CN102679310B - 用于供应蒸汽的设备及产生压缩蒸汽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸汽供应设备及产生压缩蒸汽的方法，该蒸汽供应设备用于将蒸汽供应到蒸汽使用设备，该蒸汽供应设备包括：蒸发器，用于从液体产生蒸汽；压缩单元，用于压缩从蒸发器输出的蒸汽；第一流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到压缩单元；第二流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到蒸发器；第三流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽输出到蒸汽使用设备；第一阀，用于打开或关闭第一流体流动路径；第二阀，用于打开或关闭第二流体流动路径。

Description

用于供应蒸汽的设备及产生压缩蒸汽的方法

本申请要求于2011年2月23日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0016026号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用被完全包含于此。

技术领域

本发明涉及一种用于供应蒸汽的设备。

背景技术

蒸汽供应设备用于产生高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽用于各种化学过程、食物烹饪、饮料制造、对特定物体进行杀菌和消毒等。蒸汽供应设备通过使水蒸发而产生高温高压蒸汽，通过使用压缩机来压缩蒸汽，然后将压缩蒸汽供应到蒸汽使用设备。

然而，在用于压缩蒸汽并将压缩蒸汽供应到蒸汽使用设备的蒸汽供应设备中，通过蒸发器产生的蒸汽的量可能小于压缩机最优地操作所需的蒸汽的量。在这样的情况下，压缩机的压缩效率明显降低，从而明显降低了蒸汽供应设备的总效率。

发明内容

本发明提供一种蒸汽供应设备，虽然通过蒸发器产生的蒸汽的量没有达到压缩机的高效操作所需的蒸汽的量，但是该蒸汽供应设备用于有效地保持压缩单元的压缩效率。

根据本发明的一方面，提供一种蒸汽供应设备，该蒸汽供应设备包括：蒸发器，用于从液体产生蒸汽；压缩单元，用于压缩从蒸发器输出的蒸汽；第一流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到压缩单元；第二流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到蒸发器；第三流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽输出到蒸汽使用设备；第一阀，用于打开或关闭第一流体流动路径；第二阀，用于打开或关闭第二流体流动路径。

根据本发明的一方面，虽然蒸发器的热容量小，但是可有效地保持压缩单元的压缩效率。因此，可有效地提高蒸汽供应设备的总效率。

另外，蒸汽供应设备可有效地防止压缩单元的压缩机喘振。

根据本发明的一方面，提供一种用于产生压缩蒸汽的方法，所述方法包括：通过蒸发器产生蒸汽；通过压缩单元来压缩从蒸发器输出的蒸汽；将从压缩单元输出的蒸汽输出到蒸汽使用设备；当压缩单元的入口与出口之间的压差超过预定值时，将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到压缩单元的入口中；当通过蒸发器产生的蒸汽的量小于预定量时，将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到蒸发器中，并且关闭从压缩单元输出到蒸汽使用设备的蒸汽。

附图说明

通过参照附图对本发明的示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更加清楚，附图中：

图1是示意性地示出根据本发明的实施例的蒸汽供应设备的构造的简图；

图2是示意性地示出图1的蒸汽供应设备的操作的简图；

图3是示意性地示出图1的蒸汽供应设备的另一种操作的简图；

图4是示意性地示出图1的蒸汽供应设备的另一种操作的简图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施且不应该被解释为限于在此阐述的实施例，相反，提供这些实施例以使本公开将是彻底的和完全的，并将本发明的构思完全地传达给本领域的技术人员。在本说明书中，相同的标号和符号始终指示相同的元件。

图1是示意性地示出根据本发明的实施例的蒸汽供应设备1的构造的简图。在本说明书中，‘蒸汽’指的是任意液体的蒸汽状态，且液体可以不限于水。

参照图1，蒸汽供应设备1包括蒸发器100、压缩单元200、第一流体流动路径300、第二流体流动路径400、第三流体流动路径500、第一阀600、第二阀700、第三阀800、多个第一冷却器810和820、第二冷却器830、多个液气分离器(knock out drum)910、920和930、第四流体流动路径950。

蒸发器100通过加热从外部输入的液体W而产生蒸汽。蒸发器100中的压力可被保持为低于空气压力，因此，液体W的沸点可以变得低于在大气压力下的沸点。如果液体W的沸点降低，则能够减少液体W的蒸发所需的热量。在下面解释在蒸发器100中流动的液体W是水的示例。

压缩单元200用于压缩从蒸发器100输出的蒸汽，并且可包括各种类型的压缩机(例如，离心式压缩机、轴流式压缩机等)中的一种压缩机。另外，压缩单元200可具有这样的结构，该结构包括按照多级连接的多个压缩机。参照图1，蒸汽供应设备1的压缩单元200包括串联地连接的三个压缩机210、220和230。为了便于解释，在下面将压缩机210、压缩机220和压缩机230称为第一压缩机210、第二压缩机220和第三压缩机230。

减压流体流动路径160可连接到流体流动路径150，减压流体流动路径160的压力可以低于蒸发器100的内部压力，流体流动路径150将蒸发器100的出口连接到压缩单元200的入口，即，连接到第一压缩机210的入口。减压泵170可设置在减压流体流动路径160中，以降低蒸发器100中的压力，减压泵170可从蒸发器100强制性地吸取空气或蒸汽。

第一流体流动路径300将第三压缩机230的出口连接到第一压缩机210的入口，以将从压缩单元200输出的压缩蒸汽再次输入到压缩单元200的入口。在当前实施例中，第一流体流动路径300通过连接到第一压缩机210的入口的液气分离器910而连接到第一压缩机210。单向阀320可设置在第一流体流动路径300中，以防止蒸汽沿着从压缩单元200的入口到压缩单元200的出口的方向回流。另外，旁通阀(310)可设置在第一流体流动路径300中，以当确定不需要第一流体流动路径300时，预先阻塞第一流体流动路径300。

第二流体流动路径400将最后一个压缩机，即，第三压缩机230的出口连接到蒸发器100，以将从压缩单元200输出的压缩蒸汽输入到蒸发器100。单向阀410可设置在第二流体流动路径400中，以防止蒸汽沿着从蒸发器100到压缩单元200的出口的方向回流。

在当前实施例中，第一流体流动路径300和第二流体流动路径400连接到直接连接到压缩单元200的出口的流体流动路径550。即，第一流体流动路径300和第二流体流动路径400通过流体流动路径550而连接到压缩单元200的出口。第一排放流体流动路径350连接到直接连接到压缩单元200的出口的流体流动路径550，以将蒸汽输出到外部大气。第一排放流体流动路径350用于调节通过压缩单元200循环的蒸汽的量，并且可以根据通过压缩单元200循环的蒸汽的量来打开和关闭第一排放流体流动路径350的阀352。消声器可设置在第一排放流体流动路径350中，以减小由于高温高压蒸汽的排放而导致的噪声。

第三流体流动路径500将压缩单元200的出口连接到蒸汽使用设备U，以通过使用蒸汽使用设备U而将从压缩单元200输出的压缩蒸汽输出到用于执行物理和化学过程的设施。流量计可设置在第三流体流动路径500中，以测量输入到蒸汽使用设备U的蒸汽的量。

在当前实施例中，第二排放流体流动路径510连接到第三流体流动路径500。第二排放流体流动路径510可以根据阀512的打开和关闭而将第三流体流动路径500的蒸汽排放到外部，并且可用于控制蒸汽供应设备1的操作条件。例如，第二排放流体流动路径510可用于控制压缩单元200的初始操作条件，并且可具有这样的作用：当蒸汽不供应到蒸汽使用设备U时，第二排放流体流动路径510将蒸汽排放到外部，以持续地保持蒸汽供应设备1的操作条件。

第一阀600具有这样的作用：打开和关闭第一流体流动路径300，以允许或阻止第一流体流动路径300的压缩蒸汽的流动。即，第一阀600允许或阻止压缩蒸汽从压缩单元200的出口流动到压缩单元200的入口。第一阀600可以是减压阀，当从压缩单元200输出的蒸汽的压力达到预定的高压时，该减压阀打开。

第二阀700具有这样的作用：打开和关闭第二流体流动路径400，以允许或阻止第二流体流动路径400的压缩蒸汽的流动。即，第二阀700允许或阻止压缩蒸汽从压缩单元200的出口流动到蒸发器100的入口。另外，第二阀700可控制第二流体流动路径400的打开程度，以通过控制流过第二流体流动路径400的压缩蒸汽的量来控制流过第一流体流动路径300的压缩蒸汽的量。换句话说，第二阀700可通过调节沿着第二流体流动路径400流动的流体的量来间接地控制沿着第一流体流动路径300流动的流体的量。由于第一流体流动路径300和第二流体流动路径400并联地连接，所以沿着第一流体流动路径300流动的流体的量受到沿着第二流体流动路径400流动的流体的量影响。因此，可通过第二阀700控制沿着第一流体流动路径300流动的流体的量。第二阀700可以是电子阀。

第一冷却器810和820分别连接在第一压缩机210和第二压缩机220之间以及第二压缩机220和第三压缩机230之间。第一冷却器810和820具有这样的作用：通过向从前一级压缩机输出到下一级压缩机的压缩蒸汽添加水蒸气而冷却所述压缩蒸汽。即，第一冷却器中的一个第一冷却器810通过将水蒸气喷射在通过第一压缩机210压缩、然后将输入到第二压缩机220的压缩蒸汽上来冷却所述压缩蒸汽，第一冷却器中的另一个第一冷却器820通过将水蒸气喷射在通过第二压缩机220压缩、然后将输入到第三压缩机230的压缩蒸汽上来冷却所述压缩蒸汽。

第一冷却器810和820从外部接收水，以将水蒸气喷射在压缩蒸汽上，阀814和824分别设置在水流过的流体流动路径812和822中，以控制从外部输入的水的量。

第二冷却器830设置在第一流体流动路径300中，并且具有这样的作用：将水蒸气喷射在通过第一流体流动路径300的压缩蒸汽上，以通过向所述压缩蒸汽添加水蒸气来冷却所述压缩蒸汽。第二冷却器830从外部接收水，以将水蒸气喷射在通过第一流体流动路径300的压缩蒸汽上，阀834设置在水流过的流体流动路径832中，以控制从外部输入的水的量。

液气分离器910、920和930分别设置在压缩机210的入口侧、压缩机220的入口侧以及压缩机230的入口侧，并且从输入到压缩机210、220和230的压缩蒸汽中分离出呈液态的水。即，液气分离器910、920和930通过去除包含在分别输入到压缩机210、220和230的蒸汽中的呈雾态的水，而阻止呈液态的水被输入到压缩机210、220和230中。

第四流体流动路径950将液气分离器910、920和930连接到蒸发器100，以将通过液气分离器910、920和930分离的水W输入到蒸发器100。排放液体储存器952和泵954可设置在第四流体流动路径950中，排放液体储存器952用于储存通过液气分离器910、920和930分离的水W，泵954用于将储存在排放液体储存器952中的水强制性地输送到蒸发器100。

接下来，在下面解释上面呈现的蒸汽供应设备1的操作和作用。

水输入到蒸发器100，且通过加热水而产生蒸汽。此时，蒸发器100的内部压力被设定为低于1巴(bar)，以允许蒸发器100的水在100℃以下的温度沸腾。为了将蒸发器100的内部压力设定为低于1巴，可通过使用减压泵170来预先降低蒸发器100的内部压力。

通过蒸发器100产生的蒸汽被输入到液气分离器910。在液气分离器910中，包含在蒸汽中的呈雾态的水被冷凝且与蒸汽分离。

已经通过液气分离器910分离出呈液态的水的蒸汽被输入到压缩单元200的第一压缩机210。在蒸汽通过第一压缩机210的同时，蒸汽的温度和压力升高。

在蒸汽通过第一冷却器810的同时，从第一压缩机210输出的高温高压蒸汽的温度降低。由于第一冷却器810向蒸汽添加其温度低于蒸汽温度的水蒸气，所以在前的第一冷却器810冷却从第一压缩机210输出的蒸汽并且还增加了蒸汽的总量。另外，在前的第一冷却器810可通过降低从第一压缩机210输出的蒸汽的温度来有效地抑制由于热膨胀而导致的压缩效率的降低。

已经通过了第一冷却器810的蒸汽通过液气分离器920被输入到第二压缩机220。已经通过了第二压缩机220的蒸汽被压缩到更高的压力，且在该压缩过程中，蒸汽的温度升高。从第二压缩机220输出的蒸汽被连接到第二压缩机220的后端的在后的第一冷却器820冷却。在从第二压缩机220输出的蒸汽被在后的第一冷却器820冷却的过程期间，从第二压缩机220输出的蒸汽的总量增加到更大量。

已经通过了第二压缩机220以及连接到第二压缩机220的后端的第一冷却器820的蒸汽通过液气分离器930被输入到第三压缩机230。输入到第三压缩机230的蒸汽被更大程度地压缩。

为了提高压缩单元200的压缩效率，输入到压缩单元200的蒸汽的量应该保持在一定的水平之上。然而，通过蒸发器100产生的蒸汽的量可能不会达到压缩单元200最好需要的蒸汽的量。

当通过蒸发器100产生的蒸汽的量没有达到压缩单元200的高效操作所需的蒸汽的量时，可通过打开第二流体流动路径400而使从压缩单元200输出的压缩蒸汽被再次输入到压缩机100。

图2是示意性地示出第一流体流动路径300和第三流体流动路径500被阻塞且第二流体流动路径400打开的状态的简图。

参照图2，由于第二流体流动路径400打开而使得从压缩单元200输出的高压压缩蒸汽输入到蒸发器100。由于已经通过多级压缩机210、220和230使从压缩单元200输出的压缩蒸汽的温度升高，所以当从压缩单元200输出的压缩蒸汽输入到蒸发器100时，蒸发器100输出更大量的蒸汽。另外，由于从压缩单元200输出的被再次输入到蒸发器100的蒸汽含有在蒸汽经历压缩过程时从压缩单元200接收的大量的热能，所以蒸发器100可以在不需要巨大的热量的情况下而有效地增加输出蒸汽流的量。

如上所述，虽然用于蒸发器100的加热器的容量相对小，但是根据当前实施例的蒸汽供应设备1可通过控制第二流体流动路径400的打开和关闭来增加从蒸发器100输出的蒸汽的量，以达到最优地操作所需的蒸汽的量。

通过压缩单元200的蒸汽会通过第一冷却器810和820。此时，由于第一冷却器810和820向蒸汽添加水蒸气，所以第一冷却器810和820可使通过压缩单元200的蒸汽的量增加到更大量。

另外，可通过使用泵954使从液气分离器910、920和930输出的水再次输入到蒸发器100，由于通过高温蒸汽的冷凝而制成水并因此水的温度高，所以在蒸发器100中，水可以在不吸收大量的热的情况下而容易地转换成蒸汽。

当获得了通过压缩单元200的足够量的蒸汽时，可通过使用第三阀800而打开第三流体流动路径500，因此，蒸汽可被供应到蒸汽使用设备U。

图3是示意性地示出第二流体流动路径400和第三流体流动路径500打开的状态的简图。如图3所示，如果第三流体流动路径500打开，则压缩蒸汽可被供应到蒸汽使用设备U。可通过流量计520测量输入到蒸汽使用设备U的压缩蒸汽的量。

当在压缩单元200的操作期间，压缩单元200的入口与压缩单元200的出口之间的压差大于预定值时，或者当通过压缩单元200的蒸汽的量小于预定量时，可产生压缩机喘振。

为了防止在压缩单元200中出现压缩机喘振，需要保持压缩单元200的入口与压缩单元200的出口之间的压差小于预定值并且保持通过压缩单元200的蒸汽的量大于预定量。

图4是示意性地示出第一流体流动路径300打开的状态的简图。如图4所示，根据当前实施例的蒸汽供应设备1可通过控制第一流体流动路径300的打开和关闭来预先防止压缩单元200的压缩机喘振。即，如果压缩单元200的入口与压缩单元200的出口之间的压差达到预定值，则能够通过使用第一阀600打开第一流体流动路径300而保持所述压差小于预定值。因此，可有效地防止压缩单元200的压缩机喘振。

如果第一流体流动路径300打开，则通过第二冷却器830冷却通过第一流体流动路径300的压缩蒸汽，且压缩蒸汽的量增加。

虽然已经解释了根据本发明的实施例的蒸汽供应设备1，但是本发明不限于此，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

例如，虽然已经在当前实施例中解释了压缩单元200包括按照多级连接的三个压缩机210、220和230的情况，但是压缩单元200可包括按照多级连接的多于四个的压缩机或者两个压缩机。另外，压缩单元200可仅包括一个压缩机。

另外，虽然已经解释了根据当前实施例的蒸汽供应设备1包括液气分离器910、920和930、第一冷却器810和820、第二冷却器830、第四流体流动路径950的情况，但是蒸汽供应设备1可以不包括液气分离器910、920和930、第一冷却器810和820、第二冷却器830、第四流体流动路径950。

另外，虽然已经解释了蒸汽供应设备1的第一阀600是减压阀的情况，但是第一阀600可以是可被电子控制的电子阀。在这种情况下，第一阀600可被构造为根据压缩单元200的出口压力以及从压缩单元200的出口输出的蒸汽的量来控制第一流体流动路径300的打开和关闭，以防止压缩单元200喘振。

另外，虽然已经解释了蒸汽供应设备1将通过使水蒸发而产生的蒸汽供应到蒸汽使用设备U的情况，但是蒸汽供应设备1可将通过使除了水之外的液体蒸发而产生的蒸汽供应到蒸汽使用设备U。

另外，将理解的是，可以以各种形式实施蒸汽供应设备1。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (15)

1.一种蒸汽供应设备，包括：

蒸发器，用于从液体产生蒸汽；

压缩单元，用于压缩从蒸发器输出的蒸汽；

第一流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到压缩单元；

第二流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到蒸发器；

第三流体流动路径，用于将从压缩单元输出的蒸汽输出到蒸汽使用设备；

第一阀，用于打开或关闭第一流体流动路径；

第二阀，用于打开或关闭第二流体流动路径。

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：

第三阀，用于打开或关闭第三流体流动路径。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，压缩单元包括按照多级连接的多个压缩机。

4.根据权利要求3所述的设备，所述设备还包括：

第一冷却器，连接在所述多个压缩机之间，并用于通过向从在前的压缩机输出、然后将输入到在后的压缩机的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽。

5.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：

第二冷却器，用于通过向通过第一流体流动路径的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽。

6.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括：

液气分离器，用于使包含在输入到压缩单元的蒸汽中的液体分离，然后输出分离的液体。

7.根据权利要求6所述的设备，所述设备还包括：

第四流体流动路径，用于将从液气分离器输出的分离的液体输入到蒸发器。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，压缩单元包括按照多级连接的多个压缩机，所述设备还包括：

减压泵，用于降低蒸发器内部的压力；

第三阀，用于打开或关闭第三流体流动路径；

液气分离器，用于使包含在输入到压缩单元的蒸汽中的液体分离，然后输出分离的液体；

第四流体流动路径，用于将从液气分离器输出的分离的液体输入到蒸发器；

第一冷却器，连接在所述多个压缩机之间，并用于通过向从在前的压缩机输出、然后将输入到在后的压缩机的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽；

第二冷却器，用于通过向通过第一流体流动路径的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽。

9.一种用于产生压缩蒸汽的方法，所述方法包括：

通过蒸发器产生蒸汽；

通过压缩单元来压缩从蒸发器输出的蒸汽；

将从压缩单元输出的蒸汽输出到蒸汽使用设备；

当压缩单元的入口与出口之间的压差超过预定值时，通过打开第一流体流动路径将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到压缩单元的入口中，其中所述第一流体流动路径用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到压缩单元；

当通过蒸发器产生的蒸汽的量小于预定量时，通过打开第二流体流动路径将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到蒸发器中，并且通过关闭第三流体流动路径关闭从压缩单元输出到蒸汽使用设备的蒸汽，其中所述第二流体流动路径用于将从压缩单元输出的蒸汽再次输入到蒸发器，以及所述第三流体流动路径用于将从压缩单元输出的蒸汽输出到蒸汽使用设备。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

当通过蒸发器产生的蒸汽的量小于预定量时，关闭从压缩单元输出并流入压缩单元的入口中的蒸汽。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，压缩单元包括按照多级连接的多个压缩机，所述方法还包括：

通过向在所述多个压缩机之间流动的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽。

12.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

通过向从压缩单元输出并将流入压缩单元的入口中的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽。

13.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

从蒸汽分离液体，并将从蒸汽分离的液体输入到蒸发器中。

14.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括：

通过减压泵来降低蒸发器内部的压力。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，压缩单元包括按照多级连接的多个压缩机，所述方法还包括：

通过减压泵来降低蒸发器内部的压力；

通过向在所述多个压缩机之间流动的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽；

通过向从压缩单元输出并将流入压缩单元的入口中的蒸汽添加液体而冷却所述蒸汽；

当通过蒸发器产生的蒸汽的量小于预定量时，关闭从压缩单元输出并流入压缩单元的入口中的蒸汽，同时关闭从压缩单元输出到蒸汽使用设备的蒸汽。