Индукционное нагревательноеустройство

 

Сеюэ Советскик

Социапистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

oi)818507 (6!) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 240177 (2!) 2445811/24-07 (51)M. Кл.8

Н 05 В 6/10 (32) 24.01.76 (23) Приоритет

Государственный Кзиитет

СССР но яелаи изобретений и открытий (3!) 6150/76 (33) Япония

Опубликоваио 30.0381Бюллетень ¹ 12

Дата опубликования описания 050481 (53) УДК 621 365 .512(088.8) f72) Автор изобретем и я

Иностранец

Тукаса Такеда (Япония) (7!) Заявитель

Иностранная фирма

"Нитто Кемикал Индастри Ко, ЛТД" (Япония) / (54 ) ИНДУКЦИОННОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к индукционному нагреву токами проьыаленной.частоты.

Известны индукционные нагреватели, содержащие камеру для размещения нагреваемого материала, на которой размещен индуктор и которая служит нагревательным элементом, а также дополнительный электропроводник, охватывающий индуктор f1> .

Известны индукторы, в Чсоторых наружный электропроводник выполнен в виде цилиндра (2 .

Однако даннью устройства не позволяют уменьшить потоки рассеяния и тем савым повысить КПД устройства, Наиболее близким к предлагаемому является индукционное нагревательное устройство, содержащее нагревательную цилиндрическую камеру для размещения нагреваемого объекта, установлен-, ный снаружи ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магнитопровода с навитой на нем через изоляцию обмот-. кой, и охватывающий их элемент из электропроводящего материала, электрически соединенный по концам с нагревательной камерой (3).

Однако при использовании этого устройства возникают токи утечки, текущие к внешней конструкции, которые опасны с точки зрения техники безопасности, а также снижают КПД устройства.

Цель изобретения — увеличение КПД путем уменьшения потока рассеяния..

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве укаэанный элемент из электропроводящего материала выполнен в форме замкнутого объема,,например цилиндрического резервуара. Кроме того, снаружи Устройства может быть дополнительно размещен замкнутый элемент,из ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электропроводящего материала и нагревательной камерой. Устройство также снабжено дополнительным проводником в виде шин, электрически соединенным по концам с элементом из электропроводящего материала и размещенным между ним и замкнутым ферромагнитным элементом, а также дополнительным кольцевым магнитопроводом, установленным между указанными шинами и элементом из злектропроводящего материала. Нагревательная камера может быть выполнена в виде пучка труб или в виде резер818507 вуара с днищем, в последнем случае индуктор устанавливается под днищем.

На фиг. 1 показано индукционное нагревательное устройство, первый вариант выполнения; на Аиг. 2 — сечение А-А"на фиг. 1; на фиг. 3 - Устройство, продольный разрез; на фиг. 4то жд, второй вариант выполнения, продольный разрез; на фиг. 5 — то же, второй вариант выполнения; на йиг. 6— график, представляющий результаты испытаний предлагаемого устройства; ° на фиг. 7 — устройство, третий вариант выполнения.

Устройство содержит нагревательяую камеру 1, индуктор в виде кольца 2, состоящий из кольцевого магнитопровода 3 и обмотки 4, и охватывающий их элемент 5 из электропроаодящего материала.

Электрический проводник 5 выполнее не лентообразным, а закрывающим 20 пф@иферию нагревательной камеры 1 и кольцо 2 для генерации магнитного потока. Из двух потоков <р„ и с ðàññåяния в этом варианте совершейно отсутствует по причине, описанной ни- 25

RO IIoTOK gz pBCCeRHHB KoTOpbIA жвт оказывать вредное. влияние и, следовательно, отсутствует утечка магнитного потока наружу.

ДОпустим, что существует Поток )2 идущий от точки А электрического проводника 5 наружу и возвращающийся внутрь от точки В, но поскольку схема на фиг. 2 является симметричной

Фнгурой с центром симметРии в ее центральной точке, то должен существовать поток р2, одинаковый с потоком

Ц32 (как показано) по величине и направлепию. Однако потоки g> и (p в точке

А рааны по величине и противоположны по направлению, поэтому совместное 4О существование обоих потоков невозможНО. Следовательно, существование потОка Ц3 также невозможно. Таким образом, эйектричеекий проводник 5, хотя И ие обладает свойствами изолиРУю- 45 щего экрана против магнитного потока, препятствует появлению потока рассеяния и предотвращает утечку потока

Наружу °

В этой связи предположительно остается магнитный поток у<, который .проходит вокруг нагревательной камеры 1 внутри электрического проводника .5, но вредное влияние этого потока настолько мало, что им можно пренебречь. Кроме того, этот магнитный поток у можно легко рассчитать с высокой точностью. .Таким образом, индукционное нагревательное устройство (йиг. 1 и 2) имеет то достоинство, что его коэффи- 60 циент мощности может быть повышен до очень высокой степени, к тому же оно не оказывает на окружающее оборудование индукционных помех от потока рассеяния. 65

Предлагаемое устройство имеет такпреимущество, состоящее в том, что, поскольку разность потенциа лов, наблюдаемая со сторонй внешних конструкций, представляет собой лишь весьма незначительную разницу потенциалов, зависящую от степени падения потенциала внутри электрического проводника 5 между двумя концами требуемого участка генерации тепла нагревательной камеры 1, отсутствует опасность происхождения таких несчастных случаев, как электрический удар в человека.

Упомянутый электрический проводник 5 выполнен из электропроводящего материала, например меди, и желательно цилиндрической формы, обеспечивающей возможность размещения внутри него нагревательной камеры 1 и кольца 2 для генерации магнитного потока.

Этот электрический проводник 5 может быть выполнен в форме, имеющей Участок в виде щелеобразного окна для взаимного соединения внутренней и наружной сторон, чтобы облегчить его изготовление и установку.

Снаружи устройства может быть размешен элемент 6 из ферромагнитного материала (фиг. 5). Данное устройство может быть снабжено также проводником 7 в виде шин (фиг. 7) и дополнительным кольцевым магнитопроводом

8. Нагревательная камера 1 может быть выполнена в виде пучка труб 9 (фиг. 3) или в виде резервуара с днищем 10. В этом случае кольцо 2 для генерации магнитного потока может быть размещено (как показано) близ периферии днища резервуара, хотя его можно установить вокруг наружной стороны центральной части резервуара.

Нагревательная камера 1 может быть выполнена, по крайней мере, из одного металла, выбранного из группы, содержащей железо, углеродистую, нер.кавеющую и жаростойкую сталь и т. д., электрическое сопротивление которых больше, чем у меди. Кольцевой магнитопровоД 3 может быть выполнен путем свертывания непрерывной ленты из углеродистой стали в кольцо или путем сборки иэ прямоугольных пластин из указанного материала или путем пакетирования кольцеобраэных пластин из углеродистой стали. В качестве материала для кольцевого магнитопровода

3 вместо листа углеродистой стали может быть использован также лист мягкой стали.

Индукционное нагревательное устройство согласно второму варианту выполнения (фиг. 5) имеет такую конструкцию при которой снаружи его размещен закрывающий периферию устройства цилиндрический элемент 6 из ферромагнитного материала, оба конца которого электрически соединены с двумя концами требуемого участка

818507 упомянутой стальной трубы составляет не более 0,2Ъ от приложенного напряжения Е;.

Таким образом, при использовании этого устройства, например, в качестве реактора на химическом заводе, имеющем дело с горючими материалами, никакой опасности с точки зрения техники безопасности не имеется, поскольку отсутствует ток утечки к внешним конструкциям.

Индукционное нагревательное устройство согласно третьему варианту выполнения (фиг. 7) является модификацией второго варианта и отличается тем, что электрический проводник выполнен в виде внутреннего проводника 5, закрывающего периферию нагревательной камеры 1 и кольцо 2 для генерации магнитного потока, и наружного проводника 7, размещенного снаружи упомянутого внутреннего проводника 5 и снабженного кольцевым магнитопроводом 8, расположенным между внутренним проводнцком 5 и наружным проводником 7.

Поскольку в данном устройстве появляется очень маленькая, как и в устройстве по первому варианту, разница потенциалов в промежутке между наружной поверхностью внутреннего проводника 5 и внутренней поверхностью кольцевого магнитопровода 8 и еще меньшая по сравнению с ней разница потенциалов в промежутке между наружной поверхностью наружного проводника 7 и внутренней поверхностью цилиндрического элемента 6, источник переменного тока, возникающего Й самом цилиндрическом элементе 6 между его концами с его внутренней стороны, становится крайне малым по сравнению с источником тока в устройстве по второму варианту. Поэтому толщина цилиндрического элемента 6 может быть уменьшена несмотря на то, что чем толще цилиндрический элемент, тем более заметен поверхностный эффект, что приводит к увеличению упо— мянутого отношения (Е /Е„) напряжений. Следовательно, это устройство имеет то преимущество, что оно легче, чем устройство по второму варианту, и в то же время, сохраняя такую же, как у второго варианта, эффективность, является Экономичным и удобным для установки.

Цилиндрический элемент 6 может быть выполнен из ферромагнитного материала, выбранного из группы, содержащей ковкий чугун, мягкое ковкое железо для электромагнитов, углеродистую, литую, кремнистую и хромникелевую стали, железоникелевый сплав и т. д.

Формула изобретения

1. Индукционное нагревательное устройство, содержащее нагревательную генерации тепла чагревательной камеры 1 или двумя концами электрического проводника 5 соответственно.

Это устройство свободко от тока утечки к соеДиненным с ним внешним конструкциям по причине, опис .иной ниже. При подводе напряжения переменного тока к электрической обмотке 4 между двумя концами требуемого участка генерации тепла нагреватель- ной камеры 1 в промежутке между наружной поверхностью электрического проводника 5 и внутренней поверхностью цилиндрического элемента б появляется очень маленькая разница потенциалов, подобная той, которая возникает в устройстве rio первому варианту. Эту 15 разницу потенциалов можно рассматривать как источник переменного тока, возникающего между двумя концами самого цилиндрического элемента 6 с его внутренней стороны. 20

Широко известно явление, состоящее в том, что в случае, если к электрическому проводнику течет ток высокой частоты, то он стремится течь, концентрируясь по поверхности электрического проводника и со стороны источника энергии вследствие поверхностного эффекта. Хорошо известно также, что в случае, когда упомянутый электрический проводник выполнен из ферромагнитного материала, значительный поверхностный эффект может быть получен не только от электрического тока высокой частоты, но и от электрического тока промышленной частоты.

Поэтому поток переменнбго тока в цилиндрическом элементе б, возникающий .от упомянутой разницы потенциалов, концентрируется и очень медленно течет по внутренней поверхности цилиндрического элемента 6 и ее окрестнос- 40 ти.

Таким образом, величина наблюдаемой снаружи цилиндрического элемента

6 разницы потенциалов меньше упомянутой ранее небольшой разницы потенци- 4 алов на несколько порядков, т. е. равна нулю. Следовательно„.при приведении в Действие такого устройства, соединенного с внешней конструкцией, имеющей весьма незначительное элект- gp рическое сопротивление, через трубопровод и т. д. или непосредственно, ток утечки-к упомянутой внешней конструкции отсутствует.

При подводе внутрь трубы из стали

10Â толщиной стенки 5 мм и длиною

1000 мм, используемой в качестве цилиндрического элемента б, различных по величине напряжений Е„ переменного тока частотою 50 ru измеряют напряжение Ео, появляющееся на наружной 40 поверхности стальной трубы, и находят зависимость между приложенным напряжением Е; и отношением Ео/Е„, которая показана на фиг. 6. В результате напряжение на наружной поверхности Я

818507 цилиндрическую камеру для размещения нагреваемого объекта, установленный снаружи ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магйитопровода с навитой на нем через изоляцию обмоткой, и охватыв ощий их элемент иэ электропроводящего материала, электрически соединенный по концам с нагревательной камерой, о т л и ч а в щ е е с я тем, что, с целью увеличения ЕПД пу тем уменьшения потока рассеяния, указанный элемент из электропроводящего материала выполнен в форме замкнутого объема, например цилиндрического резервуара.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что снаружи !3 дополнительно размещен замкнутый элемент из ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электропроводящего материала и нагревательной камерой. ;Щ

3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено дополнительным проводником в виде шин, электрически соединенным по концам с элементом из электропроводящего материала. и размещенным между ним и замкнутым ферррмагнитным элементом, а также дополнительным кольцевым магнитопроводом, установленным между указанными шинами и элементом из электропроводящего материала.

4. Устройство по пп. 1-3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что нагревательная камера выполнена в виде пучка труб:

5..устройство по пп. 1-3, о тл и ч а в щ е е с я. тем, что нагревательная камера выполнена в виде резервуара с днищем, а индуктор установлен под .днищем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 73984, кл. Н 05 B 5/08, 1949.

2. Авторское свидетельство СССР в 117388, кл. Н .05 B 5/08, 1957..

2. Заявка Японии Р 28906, кл. Н 05 В 5/08, 1972.

818507 флис. 7

Тираж 889 Подписное, ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Мооква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5. Заказ 1506/83

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель О. Щедрина

Редактор М. Митровка Техред Е.Гаврилешко Корректор Н. Степ