Индукционное нагревательноеустройство

Сеюэ Советскик Социалистическик Республик(23) Приоритет Государственный Кзиитет СССР но аедаи изобретениИ и открытий(72 Автор изобретения Иностранец Тукаса Такеда(7) Заявитель Иностранная фирма(54) ИНДУКЦИОННОЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к индукционному нагреву токами проюааленной.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 (11.Известны индукторы, в скоторых наружный электропроводник выполнен в виде цилиндра (2.Однако данные 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 техникибезопасности, а также снижают КПД устройства. Цель изобретения - увеличение КПД путем уменьшения потока рассеяния.Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве указанный элемент из электропроводящего материала выполнен в Форме замкнутого объеманапример цилиндрического резервуара. Кроме того, снаружи Устройства может быть дополнительно размещен замкнутый элемент,из ферромагнитного материала, концы которого электрически соединены с элементом из электро- проводящего материала и нагревательной камерой. Устройство также снабжено дополнительным проводником ввиде 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 резервуара с днищем, в последнем случаеиндуктор устанавливается под днищем.На фиг. 1 показано индукционноенагревательное устройство, первыйвариант выполнения; на фиг. 2 - сечение А-А"на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство, продольный разрез; на фиг. 4 то жд, второй вариант выполнения,продольный разрез; на фиг. 5 - то же,второй вариант выполнения; на фиг. 6 -график, представляющий результатыиспытаний предлагаемого устройства;на фиг. 7 - устройство, третий вариант выполнения.Устройство содержит нагревательиую 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 выполнен не лентообразным, а закрывающим 20ПЕриферию нагревательной камеры 1 икольцо 2 для генерации магнитного потока. Из двух потоков (р и ( рассеяния в этом варианте совершейно отсутствует по причине, описанной нижеу поток (2 рассеяния который можвт оказывать вредное. влияние и, следовательно, отсутствует утечка магнитного потока наружу.дОпустим, что существует поток д 2идущий от точки А электрического проводника 5 наружу и возвращающийсявнутрь от точки В, но поскольку схема на фиг. 2 является симметричнойфигурой с центром симметрии в ее центральной точке, то должен существовать поток (р 2 , одинаковый с потокомЦ 32 (как показано) по величине и направлению. Однако потоки (р 2 и ц, в точкеА равны по величине и противоположныно направлению, поэтому совместное 40существоВание обоих потоков невозможно. Следовательно, существование потока Ч 1 также невозможно. Таким образом, зйектричеекий проводник 5, хотя и ие обладает свойствами изолирУющего экрана против магнитного потока,препятствует появлению потока рассеяния и предотвращает утечку потокаиаружуВ этой связи предположительно остается магнитный поток р, который .проходит вокруг нагревательной камеры 1 Внутри электрического проводника .5, но вредное влияние этого потока настолько мало, что им можно пренебречь. Кроме того, этот магнитныйпоток ц можно легко рассчитать свысокой точностью..Таким образом, индукционное нагревательное устройство (фиг. 1 и 2)имеет то достоинство, что его коэффициеит мощности может быть повышен доочень высокой степени, к тому же ононе оказывает на окружающее оборудование индукционных помех от потока рассеяния. 65 Предлагаемое устройство имеет также преимущество, состоящее в том,что, поскольку разность потенциалов, наблюдаемая со сторона внешнихконструкций, представляет собой лишьвесьма незначительную разницу потенциалов, зависящую от степени падения потенциала внутри электрического проводника 5 между двумяконцами требуемого участка генерациитепла нагревательной камеры 1, отсутствует опасность происхождениятаких несчастных случаев, как электрический удар в человека,Упомянутый электрический проводник 5 выполнен из электропроводящегоматериала, например меди, и желательно цилиндрической формы, обеспечивающей возможность. размещения внутринего нагревательной камеры 1 и кольца 2 для генерации магнитного потока.Этот электрический проводник 5 можетбыть выполнен в Форме, имеющей участок в виде щелеобразного окна длявзаимного соединения внутренней и наружной сторон, чтобы облегчить егоизготовление и установку.Снаружи устройства может быть размешен элемент 6 из ферромагнитногоматериала (Фиг. 5). Данное устройство может быть снабжено также проводником 7 в виде шин (фиг, 7) и дополнительным кольцевым магнитопроводом8. Нагревательная камера 1 может бытьвыполнена в виде пучка труб 9 Фиг, 31или в виде резервуара с днищем 10.Вэтом случае кольцо 2 для генерациимагнитного потока может быть размещено (как показано) близ периФерии днища резервуара, хотя его можно установить вокруг наружной стороны центральной части резервуара.Нагревательная камера 1 может бытьвыполнена, по крайней мере, из одного металла, выбранного из группы, содержащей железо, углеродистую, нер.кавеющую и жаростойкую сталь и т. д.,электрическое сопротивление которыхбольше, чем у меди. Кольцевой магнитопровод 3 может быть выполнен путемсвертывания непрерывной ленты из углеродистой стали в кольцо или путемсборки иэ прямоугольных пластин изуказанного материала или путем пакетирования кольцеобраэных пластин изуглероДистой стали. В качестве материала для кольцевого магнитопровода3 вместо листа углеродистой сталиможет быть использован также листмягкой стали.Индукционное нагревательное устройство согласно второму вариантувыполнения ,фиг. 5) имеет такую конструкцию при которой снаружи егоразмещен закрывающий периферию устройства цилиндрический элемент б изферромагнитного материала, оба конца которого электрически соединеныс двумя концами требуемого участкамом цилиндрическом элементе б 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 улов 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 б может быть выполнен из Ферромагнитного материала, выбранного из группы, содержащей ковкий чугун, мягкое ковкое железо для электромагнитов, углеродистую, литую, кремнистую и хром- никелевую 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 по первому варианту. Эту 15 разницу потенциалов можно рассматривать как источник переменного тока, возникающего между двумя концами самого цилиндрического элемента б с его внутренней стороны. 20Широко 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 переменного тока в цилиндрическом элементе б, возникающий .от упомянутой разницы потенциалов, концентрируется и очень медленно течет по внутренней поверхности цилиндрического элемента б и ее окрестнос ти.Таким образом, величина наблюдаемой снаружи цилиндрического элемента б разницы потенциалов меньше упомянутой ранее небольшой разницы потенци алов на несколько порядков, т. е. Равна нулю. Следовательно.при приведении в Действие такого устройства, соединенного с внешней конструкцией, имеющей весьма незначительное элект рическое сопротивление, через трубопровод и т. д. или непосредственно, ток утечки к упомянутой внешней конструкции отсутствует.При подводе внутрь трубы из стали 10 В толщиной стенки 5 мм и длиною 1000 мм, используемой в качестве цилиндрического элемента б, различных по величине напряжений Е переменного тока частотою 50 Гц 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. б. В результате напряжение на наружной поверхности 65 упомянутой стальной трубы составляет не более 0,2 от приложенного нанря" жения 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 нагревательнойкамеры 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, разницапотенциалов в промежутке между наружной поверхностью внутреннего проводника 5 и внутренней поверхностьюкольцевого магнитопровода 8 и ещеменьшая по сравнению с ней разницапотенциалов в промежутке между наружной поверхностью наружного проводника 7 и внутренней поверхностьюцилиндрического элемента б, источникпеременного тока, возникающего Й са818507 ие. цилиндрическую камеру для размещения нагреваемого объекта, установленный снаружи ее индуктор, выполненный в виде кольцевого магйитопровода с навитой на нем через изоляцию обмоткой, и охватывощий их элемент иэ электро- проводящего 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. 393. 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 соединеннымпо концам с элементом из электропроводящего материала. и размещенныммежду ним и замкнутым ферррмагнитнымэлементом, а также дополнительнымкольцевым 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 видепучка труб5. Устройство по пп. 1-3, о т -л и ч а в щ е е с я. тем, что нагревательная камера выполнена в видерезервуара с днищем, а индуктор установлен под .днищем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 73984, кл, Н 05 В 5/08, 1949.2. Авторское свидетельство СССРв 117388, кл. Н 05 В 5/08, 1957.2. Заявка Японии Р 28906,кл. Н 05 В 5/08, 1972.889дарственногоиэобретений ЖРаук ПодписноекоМитета СССоткрытийкая наб., д.