низкочастотный индукционный нагреватель

Формула изобретения

1. Низкочастотный индукционный нагреватель, включающий одну или более катушек, каждая из которых выполнена в виде однослойной архимедовой спирали из электропроводного материала с внешней изоляцией с малым удельным электрическим сопротивлением, при этом катушки соединены между собой и помещены в электроизоляционный материал, а выходные концы катушек выполнены с возможностью подключения к источнику электрического тока промышленной частоты, отличающийся тем, что выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки между собой соединены электрически и скреплены электроизоляционным материалом в однослойное индукционное полотно, с обеих поверхностей индукционного полотна установлены листы из черного металла, например стальные листы, которые жестко соединены между собой с обеспечением полного соприкосновения внутренней поверхности каждого листа с прилегающей к ней боковой поверхностью индукционного полотна.

2. Низкочастотный индукционный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки по площади однослойного индукционного полотна размещены в один или более рядов.

3. Низкочастотный индукционный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки по геометрическим размерам изготовлены разными между собой.

4. Низкочастотный индукционный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки электрически соединены между собой последовательно.

5. Низкочастотный индукционный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки электрически соединены между собой параллельно.

6. Низкочастотный индукционный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки электрически соединены между собой параллельно-последовательно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно - к индукционным электронагревательным устройствам, работающим на токах промышленной частоты, и предназначается для использования в качестве нагревательного прибора для обогревания воздуха в помещениях, а также для нагревания или поддержания заданной температуры любых жидких продуктов (например, минеральных масел, присадок к маслам, мазутов, дизельного топлива, гудронов, парафинов и т.п.), находящихся в емкостях (резервуарах, отстойниках, цистернах, баках, буллитах), путем полного погружения нагревателя в указанные жидкие продукты или путем нагревания внешних стенок таких емкостей.

В качестве аналога принимаем изобретение по авторскому свидетельству СССР №965030 по М. Кл. ³ Н05В 6/10 (заявлено 12.03.1981 г., опубликовано 07.10.1982 г., БИ №37) под названием «Индукционный нагреватель емкостей». Устройство по аналогу содержит, по меньшей мере, две катушки, каждая из которых охвачена магнитопроводом с элементами его крепления. Катушки имеют электроизоляцию, на их внутренней поверхности размещен слой теплоизоляции. Магнитопровод каждой катушки выполнен в виде тавра, оба торца которого свободно вставляются в пазы обоймы. Обоймы жестко закреплены, например, с помощью сварки на наружной поверхности емкости, подлежащей нагреву. Элементы крепления магнитопроводов выполнены в виде съемных скоб, которые охватывают магнитопроводы с наружной поверхности и болтами прикреплены к обоймам. На нагреватель подают ток промышленной частоты, в результате чего в магнитопроводе создается магнитный поток, вызывающий вихревые токи (токи Фуко), благодаря которым осуществляется нагрев стенки стальной емкости, в основном, через торцевые участки магнитопровода.

Недостатком известного по аналогу нагревателя является неравномерный нагрев поверхности нагреваемого изделия, так как воздействие вихревых токов, индуцируемых катушками и вызывающих нагрев стенки стального изделия, в районах торцев магнитопровода и вне торцев всегда будет разное. Кроме того, в известном по аналогу нагревателе часты случаи перегрева катушек, что снижает его надежность в работе. Обоймы нагревателя необходимо жестко закреплять, например, с помощью сварки на наружной поверхности емкости, подлежащей нагреву. Большую часть элементов нагревателя: магнитопроводы, индукционные катушки, слой теплоизоляции, съемные скобы и болты необходимо каждый раз монтировать и демонтировать. В целом, нагреватель по аналогу имеет большое количество деталей, усложняющих его конструкцию, имеет значительный вес, требует в эксплуатации дополнительных затрат труда.

Из числа известных технических средств того же назначения с совокупностью наибольшего количества признаков, сходных с признаками заявляемого изобретения, наиболее близким (прототипом) принимаем «Низкочастотный индукционный нагреватель» по патенту РФ №2098928 по МПК⁶ Н05В 6/10 (заявлено 25.09.96, опубликовано 10.12.97, БИ №34).

Нагреватель по прототипу включает в себя одну или более катушек, каждая из которых выполнена в виде однослойной архимедовой спирали из электропроводного материала с внешней изоляцией с малым удельным электрическим сопротивлением, при этом катушки соединены между собой и помещены в электроизоляционный материал, а выходные концы катушек выполнены с возможностью подключения к источнику электрического тока промышленной частоты.

Нагреватель по прототипу представляет собой гибкую эластичную ленту, которую с помощью, например, бандажной ленты из дюралюминия монтируют непосредственно на поверхности, например, стальной емкости с жидкостью, подлежащей нагреву. На выходные концы катушек подают электрический ток промышленной частоты. Индуцируемые при этом катушками вихревые токи (токи Фуко) вызывают нагрев стальных стенок емкости, нагревая находящуюся в ней жидкость.

Недостатками нагревателя по прототипу является то, что такой нагреватель можно выполнить только в виде гибкой эластичной ленты, что ограничивает его изготовление в виде других форм и типоразмеров для использования в разных условиях. Кроме того, для нагревания, например, стальной емкости такой нагреватель необходимо крепить на ее поверхности с помощью бандажной ленты, что увеличивает затраты времени на его установку, осложняя этим его эксплуатацию.

Целью предлагаемого изобретения является достижение нового технического результата, а именно:

- обеспечение возможности создания конструкции нагревателя в виде самостоятельного отдельного нагревательного устройства любого типоразмера и разной мощности для различных условий его использования,

- повышение удобства эксплуатации нагревателя и снижение затрат времени на его установку.

Указанные цели предлагаемого изобретения достигаются тем, что в известный по прототипу низкочастотный индукционный нагреватель, включающий одну или более катушек, каждая из которых выполнена в виде однослойной архимедовой спирали из электропроводного материала с внешней изоляцией с малым удельным электрическим сопротивлением, при этом катушки соединены между собой и помещены в электроизоляционный материал, а выходные концы катушек выполнены с возможностью подключения к источнику электрического тока промышленной частоты, согласно предлагаемому изобретению, введены новые элементы и предложено новое взаимное расположение известных и вновь введенных элементов, а именно:

- выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки между собой соединены электрически и скреплены электроизоляционным материалом в однослойное индукционное полотно,

- с обеих поверхностей индукционного полотна установлены листы из черного металла, например стальные листы, которые жестко соединены между собой с обеспечением полного соприкосновения внутренней поверхности каждого листа с прилегающей к ней боковой поверхностью индукционного полотна.

А также тем, что:

- выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки по площади однослойного индукционного полотна размещены в один или более рядов;

- выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки по геометрическим размерам изготовлены разными между собой;

- выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки электрически соединены между собой последовательно;

- выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки электрически соединены между собой параллельно;

- выполненные в виде однослойной архимедовой спирали катушки электрически соединены между собой параллельно-последовательно.

Указанные выше новые существенные конструктивные признаки предлагаемого низкочастотного индукционного нагревателя являются отличительными признаками заявляемого изобретения по отношению к известному по прототипу устройству.

Из общедоступных источников патентной и научно-технической информации не известны низкочастотные индукционные нагреватели, которые вместе с известными существенными признаками включали бы в себя указанные выше новые отличительные существенные признаки, предложенные в заявляемом низкочастотном индукционном нагревателе.

В совокупности известные и новые отличительные существенные признаки обеспечивают заявляемому изобретению достижение нового технического результата, изложенного в его цели.

Так, благодаря тому, что катушки, изготавливаемые в виде однослойной архимедовой спирали, предложено соединять между собой электрически, создается возможность обеспечить выполнение принципиально любой электрической схемы соединения катушек в нагревателе: последовательное, параллельное и параллельно-последовательное. Вместе с тем, что катушки предложено скреплять электроизоляционным материалом в однослойное индукционное полотно, по площади которого катушки предложено размещать в один или более рядов, и выполнять катушки разными между собой по геометрическим размерам, то в совокупности указанные признаки обеспечивают возможность создать нагреватели любых типоразмеров и любой мощности для разных условий их использования.

Благодаря тому, что с обеих поверхностей индукционного полотна с катушками предложено установить листы из черного металла, например стальные листы, которые предложено жестко соединить между собой так, чтобы обеспечить возможность полного соприкосновения внутренней поверхности каждого листа с прилегающей к ней боковой поверхностью индукционного полотна, то этим обеспечивается возможность создать конструкцию предлагаемого нагревателя в виде самостоятельного отдельного нагревательного устройства, которое можно выполнить любых типоразмеров и разной мощности для любых условий его эксплуатации.

Благодаря тому, что создана возможность выполнять заявляемый нагреватель как самостоятельное отдельное нагревательное устройство, повышается удобство его эксплуатации за счет того, что упрощаются работы по его установке и при этом снижаются затраты времени. Такой нагреватель достаточно просто перенести и поставить в любое помещение для нагрева воздуха или достаточно погрузить его в любую жидкость, находящуюся в емкости, для ее нагрева без необходимости закреплять нагреватель непосредственно на поверхности стальной емкости, как в прототипе.

На фиг.1 дан общий вид заявляемого нагревателя, содержащего одну катушку, металлические листы в котором жестко соединены между собой заклепками; на фиг.2 дано поперечное сечение по А-А фиг.1; на фиг.3 дан общий вид нагревателя, у которого металлические листы жестко соединены между собой путем завальцовки одного листа другим; на фиг.4 дано поперечное сечение по В-В фиг.3; на фиг.5 дана принципиальная электрическая схема соединения катушек нагревателя, содержащего катушки разных геометрических размеров, соединенных последовательно; на фиг.6 дана принципиальная электрическая схема соединения катушек нагревателя, содержащего катушки одинаковых геометрических размеров, соединенных параллельно; на фиг.7 дана принципиальная электрическая схема попарного соединения катушек нагревателя, в котором катушки соединены параллельно-последовательно.

Предлагаемый нагреватель может быть выполнен с одной катушкой (фиг.1 и 3) или с несколькими катушками (фиг.5, 6 и 7). Представленные на чертежах варианты являются лишь частью возможного многообразия разновидностей заявляемого нагревателя.

Каждая катушка 1 в любом варианте исполнения предлагаемого нагревателя выполнена в виде однослойной архимедовой спирали из электропроводного материала 2 с внешней изоляцией с малым удельным электрическим сопротивлением, в качестве которого может быть использован, например, обмоточный медный провод, покрытый электроизоляцией.

Катушки 1 соединены между собой электрически, а электроизоляционным материалом 3 катушки 1 скреплены в однослойное индукционное полотно 4. Электрическое соединение катушек 1 между собой выполнено таким же электропроводным материалом 2, из которого изготовлены сами катушки 1. Места спаек 5 (соединений) проводов катушек 1 на фиг.5, 6 и 7 определяются схемами их электрического соединения в каждом нагревателе.

Катушки 1 по площади однослойного индукционного полотна 4 в нагревателе могут быть размещены в один ряд (фиг.6 и 7) или в несколько рядов (один из вариантов представлен на фиг.5).

Размеры индукционного полотна 4, число катушек 1 на его площади, геометрические размеры катушек 1 и схемы электрического соединения катушек 1 выбираются отдельно для каждого типоразмера нагревателя в зависимости от места его установки, условий работы и требуемой мощности.

Между катушкой 1 и выводом провода от начала катушки установлена дополнительная изоляция 6.

Выходные концы 7 и 8 катушек 1 в каждом варианте предлагаемого нагревателя выполнены с возможностью подключения нагревателя к источнику электрического тока промышленной частоты.

В каждом варианте выполнения нагревателя с обеих поверхностей его индукционного полотна 4 установлены листы 9 и 10 из черного металла, например стальные листы. Листы 9 и 10 жестко соединены между собой так, что внутренняя поверхность каждого листа 9 и 10 полностью соприкасается с прилегающей к ней боковой поверхностью 11 и 12 индукционного полотна 4.

Жесткое соединение листов 9 и 10 между собой может быть выполнено соединительными элементами 13 (фиг.2), например, в виде заклепок, или путем завальцовки листа 9 листом 10 (фиг.4) или иными способами.

В качестве электроизоляционного материала 3 может быть использован, например, стеклопластик, материал на основе силиконовой резины или другой изоляционный материал.

Предлагаемый нагреватель может быть установлен в любом положении: вертикально, наклонно, горизонтально. Он может быть подвешен, закреплен на стене или установлен на полу на ножках, подставках для обогрева жилых и служебных помещений, кабин и вагончиков, а также для временного или постоянного (до нескольких лет) нагревания и поддержания заданной температуры любых жидких продуктов, находящихся в емкостях, путем полного погружения нагревателя в указанные жидкие продукты.