CN108204624A - 一种常压下获得高温蒸汽的常压高温蒸汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
专利名称：一种常压下获得高温蒸汽的常压高温蒸汽锅炉技术领域：锅炉解决了民间获得高温水蒸汽的一些难题。即常压锅炉出汽温度低，不能满足生产生活需要；工业蒸汽锅炉可以获得足够高温度的水蒸汽，但结构复杂，用汽成本高等问题。常压高温蒸汽锅炉采用了将水蒸汽循环加热的构思，利用水蒸汽向上蒸发的特性，通过对锅炉炉体结构的改造，倒逼水蒸汽在炉内停留加热更长的时间，待水蒸汽升高到所需的温度（100℃以上）再输出到炉外的用汽或用热设备。应用本技术可以提高农村取暖用锅炉的效率节能环保；简化工业蒸汽锅炉的结构，节约使用成本，使用安全，便于民用推广。还可以有更广泛的应用，比如依据此原理开发节能炊具，消毒设备等。
Description
技术领域
本发明涉及一种民用锅炉，具体是一种能在常压下持续获得高温水蒸汽的锅炉（以下简称：常压高温蒸汽锅炉）。
背景技术
现在市场上常用锅炉有两种，一种是水暖锅炉，另一种是蒸汽锅炉。
水暖锅炉的应用比较广泛，锅炉采用水循环传导热量，使用时需要将整个供热系统充满水，利用水的热循环原理将锅炉内的热水携带的热量带到散热设备。其特点为:1.运行过程中，锅炉需要将整个供热系统的水都加热，因为需要加热的水量较大，升温慢。2.如果靠自然循环，水循环比较慢，如果是动力循环则需要电机水泵，增加了电力消耗，循环设备需要成本有寿命，需要维护，增大运行成本。3.系统需要充满水，当液面高度差太大时，低端压力会很高，对系统的耐压要求相对更高。因此增加了制作成本。在长距离送热时，不得已使用换热装置，以减小水平面较低处的系统压力。4.水暖锅炉中有一种结构简单的小型水循环水暖锅炉，这种小型水暖锅炉多在北方寒冷地区家庭使用。家用小型水暖锅炉取暖时多数情况是白天生炉取暖，夜间停炉。锅炉不能连续烧炉运行，所以会经常出现冻坏管道和散热器的事故。
这里提及的蒸汽锅炉是指应用在工厂、学校、桑拿房等经营场所的小型工业用蒸汽锅炉，是一种把锅炉内的水加热并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。水在锅炉（锅筒）中不断被燃料燃烧加热，水的沸点随水锅筒内的压力的升高而升高，锅筒是密封的，水在锅筒里面的膨胀受到限制。锅炉输出的水蒸汽是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成，当锅炉压力加热到四个左右大气压左右的时候，打开阀门出炉的水就变成有一定压力的水蒸汽了。其缺点如下:1.由于工业用蒸汽锅炉工作时炉筒内有0.4MPa到0.7MPa的大气压，不能实现常压下自然注水，需要有专门的注水设备向炉筒内加压注水。2. 工业用蒸汽锅炉的结构复杂。由于工作气压的存在，工业用蒸汽锅炉除锅炉主体外还需要引风设备，除尘设备，给水设备等等诸多的配套设备才能工作，增加了水蒸汽的使用成本。3.工业用蒸汽锅炉属于有压力设备，需要定期的对锅炉和辅助设备检修和维护，增加了锅炉的使用成本。4.工业用蒸汽锅炉的运行过程复杂难掌握，且需要持证操作，很难实现民用。
民间还有一种蒸汽锅炉（类似蒸锅），烧煤，烧柴或用电。结构简单易操作，但是每次加水都需要停炉卸压打开锅盖，加水后重新提升炉温。不能持续供给水蒸汽。因为结构原因，水蒸汽的温度都低于100℃。随着地区海拔高度的增高，在海拔较高地区只能获得80℃左右的水蒸汽。如果需要少量的，高质量的高温度（100℃以上）水蒸汽，现在市面上的锅炉都不能满足。
现在市场上的锅炉制造商的努力方向是，节能，降低空气污染，方便操作。亮点如下:1.提高了燃料的燃烧率，使燃料的可燃成分几乎全部燃烧。2.热量收集率提高，废气出炉温度普遍降低，部分锅炉需要动力排烟。3.自动化程度越来越高，有些锅炉从填充燃料到出渣，以及循环都实现了自动化或班自动化。
发明内容
本发明技术对老式锅炉进行了升级改造，升级改造后的锅炉在下文中称为“常压高温蒸汽锅炉”。改造锅炉的方案适用于所有水暖锅炉和蒸汽锅炉。
最简单最常见的老式锅炉的形状为截面环形的柱体，如附图2中的环形柱体（2）。本文以这种形状的锅炉为例说明本发明的具体方法。
常压高温蒸汽锅炉采用了将水蒸汽循环加热的构思，利用水蒸汽向上蒸发的特性，通过对锅炉炉体结构的改造，倒逼水蒸汽在炉内停留加热更长的时间，待水蒸汽升高到所需的温度再输出到炉外的用汽或用热设备。
具体的对老式锅炉进行了两项的改造，方法如下：附图1为常压高温蒸汽锅炉的原理示意图。附图2为常用老式锅炉的结构示意图。
第一，在老式锅炉炉体的环形柱体（2）内部加了一根自上向下盘旋的管（3），本文称之为:蒸汽循环加热管。环形柱体（2）和蒸汽循环加热管（3）组成了本发明的新型锅炉主体。水在环形柱体（2）内受热汽化后进入蒸汽循环加热管（3）内继续加热，水蒸汽在炉腔内经过反复加热到较高的温度再输出到用热设备。
第二，为了避免锅炉水烧干损坏，也是为了持续获得高温水蒸汽，给锅炉增加了一个蓄水装置（1）。蓄水装置（1）是非密闭的，安放在与环形柱体（2）一个水平高度的位置。利用连通器的原理给锅炉供水。这样除了能保证锅炉供水还可以调节锅炉内的压力，使锅炉内的压力与外界大气压相同。蓄水装置（1）的水位低于环形柱体（2）的高度（水位高度可以根据环形柱体的高矮和锅炉运行情况调节），这样的水位可以确保水在环形柱体（2）内沸腾汽化后进入蒸汽循环加热管（3）继续加热。（注：蓄水装置（1）的水面高度可以通过浮子控制，控制方法不属于本发明专利内容，这里不详细介绍。）
经过以上两项改进后的锅炉的工作过程如下，调整蓄水装置（1）的水位，使环形柱体（2）内的水位保持在环形柱体（2）高度一半的位置。用燃气或煤等燃料加热锅炉。锅炉里的水很快沸腾汽化经环形柱体（2）的上半部分进入蒸汽循环加热管（3）。刚刚进入到蒸汽循环加热管（3）的水蒸汽在80℃度到100℃度之间。持续加热锅炉会有更多的水汽化后被挤压到蒸汽循环加热管（3）。水蒸汽在蒸汽循环加热管（3）内继续加热。水蒸汽在炉内停留的时间越长温度越高（关于水蒸汽温度的控制细节不属于本次发明申请的范围，这里不详细叙述）。上述过程中，水受热汽化会产生压力，当炉内气压高于环境大气压时环形柱体（2）内的水位就会受压下降，水被回压到蓄水装置（1）中。蓄水装置（1）是非密闭的与外界大气压相同，蓄水装置水位上升，炉内压力下降。这样蓄水装置（1）既保证了锅炉的供水又缓解了炉内压力。经过改造后的锅炉可以在常压下持续获得高温水蒸汽，本文称之为：常压高温蒸汽锅炉
常压高温蒸汽锅炉作为取暖锅炉使用时，只需要加热炉体内的水和汽化后的水蒸汽，所需的燃料大大的低于老式水暖锅炉，比老式水暖锅炉节能；供暖时常压高温蒸汽锅炉输出的是经过反复加热的水蒸汽，经过测算经过反复加热的水蒸汽的温度可以达到100℃以上，这种高温水蒸汽所携带的热量远远高于老式锅炉输出的热水所携带的热量，又因为常压高温蒸汽锅炉只需要加热比老式锅炉少的多的水，升温速度快，所以取暖效率比老式锅炉高；常压高温蒸汽锅炉可以自行调节炉内压力，省去了诸多辅助设施，节约资源；供热方式由老式锅炉的水暖改为汽暖，解决了北方寒冷地区由于间歇供暖造成的取暖设施被冻坏的问题。
常压高温蒸汽锅炉利用水蒸汽向上蒸发的特性，通过对炉体形状的改造，倒逼水蒸汽在炉内停留更长的时间使水蒸汽升高到所需的温度。现在市面上的蒸汽锅炉运用的是水的沸点随炉筒内压力的升高而升高的原理，锅炉的输出的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成。两种锅炉获得高温水蒸汽原理的不同。常压高温蒸汽锅炉相比于市面上的蒸汽锅炉的结构简化了许多，省去了注水泵等辅助设备，降低锅炉的制作和使用成本；常压高温蒸汽锅炉不属于有压力设备使用安全方便，适合各种使用场所，有利于普遍推广。
常压高温蒸汽锅炉升温快高效节能，还可以有更广泛的应用，比如依据此原理开发节能炊具，消毒设备等等……
附图说明：
]注：为了方便比较，图1和图2用途相同的部分采用相同的标注序号。
图1:常压高温蒸汽锅炉原理示意图
1.蓄水装置
2.截面为环形的柱体
3.蒸汽循环加热管
4.散热器（用热设备）
5.输出蒸汽连接水管
6.连接水管
7.回水管
图2:常用老式锅炉结构示意图
1.蓄水装置
2.截面为环形的柱体
4.散热器（用热设备）
5.输出连接水管
7.回水管
Claims (8)
1.一种能在常压下获得高温水蒸汽的锅炉（以下简称：常压高温蒸汽锅炉），其特征在于这种锅炉可以连续不间断的获得100℃度以上（例如：120℃）的水蒸汽而无需用加压的方法向锅炉内注水。
2.权利要求1所述的高温蒸汽锅炉主体部分有个截面环形柱体（2），环形柱体（2）内部上端链接一根向下盘旋的蒸汽循环加热管（3），其特征在于蒸汽循环加热管（3）是自上向下盘旋到需要的圈数再伸出截面环形柱体（2）与用汽设备（4）连接。
3.根据权利要求2所述的蒸汽循环加热管（3），其特征在于利用向下盘旋管（3）迫使水蒸汽在炉体内停留足够长的时间，水蒸汽被充分加热到更高的温度（例如：120℃）再输出到用汽设备。
4.根据权利要求2所述的截面环形柱体（2），其特征在于所述的锅炉主体外接蓄水装置（1），保证炉体的截面环形柱体（2）的水位在规定的高度。
5.根据权利要求4所述蓄水装置（1）水面高度低于炉体高度，确保截面环形柱体（2）不能充满水，便于水在截面环形柱体（2）内汽化（注：蓄水装置的水面高度可以通过浮子控制，控制方法不属于本发明专利内容，这里不详细介绍）。
6.根据权利要求4中所述的蓄水装置（1），其特征在于蓄水装置（1）是敞口的，与截面环形柱体（2）链接，使高温蒸汽锅炉的炉内气压于环境大气压相同，可以常压下向锅炉内持续不间断注水，从而可以持续不间断的获得高温水蒸汽。
7.根据权利要求2和权利要求3所述，其关键在于运用锅炉的结构和形状迫使水蒸汽在炉体内加热更长的时间的方法获得100℃度以上（例如：120℃）的水蒸汽，再利用水蒸汽向上挥发的特性，输出到用汽设备。
8.权利要求6和权利要求7所述是本发明的核心原理，所以，凡是利用结构和形状迫使水蒸汽在炉内加热更长时间获得更高水蒸汽温度的锅炉，都属于本发明的权利要求。
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