FI101574B - Laite juoksevan väliaineen kuumentamista varten - Google Patents
Laite juoksevan väliaineen kuumentamista varten Download PDFInfo
- Publication number
- FI101574B FI101574B FI925402A FI925402A FI101574B FI 101574 B FI101574 B FI 101574B FI 925402 A FI925402 A FI 925402A FI 925402 A FI925402 A FI 925402A FI 101574 B FI101574 B FI 101574B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- jacket
- winding
- secondary winding
- heating device
- primary winding
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 127
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000754 Wrought iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
- H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
- H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
- F24H1/12—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium
- F24H1/14—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form
- F24H1/16—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form helically or spirally coiled
- F24H1/162—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium in which the water is kept separate from the heating medium by tubes, e.g. bent in serpentine form helically or spirally coiled using electrical energy supply
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Induction Heating (AREA)
- Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Medicines Containing Material From Animals Or Micro-Organisms (AREA)
- Beans For Foods Or Fodder (AREA)
- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
101574
Laite juoksevan väliaineen kuumentamista varten - Anordning för upphettning av flytande medium
Esillä olevan keksinnön kohteena on laite juoksevan väliaineen (so. nesteen tai kaa-5 sun) kuumentamista varten ja erityisesti laite, joka kykenee kuumentamaan tehokkaasti juoksevan väliaineen jatkuvan virtauksen käyttämättä paljaita kuumen-nuselementtejä tai avotulta.
Esillä olevan keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää erityisesti kaupallisessa -tai teollisessa - mittakaavassa tapahtuvaan vedenkuumennukseen ja sitä selostetaan 10 seuraavassa viitaten erityisesti tähän käyttötapaan. On kuitenkin selvää, että keksinnön mukainen laite ei ole millään tavoin rajoittunut tähän sovellutusmuotoon, vaan että sitä voidaan käyttää kuumentamaan hyvin erilaisia juoksevia väliaineita.
Nykyisin kaupallisessa ja teollisessa mittakaavassa tapahtuva vedenkuumennus käsittää yleensä kertaprosessin, jonka yhteydessä varastosäiliössä olevaa vettä kuu-15 mennetaan sähköisen kuumennuselementin tai kaasupolttimien avulla ja tämä vesi pidetään varastosäiliössä sen vaadittuun käyttöön asti. Tämä prosessi sisältää useita haittoja, varastosäiliö on tilaavievä ja se on asetettava lähelle käyttöpaikkaa lämpö-häviöiden välttämiseksi syöttöputkissa; jos kuuman veden käyttönopeus on alhainen, huomattava määrä energiaa kulutetaan suuren vesimäärän pitämiseksi korkeassa 20 lämpötilassa tarpeettomasti; tai jos veden käyttönopeus on korkea, sen syöttö varastosäiliöstä voi olla riittämätön. Näiden haittojen voittamiseksi on markkinoille tuotu useita erilaisia iäpivirtausvesikuumentimia’. Mikään näistä ratkaisuista ei tähän : mennessä ole kuitenkaan kyennyt syöttämään kuumaa vettä kuin vain suhteellisen alhaisilla virtausnopeuksilla, ja niiden asentaminen on kallista.
25 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten saada aikaan läpivirtaavaa juoksevaa väliainetta käyttävä (so. jatkuva) kuumennuslaite, jonka valmistus ja asennus on verrattain halpaa, mutta joka kykenee toimimaan tehokkaasti suhteellisen korkeilla vir-: tausnopeuksilla.
Useissa kaupallisissa ja kotitalouteen liittyvissä tiloissa voidaan käyttää verkkovir-30 taa. Juoksevan väliaineen sähkökuumennuslaitteiden asennus-ja käyttökustannukset vähenevät suuresti, jos verkkovirtaa (so. vaihtovirtaa, jonka taajuus on suuruusluokkaa 50-60 Hz) voidaan käyttää. Esillä olevan keksinnön eräänä lisätarkoituksena on siten saada aikaan juoksevan väliaineen kuumennuslaite, joka voi toimia verkkovirran avulla.
2 101574
Aikaisemmin on tehty useita ehdotuksia sähkömuuntajan käyttämiseksi juoksevien väliaineiden, erityisesti veden, kuumentamista varten.
Esimerkiksi US-patenttijulkaisussa 1458634 (Alvin Waage, 1923) selostetaan laite, joka käsittää yhteisen sydämen, jonka päälle ensiö- ja toisiokäämit on kiedottu. 5 Toisiokäämiä on lyhennetty, jolloin indusoitu toisiojännite saa aikaan virran kulkemisen tässä toisiokäämissä kuumentaen sen. Toisiokäämi on muodoltaan putkimainen ja kuumennettava vesi on asetettu virtaamaan sen kautta. Ensiökäämi voi myös olla muodoltaan putkimainen.
Tätä yleistä tyyppiä olevia kuumentimia on myös selostettu US-patenttijulkaisuissa 10 4 602 140 ja 4 791 262.
Tämän sovellutusmuodon eräs muunnelma on esitetty US-patenttijulkaisussa 1 656 518, jossa kuumennettava väliaine virtaa säiliön kautta, joka toimii lyhennettynä toisiokääminä.
Eräs toinen muunnelma on esitetty US-patenttijulkaisussa 2 181 274, jossa kuumen-15 nettava väliaine virtaa muuntajan sydämen kautta, ensiö- ja toisiokäämien ollessa asetettuina samankeskisesti tämän sydämen ympärille ja toisiokäämin toimiessa tehokkaasti yksinkertaisena lyhennettynä kertakääminä.
Eräs lisämuunnelma on esitetty US-patenttijulkaisussa 1 671 839, jossa ensiö- ja toisiokäämit ja niiden yhteinen sydän voivat olla onttoja ja kuumennettava juokseva 20 väliaine kierrätetään sydämen ja (vaihtoehtoisesti) myös ensiö- ja toisiokäämien kautta. Toisiokäämiä on lyhennetty.
Kuitenkin kaikissa edellä mainituissa laitteissa muuntaja sisältää sydämen.
Yleisesti tunnettuna periaatteena sähkötekniikan alalla on se, että verkkotaajuus-laitteita varten saadaan aikaan tehokas magneettivuoliitäntä vain silloin, jos muunta-25 jasydäntä käytetään. Ilman sydäntä olevia muuntajia on tunnettu ja käytetty useiden : vuosien ajan, mutta vain suurtaajuussovellutuksia (yleensä 50 kHz, so. tuhatkertaista taajuutta verkkotaajuuteen verrattuna) varten, koska suurtaajuuksisten sovellutusten yhteydessä tehokas vuoliitäntä voidaan saada aikaan ilman sydäntä.
Esillä olevan keksinnön mukaisen ratkaisun on kuitenkin havaittu tarjoavan odotta-30 mattoman ja hämmästyttävän edun sen johdosta, että vaikka esillä olevan keksinnön mukainen laite ei sisällä sydäntä, niin sen on havaittu toimivan erittäin suurella tehokkuudella verkkotaajuudella.
3 101574
Ilman sydäntä olevat muuntajat sisältävät useita etuja sydämellä varustettuihin muuntajiin verrattuna. Ensiksikin saavutetaan huomattava kustannussäästö sen johdosta, että sydäntä ei tarvitse tehdä eikä asettaa paikoilleen. Toiseksi, ilman sydäntä olevat muuntajat muodostavat lähes lineaarisen magnetointikäyrän toisin kuin sy-5 dämellä varustetut muuntajat, joilla on laakiomainen magnetointikäyrä. Lähes lineaarinen magnetointikäyrä merkitsee sitä, että muuntajaa voidaan käyttää tehokkaasti paljon laajemmalla jännitealueella, jolloin se on tarkemmin valvottavissa, so. on mahdollista vaihdella jännitettä paljon laajemmalla alueella ilman laakiovaikutusta. Lisäetuna on se, että ilman sydäntä olevaa muuntajaa on helpompi jäähdyttää yksin-10 kertaisesti sen johdosta, että ei ole olemassa mitään sydäntä, joka tarjoaisi esteen jäähdyttäville väliaineille, jolloin muuntajan tehokkuus paranee.
Kaikkien edellä mainittujen laitteiden eräänä ominaispiirteenä on se, että juokseva väliaine kuumennetaan pääasiassa yhden ainoan menetelmän, so. lyhennetystä toi-siokäämistä tulevan konduktiovirran, avulla. Toisiokäämi on normaalisti tehty pien-15 vastuksisesta materiaalista, koska tätä vaaditaan tehokasta tehonsiirtoa varten. Pien-vastuksinen materiaali ei ole kuitenkaan ihanteellinen vastuskuumennuselementtiä varten, jonka yhteydessä suurvastuksinen materiaali on suositeltava.
US-patenttijulkaisussa 4 471 191 selostetaan juoksevan väliaineen kuumennuslaite, joka sisältää pääasiassa ilman sydäntä olevan muuntajan: ensiökäämin, joka ympäröi 20 säiliötä, jonka sisäosa on jaettu osastoihin metalli sylinterien välityksellä, jotka muodostavat väyliä, joiden kautta kuumennettava juokseva väliaine virtaa. Metalliren-kaiden tai -kierukoiden muodossa olevat toisiokäämit on asetettu säiliön sisään etäisyyden päähän sylintereistä.
Käytön yhteydessä ensiökäämi indusoi jännitteen toisiokäämiin tai -käämeihin, jot-25 ka ovat lyhennettyjä, niin että indusoitu virta synnyttää niissä lämpöä. Metallisylin-terit ovat myös induktiivisesti kuumennettuja ja toisiokäämistä tai -käämeistä ja sylintereistä tuleva lämpö kuumentaa säiliön kautta kulkevaa juoksevaa väliainetta.
Tämän sovellutuksen yhteydessä tuhlataan kuitenkin energiaa. Ensiksikin, ensiökäämi on asennettu säiliön ulkopuolelle ja siten se ei kykene avustamaan juoksevan 30 väliaineen jäähdytystä. Toiseksi, toisiokäämien ja metalli sylinterien samankeskinen asetus merkitsee sitä, että ensiö- ja toisiokäämien välinen magneettivuoliitäntä on kaukana ihanteellisesta ja että vuovuotoa esiintyy, mikä vähentää laitteen tehokkuutta. Kolmanneksi, toisiokäämi tai -käämit on lyhennetty sen sijaan että ne olisi liitetty kuormaan, jota vastuskuumennetaan toisiojännitteen avulla. Tämä järjestely sisältää 35 edellä mainitut haitat.
4 101574
Esillä olevan keksinnön eräänä lisätarkoituksena on siten taijota käyttöön juoksevan väliaineen kuumennuslaite, jonka yhteydessä voitetaan ainakin kaksi kolmasosaa edellä mainituista haitoista ja joka kykenee toimimaan suurella tehokkuudella verk-kotaajuutta käyttäen.
5 Esillä oleva keksintö tarjoaa käyttöön verkkovirralla toimivan juoksevan väliaineen kuumennuslaitteen, joka sisältää ilman sydäntä olevan muuntajan ja sähköä johtavan vaipan, jonka kautta kuumennettava väliaine käytön yhteydessä virtaa, tämän ilman sydäntä olevan muuntajan käsittäessä sähköä johtavasta materiaalista tehdyn ensimmäisen käämin asetettuna ainakin osittain sanotun vaipan ympärille kuitenkin 10 sähköisesti eristettynä siitä; sähköä johtavasta materiaalista tehdyn toisen käämin asetettuna ensiökäämin suhteen siten, että käytön yhteydessä ensiökäämissä virtaa-van vaihtovirran synnyttämä magneettivuo linkittää toisiokäämin ja indusoi siihen jännitteen; tämän toisiokäämin ollessa sähköisesti eristettynä ensiökäämistä, mutta sähköisesti liitettynä vaippaan, niin että käytön aikana tämä toiseen käämiin indusoi-15 tu jännite synnyttää virran, joka virtaa vaipan kautta kuumentaen tätä vaippaa vastuskuumennuksen avulla, jolloin sanottua vaippaa kuumentavat myös pyörrevirrat, jotka on indusoitu siihen ensiökäämityksessä virtaavan vaihtovirran avulla.
Vaippa, ensiökäämi ja toisiokäämi ovat kaikki samankeskisiä, ensiökäämin ollessa lähinnä vaippaa ja toisiokäämin ollessa kiedottuna ensiökäämin ulkopuolelle. Kui-20 tenkin järjestely, jossa ensiökäämi on kiedottu toisiokäämin ulkopuolen ympärille, olisi myös mahdollinen.
Moninkertaisia toisiokäämejä voidaan käyttää, jotka kumpikin tai kaikki on sarjaan-tai rinnakkainliitetty sähköisesti vaippaan.
Toisiokäämi voi olla muodoltaan putkimainen (se voi käsittää esimerkiksi kieruk-25 kamaisen tai kaksiseinäisen vaipan), toisiokäämin ollessa liitettynä vaippaan siten, että kuumennettava juokseva väliaine virtaa toisiokäämin kautta joko ennen virtaamistaan vaipan kautta tai sen jälkeen. Tämä juoksevan väliaineen virtauskuvio edes-auttaa toisiokäämin jäähdytystä sekä juoksevan väliaineen kuumennusta. Myös ensiökäämi voi olla muodoltaan putkimainen samaa tarkoitusta varten, mutta tämän on 30 havaittu olevan vähemmän suotavaa sen johdosta, että se sisältää rakenteellisia vaikeuksia käytännössä.
Seuraavassa selostetaan yksityiskohtaisesti vain esimerkin tavoin esillä olevan keksinnön erästä suositeltavaa sovellutusmuotoa oheiseen piirustukseen viitaten, jossa.
5 101574
Kuvio 1 esittää osittain pitkittäistä leikkauskuvantoa keksinnön mukaisesta laitteesta.
Kuvioon 1 viitaten laite 2 käsittää kaksikuorisen vaipan 3, jonka ympärille on kiedottu ensiökäämi 4; toisiokäämin 5 ollessa kiedottuna ensiökäämin 4 päälle.
5 Vaippa 3 on tehty metallista, jolla on edullisesti suhteellisen suuri sähkövastus.
On korostettava sitä, että vaippa ei toimi muuntajan sydämenä ja että siten ei ole olemassa tarvetta tehdä vaippaa ferromagneettisesta metallista. On kuitenkin edullista, jos vaippa tehdään ferromagneettisesta metallista, koska se parantaa laitteen te-hokerrointa parantamalla sen magnetointia. Eräänä sopivana vaippamateriaalina on 10 meltoteräs, joka täyttää kaikki edellä mainitut kriittiset vaatimukset.
Vaippa käsittää ulkoseinän 6 ja sisäseinän 7, lieriömäisen väylän 8 muodostuessa seinien väliin, jonka kautta juokseva väliaine virtaa laitteen ollessa käytössä. Väylän 8 yksi pää on liitetty juoksevan väliaineen suhteen tiiviin liitännän 9 välityksellä toisiokäämin 5 muodostavan kierukkaputken sisälle, väylän 8 toisen pään ollessa 15 liitettynä poistoputkeen 10.
Sisäseinän 7 sisällä oleva tila 12 on täytetty ilmalla, ja tämä tila voi sisältää metalli-sydämen, mutta tällaisen sydämen käytön ei ole kuitenkaan havaittu muuttavan huomattavammin laitteen suorituskykyä.
Vaippa voisi vaihtoehtoisesti olla yksiseinäinen edellyttäen, että kuumennettava 20 juokseva väliaine johtaa hyvin lämpöä, tai että vain suhteellisen pientä kuumennus-nopeutta vaaditaan. Vaipassa olevaa juoksevaa väliainetta kuumennetaan kuumennetuista seinistä tulevan konduktiolämmön avulla, ja siten vain näiden seinien kanssa kosketuksessa olevat juoksevan väliaineen kerrokset kuumentuvat suoraan, jolloin muu osa juoksevasta väliaineesta tulee kuumennetuksi juoksevassa väliaineessa 25 esiintyvän konduktion ja konvektion välityksellä. Siten väylän 8 pituus ja leveys on valittava ottaen huomioon kuumennettavan juoksevan väliaineen tyyppi, haluttu * länpötilanousu juoksevassa väliaineessa ja haluttu virtausnopeus.
Ensiökäämin 4 kierrokset on tehty eristetystä johtimesta, joka on kiedottu välittömästi vaipan 3 ulkopinnalle, tämän johtimen ollessa asetettuna yhteen tai useampaan 30 etäisyyden päässä toisistaan olevaan kerrokseen käämin pituuden edellyttämällä tavalla. Johdin on tehty materiaalista, jolla on hyvä sähkönjohtavuus (esimerkiksi kuparista, alumiinista tai suprajohtimista). Ensiökäämin päät 11 voidaan liittää vaihto-verkkovirtaan (230 V, 50 Hz).
6 101574
Toisiokäämi 5 käsittää kierukkaputken tehtynä materiaalista, joka johtaa hyvin sekä lämpöä että sähköä (esimerkiksi kuparista tai alumiinista).
Toisiokäämi on kiedottu öljyvirtauslevyn 16 ympärille. Laite on asetettu suljetusti lämpöeristetyn säiliön 17 sisään. Ensiökäämiä 4 jäähdytetään öljyn avulla, jota 5 pumpataan säiliön ympäri pumpun (ei näy) välityksellä. Jäähdytysöljy pakotetaan kulkemaan ensiökäämin etäisyyden päässä toisistaan olevien kerrosten väliin ja sen jälkeen toisiokäämin ulkopinnan ympäri siirtäen lämpöä ensiökäämistä toisiokää-miin ja siten juoksevaan väliaineeseen, joka kiertää toisiokäämissä.
Kuitenkin, jos vaaditaan yksinkertaisempaa juoksevan väliaineen kuumennuslaitetta 10 ja hyväksytään pienempi lämpöteho (so. laitetta voidaan käyttää alhaisemmassa lämpötilassa), voidaan säiliö 17 ja jäähdytysöljy jättää pois ja jäähdyttää ensiökäämi yksinkertaisesti kietomalla toisiokäämi tiukasti ensiökäämin ympärille, jolloin ensiökäämi jäähdytetään konduktion avulla.
Kuten edellä on mainittu, on toisiokäämin yksi pää liitetty liitännän 9 välityksellä 15 vaipan 3 väylään 8, toisiokäämin toisen pään ollessa liitettynä juoksevan väliaineen syöttöjohtoon 14. Toisiokäämin kummatkin päät on liitetty sähköisesti vaippaan 3 minkä tahansa sopivan välineen, esimerkiksi liitännän 9 (joka käsittää sähkö- sekä juoksevan väliaineen liitännän) ja metallitulpan 15 välityksellä (joka toimii vain sähköliitäntänä).
20 Edellä selostettua laitetta käytetään seuraavalla tavalla. Kuumennettava juokseva väliaine (esimerkiksi vesi) syötetään putkimaiseen toisiokäämiin syöttöjohdon 14 kautta. Juokseva väliaine kulkee toisiokäämiä pitkin ja syötetään sen toisessa päässä vaipan 3 väylään 8 liitännän 9 välityksellä. Juokseva väliaine kulkee tämän jälkeen pitkin vaippaa 3 ja poistetaan poistoputkesta 10. On kuitenkin otettava huomioon, 25 että juoksevan väliaineen käänteinen virtaus (so. ensin väylän 8 ja sitten toisiokäämin kautta) olisi myös mahdollinen.
; Ensiökäämiin 4 syötetään (yksi- tai monivaiheista) vaihtoverkkovirtaa. Tämä virta saa aikaan magneettisen vuon, joka indusoi sähköjännitteen toisiokäämissä. Tämä indusoitu jännite aiheuttaa virran, joka kulkee vaipan 3 kautta sähköliitäntöjen 9 ja 30 15 välityksellä kuumentaen siten vaipan vastuskuumennuksen avulla. Vaippa muo dostaa toisin sanoen muuntajapiirin kuorman. On selvää, että vastukseltaan suhteellisen korkean metallivaipan käyttö on edullista, koska se maksimoi vastuskuumennuksen ja parantaa laitteen tehokerrointa.
7 101574
Jos vaippa on tehty metallista, se kuumennetaan myös pyörre virtojen avulla, jotka ensiökäämin vaihteleva magneettikenttä synnyttää. Tämä järjestely näkyy kuviossa 1, jossa ensiökäämit on asetettu vaipan ja toisiokäämien väliin, mutta se tapahtuu vähäisemmässä määrin, jos toisiokäämi on asetettu ensiökäämin ja vaipan väliin.
5 Vaipan lisäkuumennus suoritetaan hystereesihäviön avulla tapahtuvan hysteree-sikuumennuksen välityksellä.
Ensio- ja toisiokäämit pyrkivät myös kuumentumaan käytön aikana. Tämä kuumentuminen tapahtuu käämimetallin käämien kautta kulkevalle virralle tarjoaman vastuksen johdosta. Tavanomaisen muuntajakäytännön mukaisesti sähkönjohtavuudelle) taan hyvien metallien käyttö ensiö-ja toisiokäämejä varten minimoi tämän vastus-kuumennuksen. Myös laitteen ja/tai käytössä olevan jäähdytysjärjestelmän rakenne (kuten edellä on selostettu) on valittava siten, että ensiökäämi pidetään sopivalla käyttölämpötila-alueella.
Kuitenkin, jos putkimaista toisiokäämiä käytetään, jäähdyttää kuumennettava väliai-15 ne toisiokäämiä kulkiessaan sen kautta, ja uskotaankin, että voi olla edullista valita suhteellisen suurivastuksinen metalli (esimerkiksi teräs) toisiokäämiä varten, koska toisiokäämissä kehittynyttä lämpöä voidaan käyttää edullisesti juoksevan väliaineen kuumentamiseen.
Kun juokseva väliaine tulee vaippaan, tämä väliaine kuumenee edelleen vaipasta 20 tulevan konduktiolämmön johdosta. Koska juoksevaa väliainetta kuumennetaan vaipassa konduktion avulla, väylä 8 on sopivimmin verrattain kapea maksimaalisen kosketuksen aikaansaamiseksi juoksevan väliaineen ja vaipan välille.
On selvää, että edellä selostetun sovellutusmuodon mukainen laite syöttää lämpöä juoksevaan väliaineeseen useilla eri tavoilla: 25 1. Vaipan vastuskuumennuksen avulla.
2. Vaipan pyörrevirtaus-ja hystereesikuumennuksen avulla.
; 3. Ensiökäämin vastuskuumennuksen avulla, jolloin lämpö siirretään toisiokää- miin ensiökäämin jäähdytysjärjestelmän välityksellä.
4. Toisiokäämin vastuskuumennuksen avulla.
30
On selvää, että juokseva väliaine voitaisiin kuumentaa saattamalla se kulkemaan vain vaipan, mutta ei toisiokäämin kautta, vaikka tämä ratkaisu voisi olla epäedullinen siinä suhteessa, että toisiokäämi ei jäähtyisi eikä juokseva väliaine tulisi kuumennetuksi toisiokäämistä tulevan konduktiolämmön avulla.
8 101574
Edellä selostetun ratkaisun eräänä vaihtoehtona on se, että vaippa 3 tehdään putki-kierukan muotoiseksi, jonka kautta kuumennettava vesi virtaa.
Kuvion 1 mukainen laite koestettiin. Vaippa 3 tehtiin meltoraudasta, sen pituus oli 265 mm ja laajennettu läpimitta 60 mm, väylän 8 läpimitan ollessa noin 3 mm.
5 Ensiökäämi tehtiin 327 kierroksesta läpimitaltaan 3,75 mm olevaa kuparilankaa. Toisiokäämi käsitti 11,5 mm läpimittaisen kupariputken 13 kierrosta.
Ensiökäämi liitettiin seuraavasti verkkovirtaan: Jännite 230 V Taajuus 50 Hz 10 Virta 147,5 A Teho 29,7 kW Tehokerroin 0,874 lag Ensiökäämin lämpötila: 105-93 °C Hyötysuhde: 96 % 15 Laite toimi pysyvässä sähköisessä tilassa ja oli termisesti vakaa. Syöttölämpötilassa 15 °C olevaa vettä syötettiin laitteen kautta nopeudella noin 17,9 1/min, sen kulkiessa toisiokäämin ja sitten vaipan kautta ja lähtiessä poistoaukosta lämpötilassa 38 °C.
Koska kaikki laitteen synnyttämä lämpö siirretään veteen (vähemmän sähköjohti-mia, konduktiota ja säiliösateilyhäviöitä), laitteen hyötysuhde on > 95 %.
20 Teolliset käyttösovellutukset
Kaupallista tai teollista käyttöä varten edellä mainittu laite varustettaisiin säätimillä, jotka mahdollistavat juoksevan väliaineen poistolämpötilan esivalinnan tai muuttamisen tarpeen vaatiessa, ja paineanturilla tai virtausnopeusilmaisimella, jotka käyn-nistävät tehonsyötön laitteeseen juoksevan väliaineen virtauksen alkaessa ja lopetta-25 vat sen juoksevan väliaineen virtauksen loppuessa tai laskiessa alle turvallisen minimiarvon.
Laite voidaan suunnitella toimivaksi korkeissa paineissa ja sitä voidaan käyttää muodostamaan höyryä esimerkiksi höyrykattiloiden sijasta.
9 101574
Laitteet on suunniteltu toimimaan jännitteillä 230 V ja 400 V, tehon ollessa alueella 6-40 kW, mutta ne voidaan suunnitella toimintaa varten myös näiden arvoalueiden ulkopuolella.
Claims (11)
1. Verkkotaajuudella sähköisesti toimiva juoksevan väliaineen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että kuumennuslaite sisältää ilman sydäntä olevan muuntajan ja sähköä johtavan vaipan (3), jonka kautta kuumennettava juokseva väliaine virtaa käytön 5 aikana; sanotun ilman sydäntä olevan muuntajan käsittäessä sähköä johtavasta materiaalista tehdyn ensiökäämin (4), joka on sovitettu ainakin osittain ympäröimään vaippaa (3), mutta on sähköisesti eristetty siitä, sähköä johtavasta materiaalista tehdyn toisiokäämin (5), joka ensiökäämin suhteen on sovitettu siten, että ensiökäämis-sä käytön aikana viilaavan vaihtovirran synnyttämä magneettivuo linkittää toi-10 siokäämin (5) ja indusoi siihen jännitteen; toisiokäämin (5) ollessa sähköisesti eristetty ensiökäämistä (4), mutta sähköisesti liitetty vaippaan (3) siten, että toisiokää-missä (5) käytön aikana indusoitu jännite saa aikaan virran, joka kulkee vaipan (3) kautta kuumentaen sitä vastuskuumennuksen avulla, jolloin vaippaa kuumentavat myös ensiökäämin (4) siihen indusoimat pyörrevirrat.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että toisio- käämi (5) on muodostettu kahdesta tai useammasta osasta, joista jokainen on sähköisesti liitetty vaippaan (3).
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että toisio-käämi (5) on muodoltaan putkimainen ja liitetty vaippaan (3) siten, että kuumennet- 20 tava juokseva väliaine virtaa toisiokäämin (5) kautta ennen virtaamistaan vaipan (3) kautta tai sen jälkeen, jolloin juoksevaa väliainetta kuumennetaan muuntajakuumen-nuksen avulla.
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että vaippa (3), ensiökäämi (4) ja toisiokäämi (5) ovat kaikki samankeskisiä.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että vaippaa (3) ympäröi ainakin osittain ensiökäämi (4), jota ympäröi ainakin osittain toisio-: käämi (5).
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että vaippa (3) on tehty sähköä johtavasta materiaalista, jolla on suuri vastus.
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuumennuslaite, tunnettu sii tä, että ensiö- (4) ja toisiokäämi (5) on tehty sähköä johtavasta materiaalista, jolla on pieni vastus. Π 101574
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että vaippa (3) sisältää kaksi kuorta ja että kuumennettava väliaine virtaa näiden kuorien välissä.
9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että en-siökäämi (4) jäähdytetään käytön aikana öljyn pakkokierrätyksen avulla, jolloin tätä 5 öljyä kierrätetään myös toisiokäämin (5) kautta lämmön siirtämiseksi ensiökäämistä (4) toisiokäämiin (5).
10. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että toi-siokäämi (5) on fyysisessä kosketuksessa ensiökäämin (4) ulkokerrokseen mutta sähköisesti eristettynä siitä siten, että ensiökäämi jäähdytetään käytön aikana toisio- 10 käämiin tapahtuvan konduktion avulla.
10 101574
11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kuumennuslaite, tunnettu siitä, että ensiö- (4) ja toisiokäämit (5) on tehty kuparista ja vaippa (3) meltoraudasta.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NZ23384190 | 1990-05-29 | ||
| NZ233841A NZ233841A (en) | 1990-05-29 | 1990-05-29 | Continuous flow transformer water heater |
| PCT/AU1991/000226 WO1991019138A1 (en) | 1990-05-29 | 1991-05-23 | Apparatus for heating a fluid |
| AU9100226 | 1991-05-23 |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI925402A0 FI925402A0 (fi) | 1992-11-27 |
| FI925402A FI925402A (fi) | 1992-11-27 |
| FI101574B true FI101574B (fi) | 1998-07-15 |
| FI101574B1 FI101574B1 (fi) | 1998-07-15 |
Family
ID=19923257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI925402A FI101574B1 (fi) | 1990-05-29 | 1992-11-27 | Laite juoksevan väliaineen kuumentamista varten |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5216215A (fi) |
| EP (1) | EP0530288B1 (fi) |
| JP (1) | JP3240384B2 (fi) |
| KR (1) | KR0177829B1 (fi) |
| CN (1) | CN1026150C (fi) |
| AT (1) | ATE125617T1 (fi) |
| AU (1) | AU644883B2 (fi) |
| BG (1) | BG60656B1 (fi) |
| BR (1) | BR9106482A (fi) |
| CA (1) | CA2083370C (fi) |
| DE (1) | DE69111602T2 (fi) |
| DK (1) | DK0530288T3 (fi) |
| ES (1) | ES2074717T3 (fi) |
| FI (1) | FI101574B1 (fi) |
| HU (1) | HU214893B (fi) |
| IN (1) | IN179036B (fi) |
| NO (1) | NO180555C (fi) |
| NZ (1) | NZ233841A (fi) |
| PL (1) | PL168284B1 (fi) |
| RO (1) | RO109264B1 (fi) |
| WO (1) | WO1991019138A1 (fi) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5569329A (en) * | 1995-06-06 | 1996-10-29 | Carbomedics, Inc. | Fluidized bed with uniform heat distribution and multiple port nozzle |
| AU2181797A (en) * | 1996-03-15 | 1997-10-01 | Bbmr Limited | An inductive fluid heater |
| US6078032A (en) * | 1998-08-07 | 2000-06-20 | Bmg Holdings, Llc | Hot water beverage maker with voltage transformer type water heating unit |
| US6512212B1 (en) | 2000-10-30 | 2003-01-28 | Thermomedics International Inc. | Heater with removable cartridge |
| US6536110B2 (en) * | 2001-04-17 | 2003-03-25 | United Technologies Corporation | Integrally bladed rotor airfoil fabrication and repair techniques |
| US6781100B2 (en) * | 2001-06-26 | 2004-08-24 | Husky Injection Molding Systems, Ltd. | Method for inductive and resistive heating of an object |
| US6717118B2 (en) * | 2001-06-26 | 2004-04-06 | Husky Injection Molding Systems, Ltd | Apparatus for inductive and resistive heating of an object |
| TWI239380B (en) * | 2001-12-31 | 2005-09-11 | Jiun-Guang Luo | Method and device for efficiently heating water |
| US7279665B2 (en) * | 2003-07-02 | 2007-10-09 | Itherm Technologies, Lp | Method for delivering harmonic inductive power |
| US7034263B2 (en) * | 2003-07-02 | 2006-04-25 | Itherm Technologies, Lp | Apparatus and method for inductive heating |
| DE10350064A1 (de) * | 2003-10-27 | 2005-06-16 | Albert Thomann | Kaffeemaschine |
| US8803044B2 (en) * | 2003-11-05 | 2014-08-12 | Baxter International Inc. | Dialysis fluid heating systems |
| EP1726947A1 (en) * | 2005-04-20 | 2006-11-29 | Sika Technology AG | device and method for ultrasonically determining the dynamic elastic modulus of a material |
| JP2007128751A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Tokuden Co Ltd | 流体加熱装置及びその装置を使用した熱媒体通流ローラ装置 |
| CN100383467C (zh) * | 2006-04-10 | 2008-04-23 | 李国水 | 变频电磁感应即热式热水器 |
| US7731689B2 (en) | 2007-02-15 | 2010-06-08 | Baxter International Inc. | Dialysis system having inductive heating |
| US8071914B2 (en) * | 2007-12-26 | 2011-12-06 | Noboru Oshima | Heating apparatus |
| FR2942301A1 (fr) | 2009-02-18 | 2010-08-20 | Elka S A | Installation de preparation instantanee d'eau chaude |
| JP5024736B2 (ja) * | 2009-10-15 | 2012-09-12 | 住友電気工業株式会社 | 発電システム |
| CN102235740A (zh) * | 2010-05-04 | 2011-11-09 | 赵放 | 感应螺旋式低碳流体电加热器及其制造方法 |
| US8269592B1 (en) * | 2010-05-05 | 2012-09-18 | Lockheed Martin Corporation | Pulse transformer |
| US10704803B2 (en) * | 2011-04-28 | 2020-07-07 | Seven International Group, Inc. | Infrared water heater |
| CN102673913B (zh) * | 2011-07-28 | 2014-05-14 | 李智 | 一种储油罐复合电磁感应加热器 |
| ES2453016B1 (es) * | 2012-10-03 | 2015-01-20 | Lucas FERNÁNDEZ RIBAO | Emisor térmico eléctrico por inducción |
| ES2452990B1 (es) * | 2013-06-03 | 2015-01-20 | Lucas FERNÁNDEZ RIBAO | Aparato accesorio para calentamiento por inducción de un radiador o convector |
| DE102013211579A1 (de) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Behr Gmbh & Co. Kg | Wärmetauschereinrichtung und Heizvorrichtung |
| DE102013211581A1 (de) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heizvorrichtung |
| CN104807172A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-29 | 北京化工大学 | 一种即热式电磁加热节能热水器 |
| IT201900009381A1 (it) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | Rheavendors Services Spa | Dispositivo riscaldatore a passaggio d'acqua configurato per riscaldare acqua in una macchina per la preparazione e l'erogazione di bevande |
| CN110360747A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-22 | 中山市乐喜电子科技有限公司 | 一种热水器用电磁发热体组件 |
| WO2021020527A1 (ja) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | 幸春 宮村 | 発熱体の製造方法、発熱体および加熱ユニット |
| CN110933792B (zh) * | 2019-12-04 | 2022-03-08 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种变压器灭火真型试验绝缘油加热***及方法 |
| IL309685A (en) * | 2021-06-22 | 2024-02-01 | Shitrit Yoav Ben | System and methods for heating water |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1513087A (en) * | 1922-03-29 | 1924-10-28 | Nat Electric Water Heater Comp | Electric heater |
| US1656518A (en) * | 1926-08-23 | 1928-01-17 | William J Hammers | Electric water heater |
| US1918637A (en) * | 1929-11-29 | 1933-07-18 | Ig Farbenindustrie Ag | Electric heater for circulating fluids |
| US2407562A (en) * | 1942-08-17 | 1946-09-10 | Einar G Lofgren | Induction heater |
| GB1415504A (en) * | 1972-05-26 | 1975-11-26 | Apv Paralec Ltd | Coreless induction furnace refining and melting apparatus and processes |
| GB1557590A (en) * | 1976-10-25 | 1979-12-12 | Secr Defence | Gas thrusters |
| DE3022068A1 (de) * | 1980-06-12 | 1981-12-24 | Erhard 7000 Stuttgart Pauls | Geraet zum erwaermen fluessiger oder gasfoermiger medien |
| SE442696B (sv) * | 1981-09-24 | 1986-01-20 | Asea Ab | Anordning for vermning av gas- eller vetskeformiga media |
| US4602140A (en) * | 1984-11-01 | 1986-07-22 | Mangels Industrial S.A. | Induction fluid heater |
| JPH0760017B2 (ja) * | 1986-07-07 | 1995-06-28 | チッソエンジニアリング株式会社 | 電気流体加熱器 |
| CA1253556A (fr) * | 1986-10-01 | 1989-05-02 | Richard J. Marceau | Un chauffe-fluide comprenant un noyau magnetique non conducteur ayant un enroulement primaire de fils conducteurs d'electricite |
| GB2219715B (en) * | 1988-06-07 | 1992-05-06 | Eastern Electricity Board | Induction heater |
-
1990
- 1990-05-29 NZ NZ233841A patent/NZ233841A/xx unknown
-
1991
- 1991-05-20 US US07/703,295 patent/US5216215A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-23 AT AT91910309T patent/ATE125617T1/de not_active IP Right Cessation
- 1991-05-23 DK DK91910309.3T patent/DK0530288T3/da active
- 1991-05-23 AU AU79062/91A patent/AU644883B2/en not_active Ceased
- 1991-05-23 EP EP91910309A patent/EP0530288B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-23 CA CA002083370A patent/CA2083370C/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-23 JP JP50947591A patent/JP3240384B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-23 PL PL91296934A patent/PL168284B1/pl not_active IP Right Cessation
- 1991-05-23 WO PCT/AU1991/000226 patent/WO1991019138A1/en active IP Right Grant
- 1991-05-23 ES ES91910309T patent/ES2074717T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-23 KR KR1019920702849A patent/KR0177829B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-05-23 DE DE69111602T patent/DE69111602T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-23 BR BR919106482A patent/BR9106482A/pt not_active IP Right Cessation
- 1991-05-23 HU HU9203658A patent/HU214893B/hu not_active IP Right Cessation
- 1991-05-23 RO RO92-01459A patent/RO109264B1/ro unknown
- 1991-05-27 IN IN403MA1991 patent/IN179036B/en unknown
- 1991-05-28 CN CN91103676.8A patent/CN1026150C/zh not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-10-21 BG BG97004A patent/BG60656B1/bg unknown
- 1992-11-18 NO NO924439A patent/NO180555C/no not_active IP Right Cessation
- 1992-11-27 FI FI925402A patent/FI101574B1/fi not_active IP Right Cessation
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI101574B (fi) | Laite juoksevan väliaineen kuumentamista varten | |
| US4855552A (en) | Fluid heating device incorporating transformer secondary winding having a single electrical turn and cooling means optimized for heat transfer | |
| US5350901A (en) | Electromagnetic induction steam generator | |
| JP5654791B2 (ja) | 過熱水蒸気生成装置 | |
| CN105485891A (zh) | 闭合磁路感应加热器 | |
| JP2004205146A (ja) | 蒸気発生装置 | |
| CN205351730U (zh) | 闭合磁路感应加热器 | |
| WO2019039960A1 (ru) | Электрический парогенератор | |
| JPH09178103A (ja) | 誘導加熱式過熱蒸気発生器 | |
| KR101966400B1 (ko) | 자기유도열을 이용한 유체 보일러 | |
| RU2736270C1 (ru) | Электрический пароперегреватель | |
| RU2074529C1 (ru) | Индукционной нагреватель жидкости | |
| Curran et al. | Electric-induction fluid heaters | |
| RU2797032C1 (ru) | Индукционный нагреватель текучих сред | |
| RU86832U1 (ru) | Индукционный нагреватель текучих сред | |
| RU2301507C2 (ru) | Индуктивно-кондуктивный нагреватель жидкости | |
| RU203050U1 (ru) | Одноёмкостный индукционный нагреватель жидкостей | |
| RU223969U1 (ru) | Индукционный нагреватель текучих сред | |
| RU2752986C1 (ru) | Электрический парогенератор | |
| RU206564U1 (ru) | Индукционный нагреватель текучих сред | |
| RU177512U1 (ru) | Индукционный нагреватель с разделенной обмоткой | |
| RU2736334C2 (ru) | Способ преобразования электрической энергии в тепловую энергию и устройство электрического нагревателя с использованием способа | |
| RU2043577C1 (ru) | Индукционный электрокотел в.ф.короля | |
| NZ505425A (en) | The instantaneous production of hot water using an induction heating principal when water flows through the device | |
| SU1064961A1 (ru) | Дистилл тор |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GB | Transfer or assigment of application |
Owner name: TRANSFLUX HOLDINGS LIMITED |
|
| MA | Patent expired |