ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2018061

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Имя изобретателя: Стрелков В.И.; Лепехин В.И. 
Имя патентообладателя: Стрелков Владимир Иванович
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1991.12.05 

Использование: для нагрева жидкостей и газов, в быту для нагрева воды. Сущность изобретения: электронагреватель текучей среды выполнен из закрепленного на трубопроводе (стальном) индуктора в виде по меньшей мере трех катушек индуктивности 4, 5, 6. Первая 4 и вторая 5 катушки индуктивностей индуктора расположены последовательно на трубопроводе, а третья катушка индуктивности 6 охватывает вторую катушку индуктивности 5 с внешней стороны. Индуктор помещен в электроизоляционной кожух, закрепленный на трубопроводе с помощью хомутов. Кроме того, индуктор снабжен средством его питания, состоящим из силовой и управляющей частей 9, 10. Текучая среда нагревается выделяющимся в трубопроводе теплом, которое появляется при возникновении в трубопроводе токов Фуко от быстроизменяющегося по величине тока в катушках индуктивностей 4, 5, 6. Работой индуктора (катушек 4, 5, 6) управляет электрическая структурная схема, заключенная в корпус. В результате повышается ресурс электронагревателя текучей среды и электробезопасность, снижается расход электроэнергии.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройствам нагрева текучих сред и может быть использовано для нагрева жидкостей и газов, в быту для нагрева воды.

В настоящее время нагрев воды для технологических, хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд производят электронагревателями. Как правило, конструкции электронагревателей, используемых для вышеперечисленных целей, идентичны.

Известен электронагреватель текучей среды, содержащий корпус с крышкой и днищем. В нижней и верхней частях корпуса выполнены отверстия соответственно для подачи и отвода воды, подлежащей нагреву. Внутри корпуса, в нижней его части расположены электронагревательные элементы ТЭНы. Вода, поступающая в корпус электронагревателя, при контакте с ТЭНами нагревается до заданной температуры. Нагретая вода отводится через верхнее отверстие (1).

Основным недостатком электронагревателя является быстрый выход из строя ТЭНов из-за образования на них накипи, что наиболее сильно проявляется при использовании воды значительной минерализации, так называемой "жесткой" воды. Для избежания накипи на ТЭНах используют предварительно подготовленную воду, однако такую воду возможно использовать только в системах замкнутой циркуляции воды, например, в системах отопления и невозможно использовать в открытых системах.

Известен электронагреватель текучей среды, содержащий спираль омического элемента в самой нагреваемой среде (2).

Однако такой электронагреватель непригоден для нагрева электропроводной или воспламеняющейся жидкости.

Известен проточный индукционный электронагреватель, содержащий трубопровод, по которому проходит текучая среда (жидкость, газ), снабженный помещенной в электроизолированный наружный кожух электрической спиралью (индуктором), подключенной к источнику тока (3).

Данный электронагреватель принят в качестве прототипа. Известный электронагреватель прост в изготовлении, однако его надежность и электробезопасность при работе малы из-за отсутствия средств автоматизации работы, невозможности регулирования температуры нагрева текучей среды.

Цель - повышение удобств при эксплуатации и электробезопасности.

Для этого электронагреватель текучей среды, содержащий трубопровод, охваченный закрепленным на нем индуктором, помещенным в электроизолированный наружный кожух и подключенным к источнику тока, дополнительно содержит средство для управления питанием индуктора. Индуктор электронагревателя выполнен по меньшей мере из трех катушек индуктивностей.

Кроме того, указанные первая и вторая катушки индуктора расположены последовательно на трубопроводе, а третья катушка охватывает вторую катушку с внешней стороны. При этом кожух индуктора может быть закреплен на трубопроводе, например, с помощью хомутов.

Кроме того, указанное средство для управления питанием индуктора состоит из подключенных параллельно к источнику тока силовой и управляющей частей. Средство для управления питанием индуктора помещено в корпус, скрепленный с кожухом индуктора.

Силовая часть включает в себя контуры накачки и демпфирования, первый из них состоит из источника питания, последовательно через ключ соединенного с первой катушкой индуктивности, последняя параллельно соединена с первым фильтрующим конденсатором. Контур демпфирования состоит из второй катушки индуктивности, начало которой соединено с анодом клиппирующего диода, катод которого соединен с первыми концами второго фильтрующего конденсатора и резистора, вторые концы которых соединены с концом второй катушки индуктивности, и ключа, соединенного с началом второй катушки индуктивности.

Управляющая часть состоит из подключенных параллельно к своему источнику питания автоматического выключателя, снабженного датчиком температуры, и блокинг-генератора, а также задающего генератора, подключенного к этому же источнику питания через автоматический выключатель. Кроме того, источник питания силовой части может быть традиционного типа, например мостовой, а источник питания управляющей части состоит из последовательно соединенных третьей катушки индуктивности и выпрямителя, в свою очередь, параллельно соединенных с третьим фильтрующим конденсатором и зарядным резистором.

Кроме того, датчик температуры автоматического выключателя управляющей части размещен в электроизоляционном кожухе индуктора, преимущественно после второй катушки индуктивности. В качестве датчика температуры использован терморезистор.

Для увеличения мощности электронагревателя текучей среды параллельно источнику питания силовой части может быть подключено еще две катушки индуктивностей.

Таким образом, все существенные признаки, характеризующие электронагреватель текучей среды, а также отличительные от прототипа, а именно наличие указанным выше образом выполненных индуктора и средства для управления питанием последнего, датчика температуры, позволяют удобно и безопасно его эксплуатировать, что также может продлить его ресурс, получать потребителю среду, нагретую до заданной температуры, экономно расходовать электроэнергию.

ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
   

На фиг.1 изображен электронагреватель текучей среды, общий вид; на фиг. 2 - то же, без электроизоляционного кожуха и передней стенки корпуса; на фиг.3 - электрическая структурная схема электронагревателя текучей среды.

Электронагреватель текучей среды содержит трубопровод 1 (стальной), по которому проходит подлежащая нагреву текучая среда (газ, жидкость). Стрелками показано направление движения среды. Трубопровод 1 охвачен индуктором, помещенным в электроизоляционный наружный кожух 2 и подключенным к источнику тока 3 (фиг.3). Индуктор выполнен по меньшей мере из трех катушек индуктивностей 4,5,6. Первая и вторая катушки индуктивностей 4,5 индуктора расположены последовательно на трубопроводе 1, а третья катушка индуктивности 6 охватывает вторую катушку индуктивности 5 с внешней стороны. Кожух 2 индуктора закреплен на трубопроводе 1 с помощью хомутов 7 или другим известным средством (бандаж). Хомуты 7 в данном варианте исполнения крепят к кожуху 2 корпус 8 средства для управления питанием индуктора.

Средство для управления питанием индуктора состоит из параллельно подключенных к источнику тока 3 силовой и управляющей частей 9, 10. В силовую часть 9 входят контуры накачки и демпфирования. Контур накачки состоит из источника питания 11 силовой части, последовательно соединенного с первой катушкой индуктивности 4, которая параллельно соединена с первым фильтрующим конденсатором 12. Контур демпфирования состоит из второй катушки индуктивности 5, начало которой соединено с ключом 13 и анодом клиппирующего диода 14, катод которого соединен с первыми концами второго фильтрующего конденсатора 15 и резистора 16, вторые концы которых соединены с концом указанной второй катушки индуктивности 5.

Управляющая часть 10 состоит из подключенных параллельно к своему источнику питания 17 автоматического выключателя 18, снабженного датчиком температуры 19 (терморезистор), и блокинг-генератора 20, а также задающего генератора 21, подключенного к источнику питания 17 через автоматический выключатель 18. Источник питания 17 управляющей части 10 состоит из последовательно соединенных третьей катушки индуктивностей 6 и выпрямителя 22 (диода), в свою очередь, параллельно соединенных с третьим фильтрующим конденсатором 23 и зарядным резистором 24. Как уже указывалось, датчик температуры 19 размещен после второй катушки индуктивности 5 в кожухе 2 (фиг.2), что повышает точность воздействия на процесс управления индуктором.

При работе электронагревателя текучая среда (жидкость, газ) нагревается, проходя по стальному трубопроводу 1, выделяющимся в последнем теплом. Трубопровод 1 нагревается токами Фуко большой величины, возникающими в трубопроводе 1 от быстроизменяющегося по величине тока в катушках индуктивностей 4,5,6 индуктора, подключенного к источнику тока 3. Работой индуктора управляет электрическая блок-схема, заключенная в корпус 8, скрепленный хомутами 7 с кожухом 2 индуктора.

Датчик температуры 19, в качестве которого использован терморезистор, подает сигнал на автоматический выключатель 18 от температуре трубопровода 1. Датчик температуры 19 настроен на критическую температуру, величина которой выбрана из условия обеспечения работы кожуха 2 без разрушения. Одновременно датчик температуры 19 обеспечивает отключение индуктора от источника тока 3 при отсутствии текучей среды в трубопроводе 1. Сигналом для отключения служит превышение температуры трубопровода 1 выше критической.

Питание силовой части 9 электрической схемы осуществляется от источника питания 11. Ключ 13 периодически замыкается, обеспечивая рост тока через катушку индуктивности 4 и подпитку контура накачки. При размыкании ключа 13 в контуре накачки возникают резонансные колебания тока, затухание которых определяется интенсивностью токов Фуко, возникающих в части стального трубопровода 1, расположенной непосредственно над катушкой индуктивности 4. Последовательный контур, образованный катушкой индуктивности 5 и первым конденсатором 12, препятствует аварийному нарастанию тока через ключ 13 в момент его замыкания. При размыкании ключа 13 клиппирующий диод 14 подключает второй конденсатор 15 к катушке индуктивности 5, при этом происходит резонансный заряд конденсатора 15 током, запасенным в катушке индуктивности 5 за период, когда ключ 13 был замкнут, что исключает скачкообразный аварийный бросок напряжения на ключе 13 в момент его размыкания. Резистор 16 служит для ускорения переходных процессов в демпфирующем контуре.

Включением-отключением ключа 13 управляет блокинг-генератор 20, питающийся от источника питания 17 управляющей части и работающий в ждущем режиме. Блокинг-генератор 20 вырабатывает импульсы запуска при поступлении на него тактовых импульсов заданной частоты с задающего генератора 21. Задающий генератор 21 формирует тактовые импульсы только при поступлении на него питания от автоматического выключателя 18. Автоматический выключатель 18 подает питание на задающий генератор 21, когда напряжение на третьем фильтрующем конденсаторе 23 источника питания 17 управляющей части 10 достигло необходимого уровня и когда температура трубопровода 1, измеренная датчиком 19, ниже критической.

При выключенном задающем генераторе 21 заряд конденсатора 23 до необходимого уровня обеспечивается от источника питания 11 силовой части через зарядный резистор 24. После включения задающего генератора 21, блокинг-генератора 20 и ключа 13 индуктируемое в катушке 6 напряжение выпрямляется выпрямителем (диодом) 22 и подзаряжает конденсатор 23 источника питания 17 управляющей части, обеспечивая стабильную работу электрической структурной схемы и, следовательно, работу электронагревателя текучей среды.

Таким образом, выполнение электронагревателя текучей среды согласно изобретению позволит повысить ресурс и электробезопасность, создать дополнительные удобства при эксплуатации, заключающиеся в быстром нагреве жидкости или газа до необходимой температуры. Данная конструкция исключает возможность работы электронагревателя без наличия текучей среды в трубопроводе. Электронагреватель текучей среды компактен, может быть установлен на любом прямом (горизонтальном, наклонном, вертикальном) участке трубопровода. Испытания опытного образца электронагревателя текучей среды, выполненного согласно изобретению, показали хорошие результаты.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, содержащий трубопровод, охваченный закрепленным на нем индуктором, помещенным в электроизоляционный кожух и подключенный к источнику тока, отличающийся тем, что, с целью повышения удобства эксплуатации и электробезопасности, он дополнительно содержит средство для управления питанием индуктора, при этом последний выполнен из по меньшей мере трух катушек индуктивностей.

2. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что первая и вторая катушки индуктивностей расположены последовательно на трубопроводе, а третья катушка охватывает вторую катушку с внешней стороны.

3. Электронагреватель по п. 1, отличающийся тем, что кожух индуктора закреплен на трубопроводе, например посредством хомутов.

4. Электронагреватель по п.1, отличающийся тем, что средство для управления питанием индуктора выполнено из подключенных к источнику тока силовой и управляющей частей, первая из которых состоит из последовательно соединенных с источником питания контуров накачки и демпфирования, при этом контур накачки включает первую катушку индуктивности, параллельно подключенную к первому фильтрующему конденсатору, контур демпфирования включает вторую катушку индуктивности, начало которой соединено с анодом клиппирующего диода, катод которого соединен с первыми концами второго фильтрующего конденсатора и резистора, а вторые концы последних соединены с концом второй катушки индуктивности, а также ключа, соединенного с началом второй катушки индуктивности, при этом управляющая часть состоит из соединенных со своим источником питания автоматического выключателя, снабженного датчиком температуры, блокинг-генератора и задающего генератора, причем автоматический выключатель и блокинг-генератор подключены к источнику питания параллельно, а задающий генератор - через автоматический выключатель.

5. Электронагреватель по пп.1 и 4, отличающийся тем, что источник питания управляющей части выполнен из последовательно соединенных третьей катушки индуктивности и выпрямителя, параллельно подключенных к третьему фильтрующему конденсатору и зарядному резистору.

6. Электронагреватель по пп.1 и 4, отличающийся тем, что датчик температуры размещен в электроизоляционном кожухе индуктора.

Версия для печати
Дата публикации 26.03.2007гг


вверх