат и прочих затрат, включая уменьшение трудоемкости;
стали
- повысить коэффициент мощности, за счет исключения устройства индукционного нагрева, работающего в области сильных магнитных полей и уменьшения магнитного сопротивления обратного замыкания, если в прототипе магнитный поток замыкался через воздух и внешнюю поверхность стенки цилиндрической емкости, находящуюся в глубоком насыщении (µ≈16), то в полезной модели большая часть пути магнитного потока пролегает через ненасыщенный ферромагнитный материал (ротор и внутренний цилиндр емкости);
- отсутствие в полезной модели индуктора устройства индукционного нагрева, высокочастотной обмотки генератора, соединительных токопроводов, и соответственно потерь в них, позволило повысить КПД.