Электронагреватель текучей среды

Электронагреватель текучей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических республик

OIlИСАНИЕ(991621

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) За» влено 24.07.81 (21) 3323234/24 — 07 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5I)N. Кл.

Н 05 В 3/60

9куларетеанный кеиетет

СССР ае делеи взебретение и вскрытий

Опубликовано 23,01.83. Бюллетень М 3, (5З) ЛК 621.365. .39 (088.8) Дата опубликования описания 23.01.83

P. Х. Адырхаев, А. В. Пожарский, В. С. Фролов, А. Е. Попов, А. В. Сандалов, В, Ф. Дурандин, A. А. Евлампиев, А. Я. ЖМК, ° В. В. Манкевич и В. П. Харламов -- . --". ".- ...1э:.,- 1, .-М . ф !,. в;с - „. - : и" .":.

7-е /.Я у

Ъ с (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в металлургической и химической промышленностях для подогрева воздуха и тепловой обработки различных жидкотекучих сред.

Известен конвективный электронагрева- 5 тель, содержащий нагревательную камеру, в . которой размещен нагревательный элемент в виде насыпного электропроводного ферромагнитного материала, патрубки для входа и выхода нагреваемой среды и токоподводящие контакты, подключенные к источнику питания (1).

Недостатком этого электронагревателя являются высокие гидродинамические потери и большая мощность на прокачку теплоносителя через электронагреватель вследствие высокого коэффициента заполнения рабочего объара камеры электропроводным материалом.

Наиболее близким к изобретению по технн20 ческой сущности является электронагреватеЛь текучей среды, содержащий нагревательную камеру, в которой размещен нагревательный элемент, въшолненный в виде насыпного

2 электропроводного ферромагнитного материала, патрубки входа и выхода нагреваемой среды и примыкающие к стенкам камеры токоподводящие контакты, установленные между полюсами источника магнитного поля, ось днполя которого перпендикулярна рабочим поверхностям контактов (2).

Однако нагревательная камера в известном электронагревателе выполнена в виде прямоугольного канала, поэтому для поддержания на желаемом уровне гидродинамнческих потерь на прокачку теплоносителя с повышением производительности электронагревателя (по теплоносителю) необходимо увеличивать ширину канала.

Увеличение ширины канала приводит к образованию в его угловых участках застойных зон, ухудшающих условия обтекания потоком теплоносителя нагревательных элементов, расположенных s этих зонах, что снижает равномерность теплосъема в нагревательной камере и увеличивает пщродинамические потери, снижающие эффективность электрона грев ателя. 991621

Целью изобретения является повышение эффективности и равномерности нагрева путем обеспечения равномерности теплосьема и уменьшения гидродинамических потерь.

Поставленная цель достигается тем, что в электронагревателе текучей среды нагревательная камера выполнена кольцевой и разделена радиально расположенными теплоэлектроизоляционными перегородками на ячейки, к каждой из которых присоединены 16 патрубки входа и выхода нагреваемой среды.

Причем при выполнении нагревательного элемента из материала с малой удельнвй электропроводностью токоподводящие контак-, ты выполняют в виде плоских колец, соеди- 15 няющих нагревательные элементы ячеек параллельно.

Кроме того, йри выполнении нагревательного элемента из материала с большой удельной электропроводностью токоподводящие зо контакты выполняют из изолированных один от друга сегментов, соответствующих ячейкам, соединяющих нагревательные элементы ячеек последовательно.

На фиг. 1 показан электронагреватель с 25 разрезом вдоль ячеек с нагревательными элементами, общий вид; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — электрическая схема подключения электронагревателя с токоподводящими контактами, выполненным в виде5 плоских колец, к источнику питания; на фиг. 4 — электрическая схема соединения ячеек электронагревателя, у которого кольца разделены на отдельные сегменты.

Злектронагреватель содержит нагреватель35 ную камеру 1, которая, ограничена с двух сторон токоподводящими контактами, выпол- ненными, например, в виде плоских колец 2 и 3. Кольца — контакты 2 н 3 соединены с источником 4 питания (фиг. 2) и установлены между кольцеобраэными полюсами 5 и 6 ,цилиндрического магнитопровода 7, на кото ром установлены катушки электромагнита 8.

Ось диполя источника магнитного поля размещена перпендикулярно к токоподводящим поверх45 ностям колец 2 и 3.

Между токоподводящими поверхностями колец — контактов 2 и 3 размещена обойма

9 из неэлектропроводного жаропрочного материала с радиальными нагревательными яченками 10, образованными перегородками 11, примыкающими к кольцам 2 и 3.

В обойме 9 для каждой нагревательной ячейки 10 выполнены отдельные патрубки

12 и 13 соответственно для входа и выхода нагревавмой среды. В ;ячейках 10 размещен нагревательный элемент 14 в виде насыпного электропроводного ферромагнитном ма- ° териала.

Снаружи нагревательная камера 1 ограничена корпусом 15 из немагнитной стали, соединенным с кольцеобразными полюсами 5 и

6, к корпусу 15 подсоединены патрубки 16 для подачи холодной среды от общего коллектора. Для отвода горячей среды камера 1 имеет патрубок 17.

Нагревательные элементы стремятся подби рать таким образом, чтобы питающее напряжение источника электропитания (например, трансформатора) было по возможности большим, Зто уменьшает потери в трансформаторе и позволяет более экономично вести процесс электронагрева воздуха.

При использовании в конвективном электронагревателе нагревательных элементов 14 из материала с малой удельной злектропроводностью (большим сопротивлением) для согласования параметров (сопротивления) нагрузки с заданным напряжением источника электропитания необходимо все нагревательные элементы подсоединять к источнику параллельно. В этом случае контакты 2 и. 3 выполнены в виде сплошных плоских колец, что упрощает конструкцию электронагревателя.

При работе электронагревателя с насыпным ферромагнитным материалом, обладающим большой электропроводностью (малым удель,g ным сопротивлением) для обеспечения равномерного теплосъема (т.е. повышения эффективности работы нагревателя) и согласования его сопротивления с заданным напряжением источника электропитания нагревательные элементы отдельных ячеек соединяют между собой последовательно, при этом кольца-контакты разделены на отдельные сегменты 18 — 22, Мгновенное направление переменного тока (или направление постоянного) через нагревательные ячейки показано стрелками на фиг. 4. Ток последовательно проходит от нижнего сегмента — контакта 18 (к которому подведено напряжение) через нагревательные элементы одной ячейки к верхнему сегментуконтакту 19, затем по нагревательным элемен.там второй ячейки к нижнему сегменту — контакту 20, далее — по нагревательным эле- ментам третьей ячейки к верхнему сегменту— контакту 21 и затем по нагревательным элементам четвертой ячейки к нижнему сегменту— контакту 22, к которому подсоединена вторая клемма источника 4 электропитания.

Количество последовательно соединенных нагревателыых ячеек (и, естественно, количество сегментов — контактов) зависит от величины сопротивления системы нагревателей), заданных степени равномерности теплосъема

4 и величины напряжения источника электропитания (которое стремятся выбрать близко к сетевому напряжению) .

991621

Предлагаемый злектронагреватель работает следующим образом.

Включают источник поля, например icaтушку электромагнита 8, размещенную на цилиндрическом магнитонроводе 7. S

Под действием магнитного поля слой сыпучего ферромагнитного материала в ячейках

10 разделяется на автономные поперечнообтекаемые нагреваемой средой нагревательные вйементы 14, например, в виде игл — стержней, ко-10

1 торые плотно прижимаются под воздействием укаэанного магнитного поля к кольцам-контактам 2 и 3 и образуют тонкослойную проницаемую для среды теплогенерирующую систему.

1S

Цель источника 4 питания электронагрева-. теля при этом замыкается иглами — стержнями

14, по иглам начинает протекать ток, и оии начинают нагреваться.

Максимальная температура нагрева нагрева-, тельных элементов 14 не превышает температуру точки Кюри сыпучего ферромагнитного материала. После замыкания нагревательным элементом 14 цепи источника 4 питания по патрубкам 16 в каждую ячейку 10 через входные каналы 12 подается холодная среда, например воздух, который, проходя пористые нагревательные элементы 14, нагревается до заданной температуры и через каналы 13 поступает в общий выходной патрубок 17 и ЗО далее на технологические нужды.

Выполнение. нагревательной камеры в -. предлагаемом электронагревателе кольцевой и разделенной радиальными теплоэлектроизоляционными. ере ородками на автономные нагре- 35 нательные ячейки с собственными патрубкамиканалами для входа и выхода нагреваемой среды . позволяет осуществлять более равномерный теплосъем с магиитоупрочиенных нагревательных элементов, что повышает эф- 46 фективность нагревателя. .Использование контактов, выполненных в виде плоских колец, размещенных между кольцеобразными полюсами источника магнитного поля, обеспечивает возможность формиро-а5 вания из насыпного ферромагнитного материала расположенную по окружности развитую конвективную поверхность теплообмена в виде тонкослойной системы тенлогенерирующих игл — стержней. Это способствует повышению равномерности обтекания такого нагревательно; . го элемента потоком нагреваемой среды и улучшает эффективность нагревателя.

Кроме того, кольцевая поверхность теппообмена магнитоупрочненного нагревательного

5Ь элемента значительно уменьшает гидродинамические потери. обусловлено это тем, что повышение заданной температуры нагрева среды в предлагаемом нагревателе может быть достигнуто не эа счет увеличения нагревательной зоны в направлении движения потока нагреваемой среды, а за сче увеличения ди.метра и толщины кольцеобразных полюсов магнитопровода, размещенных в зоне колец — контактов. При этом увеличивается количество и

I суммарное сечение нагревательных ячеек; Причем появляется возможность выбрать укаэанное фронтальное сечение настолько большим, а толщину слоя системы поперечных иглстержней настолько малой, что это предопределит небольшие затраты энергии на прокачку среды за счет уменьшения скорости потока нри его фиксированном массовом расходе.

Формула изобретения

1. Электронагреватель текучей .среды, содержащий нагревательную камеру, в которой размещен нагревательный элемент, выполненный в виде насыпного- электропроводного материала, патрубки входа и выхода нагреваемой среды и примыкающие к стенкам камеры токопроводящие контакты, установленные между полюсами источника магнитного поля, ось диполя которого перпендикулярна рабочим поверхностям контактов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности н равномерности нагрева, нагревательная камера выполнена колъцевой и разделена радиально расположенными теплоэлектроизоляционными перегородками йа ячейки, к каждой из которых присоединены патрубки входа и выхода нагреваемой среды.

2. Электронагреватель по п. 1, о т л и ч ч а ю шийся тем, что при выполнении нагревательного элемента из материала с малой удельной электропроводностью токоподводящие контакты выполнены в виде плоских колец, соединяющих нагревательные элементы ячеек параллельно..

3. Электронагреватель по п. 1, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что при выполнении нагревательного элемента из материала с боль. шой удельной электропроводностью токопроводящие контакты выполнены из изолированных один от другого сегментоа, соответствующих ячейкам, соединяющих нагревательные элементы ячеек последовательно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 390690, кл. Н 05 В 3/10, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР N 818031, кл. Н 05 В 3/60, 1981.

Мааиияное полв

СОстаВитель О. 1цедрина

Техред К Мыцьо

Редактор О. Половка

Корректор И. Шулла

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 166/77 Тираж S43

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5