устройство для нагрева жидкости

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева жидкости, содержащее емкость для нагреваемой жидкости, а также индуктор, состоящий из цилиндрического элемента из магнитного материала с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности, причем цилиндрический элемент и металлическая цилиндрическая емкость расположены коаксиально, а цилиндрический элемент индуктора установлен с возможностью вращения, отличающееся тем, что цилиндрический элемент выполнен с дном, на котором также размещены постоянные магниты так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндра, соответствует магнит, установленный на дне, той же полярности, а цилиндрический элемент размещен внутри емкости с нагреваемой жидкостью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магниты установлены с возможностью радиального перемещения в сторону стенок бака с нагреваемой жидкостью.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к постоянным магнитам прикреплена пленка из диэлектрического материала, обеспечивающая постоянный зазор между постоянными магнитами и стенкой металлической емкости для нагреваемой жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения организаций и учреждений, не имеющих централизованного теплоснабжения. Непрерывный рост цен на энергоносители повышает всеобщий интерес к альтернативным возобновляемым источникам энергии. В этой связи строительство дешевых агрегатов для получения тепловой энергии, т.е. прямого преобразования механической энергии в тепловую, особенно актуально [1].

Известны устройства для нагрева жидкостей, представляющие собой водонагреватели, содержащие индукционную обмотку, подключенную к источнику переменного тока, установленную с возможностью воздействия на металлические емкости с жидкой средой [2, 3]. Однако эти устройства связаны также с большим потреблением электрической энергии, сложны в изготовлении, требуют установки различных преобразователей.

Наиболее близким по существу является устройство, представляющее собой электромеханический нагреватель, описанный в [4]. Устройство содержит индуктор, состоящий из постоянных магнитов, размещенных на стенке цилиндрического элемента из магнитного материала с чередованием полюсов по окружности, причем цилиндрический элемент коаксиально размещен относительно металлической цилиндрической емкости с нагреваемой жидкостью с внешней ее стороны и установлен с возможностью вращения.

Однако это устройство имеет недостаточно высокий коэффициент полезного действия (около 30%) и высокую металлоемкость. Эти недостатки обусловлены тем, что устройство имеет большие тепловые потери ввиду того, что во время его работы имеет место эффект вентилятора. Этот эффект вызван тем, что во время движения магнитов, расположенных с внешней стороны цилиндрической емкости, заполненной водой, приводится в движение окружающий емкость воздух. Емкость как бы обдувается эти воздухом. Для того чтобы этого не происходило, нужно дополнительно изготавливать теплоизолирующий кожух, защищающий всю установку от тепловых потерь, что значительно увеличивает материалоемкость. Кроме того, кольцо, где крепятся магниты, и емкость должны изготавливаться из цельного бруска металла, и поэтому при обработке металла образуются большие отходы. Причем из-за большого диаметра толстостенной емкости трудно изготовить устройство, в котором магниты были бы установлены с постоянным зазором между магнитами и стенкой цилиндра. Зазор приходится увеличивать, а это приводит к большому рассеиванию магнитного потока и снижению эффективности нагревателя.

Заявляемое изобретение решает задачу создания более эффективного устройства нагревания воды.

При этом техническим результатом является уменьшение материалоемкости и габаритов устройства, уменьшение рассеивания магнитного потока за счет изменения взаиморасположения элементов устройства.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для нагрева жидкости, содержащем емкость для жидкости, а также индуктор, состоящий из цилиндрического элемента из магнитного материала с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности, причем цилиндрический элемент и металлическая цилиндрическая емкость расположены коаксиально, а цилиндрический элемент индуктора установлен с возможностью вращения, при этом цилиндрический элемент с магнитами размещен внутри емкости с нагреваемой жидкостью, для увеличения площади нагрева цилиндрический элемент индуктора может быть выполнен с дном, на котором размещены с чередованием полюсов по окружности постоянные магниты так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндрического элемента, соответствует магнит, установленный на дне, той же полярности.

При этом для регулирования зазора между магнитами и стенками емкости с нагреваемой жидкостью магниты могут быть установлены на стенках цилиндрического элемента с возможностью радиального перемещения в направлении стенок металлической цилиндрической емкости с нагреваемой жидкостью.

При этом к магнитам может быть прикреплена пленка из диэлектрического материала, обеспечивающая постоянный зазор между постоянными магнитами и металлической емкостью для нагреваемой жидкости.

На чертеже представлен общий вид электромеханического нагревателя, где 1 - индуктор, состоящий из постоянных магнитов 2, размещенных на стенке 3 цилиндрического элемента 4 индуктора из магнитного материала. Полюса магнитов чередуются по окружности. Индуктор 1 расположен коаксиально металлической цилиндрической емкости 5 с нагреваемой жидкостью и размещен внутри этой емкости с возможностью вращения цилиндрического элемента 4 на оси 6. При этом для увеличения площади нагрева цилиндрический элемент 4 индуктора 1 может быть выполнен с дном 7, на котором размещены с чередованием полюсов по окружности постоянные магниты 8 так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндрического элемента 4, соответствует магнит, установленный на дне 7, той же полярности. Для регулирования зазора между магнитами 2 и стенками емкости 5 с нагреваемой жидкостью магниты могут быть установлены на стенках цилиндрического элемента с возможностью радиального перемещения в направлении стенок емкости с нагреваемой жидкостью с помощью винтов 9. Кроме того, к магнитам может крепиться пленка 10 из фторопласта или другого материала, обеспечивающая минимальный постоянный зазор между магнитами и стенкой емкости.

Заявленное устройство работает следующим образом. От какого-либо привода (электрического, механического, ветряного двигателя и т.п.) приводят во вращение цилиндрический элемент индуктора с установленными в нем постоянными магнитами. Это приводит к возникновению переменного магнитного поля. Это переменное магнитное поле согласно закону М.Фарадея индуцирует вихревые токи или токи Фуко в стенках металлической емкости для нагреваемой жидкости.

В заявленном устройстве вихревые токи или токи Ф.Фуко разогревают внутренние боковые стенки цилиндра и дно бака, а затем передают свое тепло жидкости, находящейся внутри бака.

Чем выше скорость вращения индуктора, тем больше величина индукционных токов, возникающих в стенках и дне цилиндра.

Благодаря тому, что цилиндрическая емкость для жидкости имеет теплоизоляцию, а нагрев из-за вихревых токов, появляющихся внутри емкости (на дне и боковых стенках), происходит более эффективно, т.к. нет тепловых потерь, вся механическая энергия переходит в тепловую энергию. Во время вращения индуктора внутри емкости происходит также интенсивное перемешивание жидкости. Более эффективный нагрев также происходит в случае, если постоянные магниты индуктора установить в непосредственной близости у стенок, емкости из-за возникающего при этом трения будут увеличивать нагрев.

Источники информации

1. Поляков В.Г. О перспективах строительства ветроэлектростанций в Чувашской Республике. «Известия инженерно-технологической академии ЧР», №2, 1996.

2. Патент Российской Федерации №2138137, кл. Н05В 6/10, F24H 1/10.

3. Патент Российской Федерации №2120703, кл. Н05В 6/10, Н05В 6/06.

4. Афанасьев А.А., Николаев А.В. Дискретная математическая модель электромеханического нагревателя с постоянными магнитами (Сборник тезисов докладов на конференции ЧГУ по автоматизации), май-июнь 2003.