CN101842642A - 液态热载体加热方法和加热设备 - Google Patents

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Abstract

在推荐的加热方法中，通过旋转围绕在加热器4筒形面上的热载体，实现液态热载体向加热区的传导，从而形成轴线对称旋转流，热载体每一粒子的轨迹是与加热器4表面相切的切线，加热器4具有超过热载体临界温度(图1)的温度。加热装置由一个带有筒体1的热交换装置、冷的热载体2正切导管和热的热载体3输出接管组成。在筒体1上，共轴安装了具有筒形面的加热器4。加热装置包括膨胀水箱5，缠绕管和受热器6，使用热电偶8调节加热器4的温度，加热器4内部有一个电热源(电阻线9)。加热装置靠双相位转换：水-蒸气-水，可以提高从加热装置向热载体传热的效率。

Description

液态热载体加热方法和加热设备
技术领域
该发明属于热力工程领域，利用这一技术和设备生产热蒸汽，以满足工业和个人需求，包括生成供暖系统。
背景技术
通过将液体加热到超过所形成的蒸汽的饱和温度气化管道内液体的方法是本领域公知的技术(US3326640，分类号：B01J1/00，1967年公开)。
这种公知的方法缺点是可靠性差，材料消耗量大，并且必须提高液体压强。
通过在管道内将液体加热到超过所形成的蒸汽的饱和温度气化液体、降低管道内压、保持管道壁温度低于即将气化的液体的临界加热温度的方式，将依靠作用在管道壁上的引出电流电位，提高管道的散热效率(RU2118804，分类号：F 22B1/00，公开日：1999年4月10日)
这种方式的缺点在于气化过程效率低，工业上应用复杂。
专利RU2293913(公开日：2007年2月20日；分类号：F 22B 1/30)公开了一种蒸汽生成方法，是本领域的公知技术，这种方法是将水倒入锅炉中并达到必要的水位，通过安装在水中的电极向水中发出电影响，电影响是由高压脉冲形成的。在此作用下形成的水流，通过作为阻止水流自由流动的分流器放水，变成分散结构。
这种方法不能提高从加热器向热载体传热的效率。
专利SU 419687(公开日：1974年3月15日；分类号：F 22B 3/04)中公开了一种蒸汽生成方式，是本领域公知的技术。在上述压力作用下，加热到比其饱和温度低的温度的工作介质，沿正切管道，向介质旋转输入室传送。初始期介质速度会加快，而压力会降低，当介质向挡板移动时，旋转半径减小，介质压力会和上述温度下的饱和压力相同，在阿基米德力的作用下，蒸汽气泡将向中心汇集并传给用户。
这种方式亦也是不能提高从加热器向热载体传热的效率。
专利SU 663982(公开日：1979年5月25日；分类号：F 22H 1/10)中公开了接触式水加热器也是公知的技术。其壳体带有一个安装在水套中和环形接触室边缘的中央加热室。
这种水加热器的缺点是从接触室中放出的气体不均衡，设备价格昂贵。
专利SU 787812(公开日：1980年12月15日；分类号：F 24H 1/10)中公开了接触式表面水加热器有一个外壳体、一个和加热室连通的燃烧设备、水套。水管周围安装环形接触室，底部和加热室连接，上部和水套连接，将气体通过环形挡水板导出，在这个挡水板上部安装一个带有气门的环形隔板。
这个设备同样不能提高从加热器向热载体传热的效率。
液态热载体加热方式和加热设备(RU2178125；公开日：2002年1月10日；分类号：F 24H 1/10)同样是公知的技术。
液态热载体加热方式包括在加热设备壳体内，从热源向加热区传递液态热载体、热载体加热和加热的热载体从加热区导出，从上面向加热区的旋转筒体传送液态热载，从而形成薄膜状的载体液态层。被加热的热载体从下面的旋转筒体导出。在加热装置壳体内，用筒体的内外表面的热源燃烧物质形成筒体的强制性环流，从加热器壳体中吸出燃烧物质。
在所述的加热方式及加热设备中，当后者壁上的筒体旋转时，形成液态热载体封闭流。并用热辐射和热源燃烧物质直接加热。根据筒体的旋转速度，在常压下，热载体的内压值的选择应保证温度超过其燃烧温度的热载体的加热和导出。
该方式和设备也不能提高从加热器向热载体传热的效率。
因此，需要研究液态热载体和加热设备加热的新方法，以便提高从加热器向热载体传热的效率。
发明内容
本发明提供一种提高热能从加热器传导给热载体的方法，提高推荐方法的加热设备的可靠性，简化设备结构，同时提高生产力。其他已解决的任务和本发明的优点将在附图的简介中作为实现发明的最佳方案加以明确。
液态热载体加热方法包括从加热源向加热设备壳体内加热区传导液态热载体、热载体加热和从加热区传导被加热的热载体。为提高加热器向热载体传热的效率，液态热载体向加热区的传送可通过旋转加热器筒形面周围的热载体来实现，从而形成轴线对称旋转流。热载体每颗粒子的轨迹是与加热器表面相切的切线，加热器具有超过热载体临界温度的温度。
按照本发明，液态热载体加热是通过双相位转换来实现的：从水转换成蒸汽，然后反向转换，也就是说，气化和凝结是在被加热的液体分子(粒子)的一个自由行程中实现的。
为了热载体能够旋转，至少应通过两个正切形成“力偶”的接管上，从加热装置的下部传导热载体。
液流上升轨道可以按照下面的公式来表达：
(mT TT)/ceκ≤(mnTn)/ceκ，
mT——热载体质量；
TT——热载体温度；
mn——加热器质量
Tn——加热器温度。
在作为发明项目的设备部件中，既定任务的解决应依靠加热设备包括一部带热源的加热器、一部带冷热载体传输和热热载体输出接管的热交换设备。筒形加热器同轴安装在具有筒形机壳的热交换设备中。为了传导热载体，在机壳的下面至少安装两个接管，以形成轴线对称旋转流，在筒形外壳的上部输出热的热载体。
加热设备最好包括膨胀水箱，，缠绕导管和一部受热器。
为了更好地输出热热载体，在筒形机壳上面，最少应安装两个接管。
按照这种方法，加热器表面温度会超过热载体的临界温度。
温度超过热载体(水)临界温度的加热器表面，很快地就会被蒸汽层(蒸汽罩)包裹，热传递会变慢。当水被作为热载体时，水的临界温度T＝374.15℃，由于蒸汽分子自由行程的速度非常快可以达到500米/秒，并且自由行程很短，在上述方案中，建议形成这样的热载体流，即液体水分子触及加热器筒形面时，变为蒸汽。瞬间改变运动轨道后，构成液态热载体(水)有组织的液流，凝结时把蒸汽形成的能量传给热载体(双相位转换)，液态热载体(水)和生成(水)蒸汽的后续分子可能会沿着有组织的流体轨迹移动。
依靠双相位转换：水-蒸汽-水(在温度为20℃时，水的单位比热是4.19焦耳/r＊κ，蒸汽单位热能为2255焦耳/r)，加热装置会高效地将热量从加热器传导给热载体。
附图说明
图1是加热装置的外观图。
图2是A-A剖面图。
加热装置由一个带筒形外壳的热交换设备1、传导冷热载体的正切接管2、热热载体输出接管3组成。筒体1上外共轴安装带筒形面的加热器4，加热装置包括膨胀水箱5，缠绕管管和受热器6。设备可配置电源配电盘和自控系统7。加热器4的温度依靠安装在加热器上的温差电偶8来调节，加热器4内部安装一个电加热的热源(电阻丝9)。
加满热载体的系统中，加热器4被加热到温度超过临界温度。由于自身具有物理能量，被加热的液体升到膨胀水箱5中，依靠形成轴线对称的旋转流不间断液流的力量，实现冷热载体向加热区的传输。每个热载体粒子(分子)的轨迹是相对于加热器4表面的切线。加热器4的温度超过热载体的临界温度，由于冷热载体至少通过两个正切接管传导，于是便形成了设备机壳内部热载体旋转，依靠冷热载体传输正切接管设备的功率，可更多地完成导流设备。任何已知的热载体旋转设备均可作为导流设备使用。
热载体杯急剧加热，接触到加热器表面之后被气化，进入热载体旋流后冷凝，同时向热载体提供蒸汽冷凝能量。热载体被加热、上升。热载体通过输出接管3输出，为了不破坏相对于加热器4热载体同轴构成的旋转流。加热器4的热源可采用为达到该目的使用的任何热源。
加热设备的工作步骤如下：
热载体(水)经膨胀水箱5或专门给水路径(图1未说明)注入热交换设备1中。，可以采用任意一种大家熟悉的方式(使用电加热器或者使用燃料加热)提升加热器4的温度，被加热的热载体密度将降低。在液流不间断条件下，围绕加热器4的筒状热载体H是在流体旋转运动产生的，通过正切导管给冷水进入让位。被加热的热载体通过导管3传入受热器6。在受热器6中热载体北冷却，回流进入设备的热载体2的输入接管中。
具体实施方式
图1和2描述实现发明的最佳方案。
为了使热载体旋转，沿正切和形成“力偶”两个接管，从加热装置的下面导出热载体。使用电加热设备作为热源。
设备中包括自控系统7。
为了输出加热的热载体，在筒形外壳上安装两个接管3.
为了形成流体上升轨道，可以用这个关系式来表达：
(mT TT)/ceκ≤(mn Tn)/ceκ，
mT——热载体的质量；
TT——热载体的温度；
mn——加热器的质量；
Tn——加热器的温度。
在使用推荐的加热设备时无需使用泵吸加热设备(水泵)，因为加热器4可以将水温提高到临界温度(T＝374.15℃)，之后达到加热器本身的温度。
该申请的技术成果可以提高从加热器向热载体传热的效率、提高设备的可靠性、简化设备结构。
工业上使用
该发明属于热能工程，可以在各种液体加热系统中使用，尤其是水加热系统。

Claims (7)

1.一种液态热载体加热的方法，包括从热源向加热装置机壳的加热区传送液态热载体，热载体加热、从加热区导出热载体，其特征在于：为提高加热器向热载体的热传导效率，围绕加热器筒形表面，以旋转的形式将液态热载体传导给加热区，形成了轴线对称的旋转流体，并且每一个热载体分子的轨迹都是相对于加热器表面的切线，加热器的温度超过热载体的临界温度。
2.如权利要求1所述液态热载体加热的方法，其特征在于：为了使热载体旋转，至少应沿正切和形成“力偶”两个接管，从加热装置的下面导出热载体。
3.如权利要求1所述液态热载体加热的方法，其特征在于：利用电加热，燃烧天然气，作为热源。
4.如权利要求1-3中所述任何一种液态热载体加热的方法：应按下列公式组织流体上升轨道：
(mTTT)/ceκ≤(mnTn)/ceκ，
mT——热载体的质量；
TT——热载体的温度；
mn——加热器的质量；
Tn——加热器的温度。
5.加热装置包括一个热源加热器，一个带传导冷热载体、输出热热载体接管的热热交换装置，其特征在于：带筒形面的加热器以同轴的形式安装在热量交换装置上，热量交换装置具有筒形外壳，为了传导冷热载体，筒形外壳下面至少应安装两个正切形成轴线对称旋转流体的接管或带有使水流旋转元件的导流装置，从筒形外壳的上部输出热的热载体。
6.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于：补充安装一个膨胀水箱，缠绕管道和一个受热器。
7.如权利要求5所述的加热装置，其特征在于：为导出热的热载体，在筒形外壳的上部至少安装两个接管。
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