RU2094959C1 - Fluid medium electric heater - Google Patents
Fluid medium electric heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2094959C1 RU2094959C1 RU96101890A RU96101890A RU2094959C1 RU 2094959 C1 RU2094959 C1 RU 2094959C1 RU 96101890 A RU96101890 A RU 96101890A RU 96101890 A RU96101890 A RU 96101890A RU 2094959 C1 RU2094959 C1 RU 2094959C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inductor
- piping
- electric heater
- fluid medium
- pipeline
- Prior art date
Links
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к приборам для нагрева текучих сред и может быть использовано для нагрева жидкостей и газов в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения для помещений жилого, производственного и непроизводственного назначения. The invention relates to devices for heating fluids and can be used for heating liquids and gases in heating systems and hot water for residential, industrial and non-industrial premises.
Известен электронагреватель текучей среды [1] содержащий корпус с крышкой и днищем с отверстиями для подачи и отвода воды. В нижней внутренней части корпуса расположены электронагревательные элементы ТЭНы. Основным недостатком электронагревателей такого типа является быстрый выход из строя ТЭНов при их перегреве в случае образования накипи, перенапряжений и, как следствие, низкая надежность электронагревателя. Known electric heater fluid [1] comprising a housing with a lid and a bottom with holes for supplying and discharging water. In the lower inner part of the housing are electric heating elements. The main disadvantage of electric heaters of this type is the rapid failure of the heating elements during their overheating in the event of scale formation, overvoltage and, as a result, low reliability of the electric heater.
Известен проточный электронагреватель, содержащий трубопровод, в котором размещен индуктор, снабженный электроизолированным кожухом и подключенный к источнику тока [2] Данный нагреватель не обеспечивает оптимальный температурный режим текучей среды вследствие отсутствия регулятора температуры. Known flow electric heater containing a pipe in which an inductor is placed, equipped with an electrically insulated casing and connected to a current source [2] This heater does not provide optimal temperature conditions of the fluid due to the absence of a temperature controller.
Известен также электронагреватель текучей среды [3] содержащий трубопровод, индуктор в электроизоляционном кожухе, размещенный на трубопроводе, источник тока, силовой и управляющий блоки. Also known is a fluid electric heater [3] comprising a pipeline, an inductor in an insulating casing located on the pipeline, a current source, power and control units.
Данное устройство не обеспечивает необходимую производительность для горячего водоснабжения и требуемые температурные режимы в теплосистемах вследствие того, что значительная часть магнитного потока, создаваемого индуктором, замыкается по воздуху и в материале электроизоляционного кожуха и не используется для нагрева текучей среды. Данный электронагреватель принят в качестве прототипа. This device does not provide the necessary performance for hot water supply and the required temperature conditions in heating systems due to the fact that a significant part of the magnetic flux generated by the inductor is closed through the air and in the material of the insulating casing and is not used to heat the fluid. This electric heater is adopted as a prototype.
Техническая задача изобретения повышение производительности электронагревателя. Технический результат достигается тем, что электронагреватель текучей среды, как и прототип, содержит трубопровод, индуктор в корпусе и источник тока, в отличии от прототипа индуктор установлен внутри трубопровода с зазором, корпус индуктора с размещенной в нем катушкой индуктивности выполнен из магнитопроводящего материала и представляет собой замкнутую поверхность со сквозным центральным отверстием. Еще одно отличие заключается в том, что параллельно трубопроводу с размещенным в нем индуктором подключены конверторы отопления и нагревательный элемент накопителя горячей воды. An object of the invention is to increase the productivity of an electric heater. The technical result is achieved in that the fluid electric heater, like the prototype, contains a pipeline, an inductor in the housing and a current source, unlike the prototype, the inductor is installed inside the pipeline with a gap, the inductor housing with the inductor placed in it is made of a magnetically conductive material and is closed surface with a through central hole. Another difference is that in parallel with the pipeline with the inductor placed in it, the heating converters and the heating element of the hot water storage are connected.
На чертеже изображена конструкция и структурная схема электронагревателя текучей среды. The drawing shows the design and structural diagram of a fluid electric heater.
Электронагреватель содержит "прямой" 1 и "обратный" 2 участки трубопровода для подвода и отвода текучей среды, трубопровод-емкость 3 (далее емкость) с установленным внутри индуктором 4. Индуктор 4 выполнен в виде составных внутреннего 5 и внешнего 6 сердечников, стенки которых соединены между собой в торцевом сечении со стороны выходного отверстия емкости 3 и между которыми расположены обмотки индуктора 7. Со стороны входных отверстий емкости 3 стенки внутреннего 5 и внешнего 6 сердечников могут быть соединены с днищем емкости 3, центральное входное отверстие емкости 3 расположено в центре торцевого сечения внутреннего сердечника 5, периферийные входные отверстия расположены в днище емкости по периметру между боковыми стенками емкости 3 и внешнего сердечника 6 индуктора 4. Все входные отверстия емкости 3 объединены между собой и подключены к "обратному" участку 2 трубопровода. Выходное отверстие емкости 3 расположено в центре крышки емкости и подключено к "прямому" участку 1 трубопровода. Между "прямым" 1 и "обратным" 2 участками трубопровода параллельно подключены конверторы 8 отопления и нагреватель горячей воды змеевик 9, расположенный в нижней части накопителя горячей воды. Трубопровод 11 источника водоснабжения через счетчик 12 холодной воды подключен к входному отверстию днища накопителя 10 и к распределителю холодной воды потребителя. Устройство управления индуктором 4 состоит из источника питания 13 промышленной частоты, подключенного через счетчик электрической энергии 14 и регулятор температуры 15 к выводам катушки индуктивности 7. Ко входу обратной связи регулятора 15 подключен датчик температуры 16, расположенный в нижней части "обратного" участка трубопровода 2, ко входу задания регулятора 15 подключен блок задания температуры 17. Устройство контроля содержит вычислитель 18, информационный входы которого подключены к выходам блока 17 задания температуры, датчик температуры 16, счетчика электрической энергии 14 и счетчика холодной воды 12. Управляющие выходы вычислителя 18 подключены к печатающему устройству 19 и блоку сигнализации 20. The electric heater contains a “direct” 1 and a “return” 2 sections of the pipeline for supplying and discharging fluid, a pipeline-tank 3 (hereinafter referred to as the tank) with an inductor 4 installed inside. The inductor 4 is made in the form of composite internal 5 and external 6 cores, the walls of which are connected between each other in the end section from the side of the outlet of the vessel 3 and between which the windings of the inductor 7 are located. From the side of the inlets of the vessel 3, the walls of the inner 5 and outer 6 cores can be connected to the bottom of the vessel 3, the central input the opening of the vessel 3 is located in the center of the end section of the inner core 5, the peripheral inlet openings are located in the bottom of the vessel around the perimeter between the side walls of the vessel 3 and the outer core 6 of the inductor 4. All the inlet openings of the vessel 3 are interconnected and connected to the “reverse” section 2 the pipeline. The outlet of the container 3 is located in the center of the container cover and is connected to the “straight” section 1 of the pipeline. Between the “direct” 1 and “reverse” 2 sections of the pipeline, heating converters 8 and a hot water heater coil 9 located in the lower part of the hot water storage tank are connected in parallel. The pipeline 11 of the water supply source through the counter 12 of cold water is connected to the inlet of the bottom of the accumulator 10 and to the consumer cold water distributor. The control device of the inductor 4 consists of a power source 13 of industrial frequency connected through an electric energy meter 14 and a temperature controller 15 to the terminals of the inductor 7. A temperature sensor 16 is located at the feedback input of the controller 15, located at the bottom of the “reverse” section of the pipeline 2, a temperature setting unit 17 is connected to the input of the controller 15; the control device contains a computer 18, the information inputs of which are connected to the outputs of the temperature setting unit 17, a temperature sensor rounds 16, an electric energy meter 14 and a cold water meter 12. The control outputs of the calculator 18 are connected to a printing device 19 and an alarm unit 20.
При работе электронагревателя ток от источника питания 13, протекая по катушке индуктивности 7, создает вихревые токи в сердечниках 5, 6 индуктора 4 и части днища емкости 3, от которых нагревается текучая среда, находящаяся в емкости 3. Толщина стенок сердечников 5, 6 определяется глубиной проникновения магнитного поля, создаваемого катушкой 7 в магнитопроводящем материале и записывается уравнением [4]
6
где ω круговая частота колебаний магнитного поля, w = 2πf для F 50 Гц ω 314 1/с;
g электропроводность материала корпуса индуктора;
ma магнитная проницаемость материала корпуса индуктора.When the heater is operating, the current from the power source 13, flowing through the inductor 7, creates eddy currents in the cores 5, 6 of the inductor 4 and the bottom part of the tank 3, from which the fluid in the tank 3 is heated. The thickness of the walls of the cores 5, 6 is determined by the depth the penetration of the magnetic field created by the coil 7 in the magnetically conductive material and is written by the equation [4]
6
where ω is the circular frequency of the oscillations of the magnetic field, w = 2πf for F 50 Hz ω 314 1 / s;
g conductivity of the material of the inductor body;
m a the magnetic permeability of the material of the inductor housing.
В результате протекания индуцированного тока в сердечниках 5, 6 происходит нагрев слоя Δl магнитопроводящего материала корпуса индуктора 4 непосредственно индуцированным током, гистерезисными явлениями в материале, тепловой передачей от обмотки катушки индуктивности 7 индуктора 4. As a result of the flow of the induced current in the cores 5, 6, the layer Δl of the magnetically conductive material of the body of the inductor 4 is heated by directly induced current, hysteresis phenomena in the material, and heat transfer from the winding of the inductor 7 of the inductor 4.
Значение мощности, расходуемый на нагрев корпуса индуктора 4 при проникновении в магнитопроводящий материал электромагнитного поля определяется выражением
Pэм= I
где I1, I2 действующие значения индуцированного тока в сердечниках 5, 6;
Rпов1, Rпов2 удельные поверхности сопротивления слоя μl проникновения магнитного поля в материал сердечников 5, 6 [4]
,
где k1.2 коэффициент пропорциональности, равный отношению периметра сердечника к его длине.The value of power spent on heating the housing of the inductor 4 when penetrating into the magnetically conductive material of an electromagnetic field is determined by the expression
P em = I
where I 1 , I 2 the effective values of the induced current in the cores 5, 6;
R pov1 , R pov2 specific surface resistance of the layer μl of magnetic field penetration into the core material 5, 6 [4]
,
where k 1.2 is the coefficient of proportionality equal to the ratio of the perimeter of the core to its length.
Мощность потерь Pгист на гистерезис при фиксированной частоте колебаний магнитного поля пропорциональна произведению коэффициента силы и значению остаточной магнитной индукции перемагничивания материала сердечника и составляет 1-2: от величины Pэм.Power dissipation P hist hysteresis at a fixed frequency of the magnetic field oscillation is proportional to the product of the power factor and the value of remanence magnetization reversal of the core material and is 1-2: from value P um.
Тепловую мощность, выделяемую обмоткой индуктивности 7 индуктора 4 можно оценивать выражением
Pобм=I2Rобм (4)
где I действующее значение тока в обмотке 7;
Rобм активное сопротивление обмотки индуктивности 7.The thermal power released by the inductance winding 7 of the inductor 4 can be estimated by the expression
P rpm = I 2 R rpm (4)
where I is the effective current value in the winding 7;
R ohm inductance of the inductance winding 7.
В итоге, количество теплоты, выделяемое корпусом индуктора 4, в данном случае, сердечниками 5 и 6 определяется суммарной мощностью
P=Pэм+Pгист+Pобм (5)
Величина зазора между корпусом индуктора 4 и стенкой трубопровода-емкости 3 выбрана из условия максимальной теплоотдачи от корпуса индуктора текучей среды.As a result, the amount of heat generated by the body of the inductor 4, in this case, the cores 5 and 6 is determined by the total power
P = P em + P hist + P rpm (5)
The gap between the body of the inductor 4 and the wall of the pipe-tank 3 is selected from the condition of maximum heat transfer from the body of the inductor of the fluid.
При этом создается перепад температур между слоями среды, находящимися в области верхнего и нижних отверстий емкости 3, обеспечивающий протекание текучей среды по замкнутым контурам, образованным следующим образом: "прямой" участок 1 трубопровода конвекторы отопления 8 змеевик 9 "обратный" участок 2 трубопровода. Датчик температуры 16, установленный непосредственно на "обратном" участке 2 трубопровода формирует сигнал обратной связи. В соответствии с разностью значений текущей и заданной температур от блока 17 задания, регулятор 15 по пропорциональному интегральному закону регулирует величину тока в катушке индуктивности 7, а, следовательно, и нагрев текучей среды в емкости 3. Теплота, выделяемая нагретой текучей средой в нагревательном элементе 9, обеспечивает нагрев воды в накопителе 10. Счетчик холодной воды 12 осуществляет измерение объема расходуемой потребителем холодной воды. Счетчик электрической энергии 14 регистрирует потребляемую электронагревателем мощность. Вычислитель 18 осуществляет считывание и хранение в течение определенного времени данных о расходе воды и потребляемой энергии и выдает необходимые данные на печатающее устройство 19. Кроме того, вычислитель 18 анализирует скорость нарастания температуры текучей среды и трубопровода и в случае превышения допустимых значений формирует сигнал управления для блока сигнализации 20. This creates a temperature difference between the layers of the medium located in the region of the upper and lower openings of the tank 3, which allows the fluid to flow through closed loops formed as follows: “direct” section 1 of the pipeline heating convectors 8 coil 9 “return” section 2 of the pipeline. The temperature sensor 16, mounted directly on the "reverse" section 2 of the pipeline generates a feedback signal. In accordance with the difference between the values of the current and set temperatures from the task unit 17, the controller 15 proportionally regulates the current in the inductor 7 and, consequently, the heating of the fluid in the tank 3. The heat generated by the heated fluid in the heating element 9 , provides heating of water in the drive 10. The counter of cold water 12 measures the amount of cold water consumed by the consumer. The electric energy meter 14 registers the power consumed by the electric heater. The computer 18 reads and stores data on the flow of water and energy consumed for a certain time and provides the necessary data to the printing device 19. In addition, the computer 18 analyzes the rate of rise of the temperature of the fluid and the pipeline and, if the permissible values are exceeded, generates a control signal for the unit alarm 20.
Поскольку поверхность соприкосновения корпуса индуктора с текучей средой увеличивается как минимум в два раза, то возрастает интенсивность нагрева текучей среды. Поэтому предлагаемая конструкция электронагревателя обладает по сравнению с прототипом повышенной производительностью. Кроме того, выполнение части трубопровода в виде накопителей емкости позволяет оптимизировать температурные режимы в теплоснабжении и улучшить график энергопотребления нагревателями данного типа. Since the contact surface of the inductor body with the fluid increases at least twice, the intensity of heating of the fluid increases. Therefore, the proposed design of the electric heater has increased productivity compared to the prototype. In addition, the implementation of part of the pipeline in the form of storage tanks allows you to optimize temperature conditions in heat supply and improve the energy consumption schedule of this type of heaters.
Литература. Literature.
1. Квятковский С. Ф. и др. Бытовые электронагревательные приборы. М. Энергоатомиздат, 1987, с. 66 70. 1. Kvyatkovsky S. F. et al. Household electric heaters. M. Energoatomizdat, 1987, p. 66 70.
2. Авторское свидетельство СССР N 117388, кл F 24 H 1/00, 1959. 2. USSR author's certificate N 117388, class F 24 H 1/00, 1959.
3. Патент Российской Федерации N 2018061, кл. F 24 H 1/20, 9/20, H 05 B 6/06, 1994. 3. Patent of the Russian Federation N 2018061, cl. F 24 H 1/20, 9/20, H 05 B 6/06, 1994.
4. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля. М. Энергия, 1968, с. 279 282. 4. Govorkov V. A. Electric and magnetic fields. M. Energy, 1968, p. 279,282.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96101890A RU2094959C1 (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Fluid medium electric heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96101890A RU2094959C1 (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Fluid medium electric heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2094959C1 true RU2094959C1 (en) | 1997-10-27 |
RU96101890A RU96101890A (en) | 1997-11-10 |
Family
ID=20176395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96101890A RU2094959C1 (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Fluid medium electric heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2094959C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522097C2 (en) * | 2011-04-07 | 2014-07-10 | Александр Михайлович Сосновский | Concrete heating method, electric heater for implementation of method, inductive heating element of electric heater and method for heating element manufacturing |
RU2823515C1 (en) * | 2024-01-24 | 2024-07-23 | Борис Григорьевич Белецкий | Heat generator |
-
1996
- 1996-01-31 RU RU96101890A patent/RU2094959C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Квятковский С.Ф. и др. Бытовые электронагревательные приборы. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 66 - 70. Авторское свидетельство СССР N 117388, кл. F 24 H 1/00, 1959. Патент РФ N 2018061, кл. F 24 H 1/20, 1994. Говорков В.А. Электрические и магнитные поля. - М.: Энергия, 1968, с. 279 - 282. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2522097C2 (en) * | 2011-04-07 | 2014-07-10 | Александр Михайлович Сосновский | Concrete heating method, electric heater for implementation of method, inductive heating element of electric heater and method for heating element manufacturing |
RU2823515C1 (en) * | 2024-01-24 | 2024-07-23 | Борис Григорьевич Белецкий | Heat generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1417444B1 (en) | System and method for rapid heating of fluid | |
JP3240384B2 (en) | Fluid heating device | |
KR100762950B1 (en) | Induction boiler | |
JP2010255865A (en) | Heating device and hot water supply device | |
CN104781616B (en) | The induction heating equipment of water heater and the water heater equipped with this kind of equipment | |
CN102384577B (en) | Three-phase power frequency electromagnetic dual induction heating device for liquid and method thereof | |
CN101086457B (en) | Method and device for fluid flow parameters determination | |
RU2094959C1 (en) | Fluid medium electric heater | |
CN205351730U (en) | Closed magnetic circuit induction heater | |
CN203249380U (en) | Electromagnetic water boiler with ultrasonic frequency | |
JP3112137B2 (en) | High frequency electromagnetic induction heater | |
RU2400944C1 (en) | Vortex induction heater and heating device for premises | |
RU180381U1 (en) | DEVICE FOR INDUCTION HEATING | |
GB2577929A (en) | Point-of-use induction water heater | |
CN211119619U (en) | Heat accumulating type electromagnetic heating control system | |
KR20180038860A (en) | Induction heating boiler having a double structure | |
JPH0949660A (en) | Fluid-heating heater unit | |
Curran et al. | Electric-induction fluid heaters | |
CN214223421U (en) | High-frequency electromagnetic water heater | |
CN207741368U (en) | A kind of attemperater | |
RU86832U1 (en) | FLUID INDUCTION HEATER | |
RU2074529C1 (en) | Induction electric heater for liquid | |
JPH0992449A (en) | Induction heater | |
JPH09178102A (en) | Induction heating type steam generator | |
RU21709U1 (en) | INDUCTION LIQUID HEATER |