DE3873632T2

DE3873632T2 - Induktionsheizgeraet.

Info

Publication number: DE3873632T2
Application number: DE8888305216T
Authority: DE
Inventors: John Tudor Griffith J Griffith
Original assignee: Electricity Association Services Ltd
Current assignee: Electricity Association Services Ltd
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1988-06-08
Publication date: 1992-12-03
Anticipated expiration: 2008-06-09
Also published as: AU605868B2; ES2032966T3; GB2205720A; GB2205720B; AU1647488A; EP0295072B1; DE3873632D1; EP0295072A1; US4843201A; GB8713539D0; ATE79500T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Induktionsheizgerät. In der GB-A-2163930, der die EP-A1-0 175 470 entspricht, ist ein Induktionsheizgerät beschrieben, das aufweist einen Wechselstrom führenden Leiter, welcher sich entlang einer Achse erstreckt, wobei ein Kern im wesentlichen die Achse umschließt, um den magnetischen Fluß, der aus dem Wechselstrom in dem Leiter resultiert, zu leiten, und ein Heizelement zum Kontaktieren und Übertragen von Wärme auf das zu erhitzende Material, wobei das Heizelement eine elektrisch leitfähige, geschlossene Schleife aufweist, die den Magnetfluß im Kern umgibt und durch den dabei induzierten elektrischen Strom aufgeheizt wird. In einem Heizgerät, das in der angegebenen Veröffentlichung spezifisch beschrieben ist, ist der Kern langgestreckt und umgibt eine gerade Länge einer Leiterschleife, das Heizelement hat innere und äußere Zylinder mit dem Kern zwischen diesen, wobei die Zylinder mittels Endplatten miteinander verbunden sind. Das zu erhitzende Material ist innerhalb des Innenzylinders plaziert, der mit nach innen gerichteten, langgestreckten Rippen versehen ist die ebenfalls erhitzt werden und dazu dienen, die heiße Oberfläche zum Kontakt mit dem zu erhitzenden Material zu vergrößern. Der Wechselstrom wird in der Schleife mittels eines ringförmigen Primärtransformators induziert, der auf einem anderen Schenkel der Leiterschleife angebracht ist.
Während solche bekannten Induktionsheizgeräte für viele Zwecke adäquat sind, tritt bei diesen Heizgeräten die Schwierigkeit auf, daß eine individuelle Steuerung der Heizwirkung an unterschiedlichen Positionen oder Zonen entlang des Heizgerätes nicht möglich ist. Individuelle Heizstufen können durch geeignete Ausgangskonstruktion eines derartigen Heizgerätes erhalten werden, aber es ist nicht möglich, während der Verwendung des Heizgerätes die Heizwirkung in verschiedenen Zonen zu variieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Induktionsheizgerät geschaffen mit einem wechselstromführenden Leiter, der sich entlang einer Achse erstreckt; einer Vielzahl von Kernabschnitten, die zueinander fluchtend angeordnet sind und jeweils im wesentlichen die Achse umschließen, um den Magnetfluß zu leiten, der aus dem Wechselstrom in dem Leiter resultiert; und einer Vielzahl von Heizelementabschnitten, die jeweils den Kernabschnitten zugeordnet sind und jeweils eine elektrisch leitfähige, geschlossene Schleife enthalten, welche den Magnetfluß in dem zugehörigen Kernabschnitt umgibt und durch den dabei induzierten elektrischen Strom erhitzt wird; gekennzeichnet durch Mittel, die wenigstens teilweise an wenigstens einem der Kernabschnitte dessen Sättigung erreichen, um dabei die Kopplung zwischen dem Leiter und dem Heizelementabschnitt, der dem einen Kernabschnitt zugeordnet ist, zu reduzieren und damit die Heizwirkung zu steuern, die durch diesen einen Kernabschnitt und seinem zugehörigen Heizelementabschnitt ausgeübt wird.
Mit dem Heizgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist es durch die Steuerung des Grades der Sättigung eines oder mehrerer steuerbarer Kernabschnitte möglich, die Heizwirkung wie erforderlich zu steuern, die an den entsprechenden Positionen oder Zonen entlang der Achse des Heizgerätes ausgeübt wird.
Diese Erfindung wird nun anhand eines Beispieles anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Induktionesheizgerätes für Schüttgut gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt zur Erläuterung der Bauweise eines Heizelementabschnittes des Heizgerätes gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Perspektivansicht im Schnitt zur Erläuterung der Bauweise eines Kernabschnittes des Heizgerätes gemäß Fig. 1; und
Fig. 4 ein elektrisches Blockschaltbild eines Heizgerätes gemäß der Figuren 1-3.
Bezugnehmend auf die Figuren hat das Heizgerät einen wechselstromführenden Leiter 1 in Form einer Schleife, wobei der Leiter 1 aus Kupfer hergestellt ist und laminiert ist, um den Wechselstrom - Widerstand zu reduzieren. In der Leiterschleife 1 wird mittels eines ringförmig gewickelten Primärtransformators 2, der um den Leiter 1 herum positioniert ist, ein Wechselstrom induziert. Ansonsten kann der Strom auch von einem in Reihe mit der Schleife geschalteten Transformator, der eine Niederspannungs - Sekundärwicklung hat, an die Schleife angelegt werden. Ein gerader Teil des Leiters 1 erstreckt sich entlang einer Achse, um welche drei fluchtende, laminierte, ferromagnetische Kernabschnitte 3, 4 und 5 angeordnet sind, wobei jeder Abschnitt von einem individuellen Metallgehäuse umschlossen ist, welches durch axial fluchtende, innere und äußere Zylinder 6 und 7 gebildet ist, die durch Endplatten 8 miteinander verbunden sind, wobei einander benachbarte Gehäuse durch Zwischenplatten 9 getrennt sind. Jedes Gehäuse bildet eine elektrisch leitende, geschlossene Schleife um den zugehörigen Kernabschnitt 3, 4 oder 5.
Der in dem Leiter 1 durch den Transformator 2 errichtete Wechselstrom erzeugt einen magnetischen Wechselfluß, der durch die Kernabschnitte 3, 4 und 5 geführt wird, und Ströme induziert, die um die geschlossenen Schleifen, welche durch die zugehörigen Gehäuse gebildet sind, in Richtung der Achsen der Zylinder 6 und 7, fließen, wobei die Gehäuse aufgeheizt werden und Heizelementabschnitte bilden.
Das zu erhitzende Material wird in dem Zylinder plaziert, welcher durch die Innenzylinder 6 der Heizelementabschnitte gebildet ist. Um den Wärmeübergang zwischen dem Innenzylinder 6 der Heizelementabschnitte und dem zu erhitzenden Material zu verbessern, ist jeder Innenzylinder 6 mit einer Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden, radial ausgerichteten Rippen 10 versehen, um dadurch die aufgeheizte Oberfläche, die mit dem aufzuheizenden Material in Kontakt steht, zu vergrößern.
Falls erforderlich kann ein Schutzrohr (nicht dargestellt) innerhalb des Heizzylinders um den Leiter 1 angeordnet sein.
Die Baueinheit mit den Heizelementabschnitten, die durch die Zylinder 6 und 7 gebildet sind, und den zugehörigen Kernabschnitten 3, 4 und 5 wird um den Leiter 1 wie durch den Pfeil A in Fig. 1 angegeben, gedreht, wobei das zu erhitzende Material im Heizzylinder hin- und herbewegt wird, um eine im wesentlichen gleichförmige Wärmeübertragung von dem Heizzylinder 6 und den Rippen 10 auf das zu erhitzende Material zu erhalten.
Der Heizelementabschnitt, der durch den Kernabschnitt 3 gebildet ist und das zugehörige Gehäuse 6, 7 bilden einen nicht steuerbaren Abschnitt, die Heizwirkung, die durch diesen Abschnitt ausgeübt wird, ist vollständig von dem Strom abhängig, der im Leiter 1 fließt.
Die Heizelementabschnitte jedoch, welche durch die Kernabschnitte 5 und deren zugehörige Gehäuse gebildet werden, bilden steuerbare Abschnitte und die Konstruktion eines jeden derselben wird nun anhand der Fig. 2 und 3 der Zeichnungen beschrieben.
Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, ist in einem steuerbaren Abschnitt der Kernabschnitt 4 oder 5 aus zwei radial einen Abschnitt zueinander aufweisenden Schichten 4A und 4B gebildet, die durch Endabschnitte 15 miteinander verbunden sind, wobei in dem Raum zwischen den zwei Kernabschnittschichten 4A und 4B eine Steuerwicklung 11 angeordnet ist. Wenn an die Steuerwicklung 11 ein Gleichstromsignal angelegt wird, werden die Kernabschnittschichten 4A und 4B axial magnetisiert und können zur Sättigung gebracht werden, wodurch sich die Kopplung zwischen dem Strom, der im Leiter 1 und dem Strom, der in den zugehörigen Heizelementabschnitten 6, 7 fließt, reduziert, wodurch die Leistungsdichte in diesem Abschnitt reduziert wird.
Die Heizwirkung, die durch einen derartigen steuerbaren Heizelementabschnitt erzielt wird, kann somit gesteuert werden, beispielsweise um entlang dem Heizzylinder ein erforderliches Temperaturprofil zu errichten.
Fig. 4 zeigt eine Steueranordnung für das Heizgerät gemäß Fig. 1-3. Eine Netzsteuerung 12 funktioniert als Konstantstromquelle und dient dazu, im Leiter 1 ungeachtet der sich infolge der Sättigung der Kernabschnitte 4 und 5 ändernden Last, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten, dieser konstante Strom erzeugt durch den Heizelementabschnitt, der den Kernabschnitt 3 enthält, eine konstante Heizung.
Die Kernabschnitte 4 und 5 haben jeweils individuelle Gleichstrom - Signalquellen 13 und 14 welche Gleichstromsignale erzeugen, die die Sättigung der Kernabschnitte 4 und 5 reduzieren und damit die Heizwirkung steuern, welche durch die zugehörigen Heizelementabschnitte ausgelöst wird.
Obwohl das vorstehend beschriebene Heizgerät einen nicht gesteuerten und zwei gesteuerte Abschnitte hat, ist anzumerken, daß Heizgeräte mit beliebiger Anzahl oder Anordnung von nicht gesteuerten und gesteuerten Abschnitten geschaffen werden können, wie dies für die geforderten Heizoperationen notwendig ist.
Obwohl das vorstehend beschriebene Heizgerät ein Heizgerät für Schüttgut ist, ist weiterhin anzumerken, daß Heizgeräte gemäß der vorliegenden Erfindung auf andere Art und Weise von einem Dauerstromtyp, wie beispielsweise in der GB-A- 2163930 beschrieben, sein können.

Claims

1. Induktionsheizgerät mit einem Wechselstrom führenden Leiter (1), der sich entlang einer Achse erstreckt; einer Vielzahl von Kernabschnitten (3, 4, 5), die zueinander fluchtend angeordnet sind und jeweils im wesentlichen die Achse umschließen, um den Magnetfluß zu leiten, der aus dem Wechselstrom in dem Leiter (1) resultiert; und einer Vielzahl von Heizelementabschnitten (6, 7, 8), die jeweils den Kernabschnitten (3, 4, 5) zugeordnet sind und jeder eine elektrisch leitfähige, geschlossene Schleife enthalten, welche den Magnetfluß in dem zugehörigen Kernabschnitt (3, 4, 5) umschließt und durch den dabei induzierten elektrischen Strom erhitzt wird; gekennzeichnet durch Mittel (13, 14), die wenigstens teilweise an wenigstens einem der Kernabschnitte (3, 4, 5) dessen Sättigung erreichen, um dabei die Kopplung zwischen dem Leiter (1) und dem Heizelementabschnitt (6, 7, 8), der dem einen Kernabschnitt (4, 5) zugeordnet ist, zu reduzieren, und damit die Heizwirkung zu steuern, die durch diesen einen Kernabschnitt (4, 5) und seinen zugehörigen Heizelementabschnitt ausgeübt wird.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizelementabschnitt koaxiale Innen- und Außenzylinder (6 und 7) aufweist, die durch Endplatten (8) miteinander verbunden sind, wobei die zugehörigen Kernabschnitte (3, 4, 5) zwischen den Innen- und Außenzylindern (6 und 7) angeordnet sind.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kernabschnitt (4, 5) aus zwei radial einen Abstand zueinander aufweisenden Schichten (4A, 4B oder 5A, 5B) gebildet ist, die durch Endabschnitte (15) miteinander verbunden sind, und im Zwischenraum zwischen den Schichten eine Steuerwicklung (11) angeordnet ist, und Mittel (13, 14) vorgesehen sind, um der Steuerwicklung (11) ein individuelles Gleichstrom-Steuersignal zuzuführen.

4. Heizgerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (2) vorgesehen sind, die dem Leiter einen konstanten Wechselstrom zuführen.

5. Heizgerät nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizelementabschnitt eine Vielzahl von in Längsrichtung sich erstreckenden, nach innen gerichteten Rippen (10) trägt.