Электронагревательное устройство
Владельцы патента RU 2758500:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) (RU)
Предлагаемое изобретение относится к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства для эффективного нагрева жидкости или газа. В устройстве, включающем съём тепла с поверхности короткозамкнутого витка трансформатора в виде замкнутой трубы, замкнутая труба разделена на n-е число участков, концы и начала последовательно расположенных участков трубы гальванически соединены между собой радиально расположенными проводниками, каждый участок трубы снабжен трансформатором на замкнутом магнитопроводе, через окно которого пропущена труба участка, а первичные обмотки трансформаторов включены согласно. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройств, использующих в качестве нагревателей вторичную обмотку трансформатора в виде короткозамкнутого витка. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к устройствам преобразования электрической энергии в тепловую и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства для эффективного нагрева жидкости или газа.
Известно электронагревательное устройство (см. патент США №3440384, кл. Н05В 5/08), содержащее трансформатор на замкнутом магнитопроводе, размещенный внутри кольцеобразной камеры, являющейся короткозамкнутым витком трансформатора.
За прототип электронагревательного устройства принято устройство преобразования электрической энергии в тепловую по патенту РФ №2121246, кл. Н05В 6/10, 1998 г, использующее в качестве нагревательного элемента вторичную обмотку трансформатора, выполненную в виде замкнутого витка, через который обеспечивают конвекцию теплоносителя.
Недостаток известных устройств преобразования электрической энергии в тепловую состоит в низкой эффективности работы из-за недостаточно высоких напряжения и тока в одновитковом нагревателе из короткозамкнутого витка и, как следствие, в невысокой температуре его поверхности и снимаемой с неё тепловой мощности.
Задача предлагаемого изобретения - повысить эффективность работы устройств, использующих в качестве нагревателей вторичную обмотку трансформатора в виде короткозамкнутого витка.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве преобразования электрической энергии в тепловую, включающем съём тепла с поверхности короткозамкнутого витка трансформатора в виде замкнутой трубы, замкнутая труба разделена на n-ое число участков, концы и начала последовательно расположенных участков трубы гальванически соединены между собой радиально расположенными проводниками, каждый участок трубы снабжен трансформатором на замкнутом магнитопроводе, через окно которого пропущена труба участка, а первичные обмотки трансформаторов включены согласно.
В результате решения поставленной задачи получен технический результат, заключающийся в повышении эффективности работы нагревателя, так как температура стенки трубы увеличивается не менее, чем в два раза без увеличения тепловых или электрических потерь. В предложенном устройстве к нагреву от суммарной ЭДС на концах трубы от всех участков (как в прототипе) добавляется нагрев от ЭДС, наведенной на каждом участке трубы от своего трансформатора и соседних трансформаторов, при этом токи в радиально расположенных проводниках равны нулю, так как по ним протекают равные токи соседних участков в противоположных направлениях, никаких дополнительных потерь энергии нет от присутствия предложенных отличительных признаков.
На прилагаемом чертеже (фиг.1) показан пример выполнения предлагаемого изобретения.
Представленное на чертеже электронагревательное устройство содержит четыре трансформатора на замкнутых магнитопроводах 1, через внутренние окна которых проходят участки 2, 3, 4, 5 короткозамкнутого витка, на которых наводятся ЭДС, а первичные обмотки 6 всех трансформаторов включены согласно или синхронно.
В прототипе магнитопровод состоял из четырех сложенных вместе магнитопроводов, первичная обмотка, подключаемая на 220 В, имела
W витков. Согласно предложению автора на каждом из магнитопроводов намотано по W витков и при согласном включении обмоток при напряжении питания 220 В на каждую обмотку теперь приходится по 55 В.
Перемычки 7 соединяют концы и начала последовательно расположенных 2, 3, 4, 5 участков короткозамкнутого витка. На чертеже знаками «+» и « ̶ » условно показаны знаки ЭДС в какой-то момент времени на частях короткозамкнутого витка, которые проходят через внутренние окна магнитопроводов и состоят из участков 2, 3, 4, 5, на которых наводятся (назовем условно их малыми) ЭДС от каждого магнитного потока, замыкающихся по магнитопроводам 1.
На чертеже на участках А-В, В-С, С-Д, Д-Е наводятся ЭДС от каждого трансформатора, а на участке А-Е формируется суммарная ЭДС от всех трансформаторов. ЭДС на участке А-Е была бы и в случае отсутствия перемычек 7 при условии, что все первичные обмотки 6 включены согласно, при этом ЭДС на участках А-В, В-С, С-Д, Д-Е также бы присутствовали, но дополнительных токов они бы не создали - нет перемычек 7. На чертеже прерывистыми линиями показаны короткозамкнутые токи от малых ЭДС, а сплошными линиями со стрелками короткозамкнутый ток от суммарной ЭДС.
Работает устройство следующим образом.
При согласном подсоединении обмоток 6 к источнику питания через обмотки 6 начинают протекать первичные токи, которые создают в магнитопроводах 1 магнитные потоки, формирующие на участках А-В, В-С, С-Д, Д-Е малые ЭДС, под действием которых в контурах, обозначенных прерывистыми линиями, возникают короткозамкнутые токи. Видим, что в перемычках 7 эти токи от соседних участков имеют встречное направление и суммарный ток равен нулю. Во внутреннем и наружном же цилиндрах и в торцевых перемычках камеры эти токи имеют одинаковое направление с короткозамкнутым током от суммарной ЭДС, что увеличивает их нагрев более, чем в два раза. Если на участках А-В, В-С, С-Д, Д-Е наводимые малые ЭДС обозначим через «e», то на участке А-С, ЭДС будет равна «2е», на участке А-Д «3е», на участке А-Е «4е» и все они в своих контурах создают свои короткозамкнутые токи, вот откуда получается увеличение нагрева более, чем в два раза.
В зависимости от требующейся от электронагревательного устройства мощности количество трансформаторов может быть любым, а обмотки 6 могут быть рассчитаны на любое напряжение и включены последовательно или параллельно, но обязательно согласно.
Предлагаемое электронагревательное устройство предпочтительно использовать для нагрева жидкости в потоке.
Электронагревательное устройство, содержащее трансформатор на замкнутом магнитопроводе, через внутреннее окно которого пропущена замкнутая труба короткозамкнутого витка трансформатора, отличающееся тем, что замкнутая труба разделена на n-е число участков, концы и начала последовательно расположенных участков трубы гальванически соединены радиально расположенными проводниками и каждый участок снабжен трансформатором на замкнутом магнитопроводе, через окно которого пропущена труба участка и первичные обмотки трансформаторов включены согласно.
