CN109681854A - 蒸汽发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蒸汽设备技术领域，提供了一种蒸汽发生装置，包括安装在机架本体上的电磁感应加热组件、集水箱和蒸汽缓冲收集罐；所述电磁感应加热组件包括第一线圈和若干换热管；所述第一线圈按照预定方式缠绕呈螺旋形；若干所述换热管在螺旋形的所述第一线圈内呈环形阵列布置，且所述第一线圈与所述换热管的外壁之间留有第一预设间隙；所述换热管的第一端与所述集水箱的出水口连接，所述换热管的第二端与所述蒸汽缓冲收集罐的进汽口连接。本发明提供的蒸汽发生装置传热效率高且不会产生有害气体污染环境。
Description
技术领域
本发明涉及蒸汽设备技术领域，特别是涉及一种蒸汽发生装置。
背景技术
蒸汽发生器又称蒸汽锅炉，迄今为止已有200多年的发展历史，广泛应用于工农业生产，医疗，军事，社会生活的方方面面。按照加热热源进行分类，可分为燃料热源锅炉和电热锅炉。传统燃料热源型的蒸汽发生器具有以下缺点和不足：
1)传热效率低，能源浪费大。一般燃料热源锅炉效率都在0.6左右，电阻式加热蒸汽器的传热效率在0.8左右，总体来讲传热效率较低、能源浪费大。国内蒸汽锅炉的发展低于国外发展的水平，就锅炉效率而言，一般低于发达国家10％～15％。
2)工业三废多，对环境污染严重。燃料热源锅炉在运行过程中产生大量烟尘、氮硫氧化物及工业三废，并导致酸雨成灾，对环境造成极其严重的破坏式影响。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种蒸汽发生装置旨在解决现有技术或相关技术中存在的蒸汽发生器传热效率低，能源浪费大，工业三废多，对环境污染严重的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种蒸汽发生装置，包括安装在机架本体上的电磁感应加热组件、集水箱和蒸汽缓冲收集罐；所述电磁感应加热组件包括第一线圈和若干换热管；所述第一线圈按照预定方式缠绕呈螺旋形；若干所述换热管在螺旋形的所述第一线圈内呈环形阵列布置，且所述第一线圈与所述换热管的外壁之间留有第一预设间隙；所述换热管的第一端与所述集水箱的出水口连接，所述换热管的第二端与所述蒸汽缓冲收集罐的进汽口连接。
(三)有益效果
本发明提供的蒸汽发生装置，通过将换热管环形阵列间隔布置在呈螺旋形绕设的第一线圈内，并且利用涡流效应对换热管内的水进行加热，从而将换热管内的水转化为蒸汽，该装置传热效率高，节省能源；且不会产生有害气体，环保绿色。
附图说明
图1为本发明提供的蒸汽发生装置的一个实施例的主视图；
图2为本发明提供的蒸汽发生装置的一个实施例的左视图；
图3为本发明提供的蒸汽发生装置的一个实施例的整体结构控制示意图；
图中，1-机架；2-集水箱；3-蒸汽缓冲收集罐；4-第一线圈；5-换热管；6-冷却循环水箱；7-电源；8-控制柜；9-第一压力传感器；10-第一温度传感器；11-第一流量传感器；12-第二温度传感器；13-第一液位传感器；14-第二压力传感器；15-第三温度传感器；16-第二流量传感器；17-第三液位传感器；18-热偶传感器；19-第三压力传感器；20-第四温度传感器；21-第三流量传感器；22-蒸汽锁；23-蒸汽管路；24-第二控制阀；25-第二线圈；26-第一控制阀；27-第一金属保护罩；28-第一连接管；29-第二连接管；30-第三连接管；31-第四连接管；32-第五连接管；33-第六连接管；34-分流接头；35-进水泵；36-补水泵；37-循环水泵；38-回水管路；39-第一过滤器；40-第二过滤器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明提供的蒸汽发生装置的一个实施例的主视图，如图1所示，本发明提供一种蒸汽发生装置，包括安装在机架1本体上的电磁感应加热组件、集水箱2和蒸汽缓冲收集罐3；电磁感应加热组件包括第一线圈4和若干换热管5；第一线圈4按照预定方式缠绕呈螺旋形；若干换热管5在螺旋形的第一线圈4内呈环形阵列布置，且第一线圈4与换热管5的外壁之间留有第一预设间隙；换热管5的第一端与集水箱2的出水口连接，换热管5的第二端与蒸汽缓冲收集罐3的进汽口连接。
具体地，例如第一线圈4的材质可以为紫铜，换热管5的材质可以为耐高压、耐高温的锅炉钢，也可以是耐高温的含铁量较高的不锈钢制成；换热管5的直径可以为6mm-10mm，换热管5的管壁厚度可以根据实际情况进行设计，由于趋肤效应的存在，为了有效进行传热，换热管5的管壁的厚度可以与电流穿透的深度相等；若干换热管5环形阵列间隔布置在第一线圈4绕设成的螺旋形内，各个换热管5均与第一线圈4之间留有第一预设间隙，防止换热管5与第一线圈4接触导致短路，例如，第一预设间隙可以为2mm-5mm；各个换热管5之间间隔布置，例如，间隔为0.5mm-3mm，这样可以方便换热管5的安装与拆卸；第一线圈4绕设成的圆形筒的大小以及换热管5布置的数目均根据实际情况进行设计。当有多个换热管5时，可以采用管板将多个换热管5进行固定，例如，在管板上按照各个换热管5的布置形式在管板的对应位置设置圆孔，将各个换热管5的第一端分别插在管板上的圆孔内，之后可以采用一根主管道与集水箱2的出水口连接，将集水箱2内的水引入各个换热管5的第一端流至换热管5内；同样地，也可以在各个换热管5的第二端设置一个管板，将换热管5内的蒸汽或水汇总，最后在通入到缓冲集水箱2内。例如，可以在集水箱2内设置一个稳压泵，稳压泵的进水压力可以为0.2～0.3Mpa，流量一般可以为20～30L/min，稳压泵的扬程应在30～50m以上，流量应大于3m3/h，该稳压泵的出水口与集水箱2的出水口连接，这样使得集水箱2可以为换热管5输送合适水压和流量的水。例如，可以使用去离子的纯净水用于产生蒸汽。
当需要产生蒸汽时，例如，对第一线圈4内通入变压处理后的单相频率可调的交流电，之后在第一线圈4周围产生感应交变电磁场，使处于交变电磁场中的换热管5内产生感应电流，感应电流也称涡流，最后利用涡流效应对换热管5进行加热，将换热管5内的水转化为水蒸汽。
本发明提供的蒸汽发生装置，通过将换热管5环形阵列间隔布置在呈螺旋形绕设的第一线圈4内，并且利用涡流效应对换热管5内的水进行加热，从而将换热管5内的水转化为蒸汽，该装置传热效率高，节省能源；且不会产生有害气体，环保绿色。
图2为本发明提供的蒸汽发生装置的一个实施例的左视图；如图2所示，进一步地，该蒸汽发生装置还包括电源7；电源7的频率为8000Hz-16000Hz；电源7与第一线圈4连接成闭合回路；第一线圈4的匝矩沿换热管5的第一端至换热管5的第二端的方向逐渐增大。具体地，例如，电源7可以采用40kw的中频感应加热电源7；当对第一线圈4通入一定频率的单相交流电时，换热管5的换热功率P可以根据公式
计算得出，其中，A为沸腾换热元件的阻抗函数；f为电流频率(Hz)；μr为沸腾换热元件的相对磁导率；Ho为沸腾换热元件表面的磁场强度；L为沸腾换热元件在电磁感应元件内的长度；F为沸腾换热元件的截面积；π为圆周率。由以上公式可知当其他参数不变时，只调节电源7提供的电流频率f就可以调节换热管5的功率P，且P与f正相关。如此设置可以根据加热过程随时调节加热功率，保证该装置稳定运行。第一线圈4的匝矩变化量的大小可以根据实际情况设计，已知一定长度和匝数的螺旋线圈，输出到换热管5上的电磁能与第一线圈4的匝数的平方成正比，与第一线圈4的长度成反比，临近换热管5的第一端的液体能吸收较多的热量，线圈的匝数密度可以大些，临近换热管5的第二端的液体能吸收较小的热量，线圈的匝数密度应小一些。如此设置，以便产出质量较高的蒸汽。
图3为本发明提供的蒸汽发生装置的一个实施例的整体结构控制示意图，如图3所示，进一步地，该蒸汽发生装置还包括冷却循环水箱6；第一线圈4为空心线圈，电源7的内部设置冷却管道；冷却循环水箱6的第一出水口与冷却管道的进水口连接，冷却管道的出水口与与第一线圈4的冷却进水口连接，第一线圈4的冷却出水口与循环水箱的第一进水口连接。该蒸汽发生装置还包括设置在冷却循环水箱6的第一出水口与冷却管道的进水口之间的连接管路上的第三压力传感器19、第三流量传感器21与第四温度传感器20；且第三压力传感器19、第三流量传感器21及第四温度传感器20均与控制柜8连接；第三压力传感器19将检测的连接管路内的冷却水的压力信息反馈至控制柜8；第三流量传感器21将检测的连接管路内的冷却水的流量信息反馈至控制柜8；第四温度传感器20将检测的连接管路内的冷却水的温度信息反馈至控制柜8；控控制柜8根据接收到的连接管路内的冷却水的压力信息、流量信息及温度信息，分别控制调节连接管路内的冷却水的压力值、流量值及循环速度。
具体地，例如，冷却循环水箱6可以安装在机架1的最底层，冷却循环水箱6可以由普通碳素钢Q235-A加工而成，内表面镀上不锈钢0Cr18Ni9；例如，第一线圈4可以为横截面为矩形的空心线圈，冷却管道则可以呈螺旋状的缠绕在电源7内部需要冷却的元件的外壁，冷却管道可以为绝缘塑料管；例如，冷却循环水箱6的第一出水口与电源7内部的冷却管道的进水口之间可以通过第一连接管28连接，其中，第一连接管28可以为PVC钢丝管；例如，第三压力传感器19、第三流量传感器21第四温度传感器20可以安装在第一连接管28上；另外，可以在第一连接管28上设置第二过滤器40和第一水流阀门，第二过滤器40对从冷却循环水箱6流出的冷却水进行过滤除杂，从而防止杂物堵塞第一线圈4及冷却管道；第一线圈4的冷却出水口与循环水箱的第一进水口之间可以通过第二连接管29连接，其中，第二连接管29可以为PVC钢丝管，可以在第二连接管29上设置循环水泵37、第二水流阀门及第一过滤器39；例如，第一过滤器39用于从第一线圈4回流至冷却循环水箱6的冷却水的过滤除杂；例如，循环水泵37可以与控制柜8连接；当需要进行冷却操作时，打开第一水流阀门和第二水流阀门，例如，第一水流阀门与第二水流阀门可以与控制柜8连接，在循环水泵37的作用下，冷却循环水箱6内的冷却水从冷却循环水箱6的第一出水口流出，流经第二过滤器40过滤，再依次流经电源7和第一线圈4，之后流经循环水泵37，循环水泵37再将冷却水输送回冷却循环水箱6，完成一个循环冷却的过程。在该循环过程中，例如，第三压力传感器19可以检测第一连接管28内的冷却水的压力值，并将其反馈至控制柜8，控制柜8将该冷却水的压力值与预设的第三目标压力值进行比较，若该冷却水的压力值小于预设的第三目标压力值，则控制柜8控制冷却循环水箱6增大输出的冷却水的压力值；例如，第三流量传感器21可以检测第一连接管28内的冷却水的流量值，并将其反馈至控制柜8，控制柜8将该冷却水的流量值与预设的第三目标流量值进行比较，若该冷却水的流量值小于预设的第三目标流量值，则控制柜8控制冷却循环水箱6增大输出的冷却水的流量值；若该冷却水的流量值大于预设的第三目标流量值，则控制柜8控制冷却循环水箱6减小输出的冷却水的流量值；例如，第四温度传感器20可以检测第一连接管28内的冷却水的温度值，并将其反馈至控制柜8，控制柜8将该冷却水的温度值与预设的第四目标温度值进行比较，若该冷却水的温度值高于预设的第四目标温度值，则控制柜8可以控制冷却循环水箱6增大输出的冷却水的速度，例如，可以加大第一水流阀门与第二水流阀门的开启程度，以加快冷却速度。此外，例如，可以在冷却循环水箱6上安装温度表和压力表，以方便对冷却循环水箱6内的水温和水压进行观测。例如，可以在冷却循环水箱6的底部设置排污阀，用于及时将沉积在冷却循环水箱6底部的水垢及其他杂质排出。如此设置，对该装置冷却降温过程更加智能化，还可以对电源7及第一线圈4产生的热量进行回收，节约能源。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括控制柜8；控制柜8与集水箱2连接，用于控制集水箱2的出水口的压力；控制柜8与冷却循环水箱6连接，用于根据所述电磁感应加热组件的温度控制冷却循环水箱6对电磁感应加热组件进行冷却，以及根据冷却循环水箱6内的水温，控制冷却循环水箱对集水箱供水；控制柜8与电源7连接，用于根据所述换热管内的温度控制电源7的频率。进一步地，控制柜8与蒸汽缓冲收集3罐连接，控制柜8根据蒸汽缓冲收集罐3的出汽口输出的蒸汽的参数，对集水箱2的出水口的压力、输水量和/或电源7的频率进行调节。具体地，例如，控制柜8可以与集水箱2中的稳压泵连接，当换热管5中的水量不足时，控制柜8控制稳压泵，使稳压泵的输送速度提高；例如，控制柜8可以与循环水泵37连接，当需要对电磁感应组件进行冷却时，控制泵控制循环水泵37开启，并且，控制柜8还可以控制循环水泵37对冷却水的循环速度进行调节；例如，可以设置第二输送泵，其中，控制柜8与第二输送泵连接，控制柜8可以控制第二输送泵将冷却循环水箱6内的冷却水泵送至集水箱2；例如，当换热管5内的水量过多时，控制柜8控制电源7改变输出的电流频率，从而使得换热管5的感应加热功率，加快换热管5内的水分蒸发速度；例如，可以在蒸汽缓冲收集罐3内设置第二压力传感器14，第二压力传感器14可以检测蒸汽缓冲收集罐3内的压力信息，且第二压力传感器14将蒸汽缓冲收集罐3内的压力信息反馈至控制柜8，当蒸汽缓冲收集罐3内的蒸汽的压力过高时，控制柜8可以通过控制电源7减小输出电流的频率，最终降低换热管5的感应加热功率来控制换热管5的出汽量，也可以是控制柜8控制稳压泵使其减小对换热管5的输水量，或者减小稳压泵的输送压力，以减小集水箱出水口的压力，最终来减小换热管5的出汽量。例如，控制柜8可以运用PID控制技术采用PLC控制系统，对该装置运行中各个部分的工艺参数进行实时监测和智能控制。如此设置，使得该装置的控制更加灵活，使得各部分之间的工作过程彼此协同配合，提高了该装置的可靠性。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括安装在集水箱2的出水口的第一压力传感器9、第一温度传感器10及第一流量传感器11；第一压力传感器9、第一温度传感器10及第一流量传感器11及均与控制柜8连接；第一压力传感器9将检测的集水箱2向换热管5输送的水的压力信息反馈至控制柜8；第一温度传感器10将检测的集水箱2向换热管5输送的水的温度信息反馈至控制柜8；第一流量传感器11将检测的集水箱2向换热管5输送的水的流量信息反馈至控制柜8；控制柜8根据收到的集水箱2向换热管5输送的水的压力信息、温度信息及流量信息，调节集水箱2的输水压力和/或输水量。具体地，例如，可以通过第三连接管30将集水箱2的出水口与换热管5的进水口连接在一起，其中，第三连接管30可以为PVC钢丝管；第一流量传感器11、第一压力传感器9和第一温度传感器10可以按照从下到上的顺序依次安装在集水箱2的出水口与换热管5的进水口连接的第三连接管30上。例如，第一流量传感器11对第三连接管30内的水的流量信息进行检测，得到输送至换热管5内的水的流量值的大小，然后将该流量值反馈至控制柜8，控制柜8将接收到的流量值与预设的第一目标流量值进行比较，若低于预设的第一目标流量值，则增大输水量；若高于预设的第一目标流量值，则减小输水量，或者增大换热管5的蒸汽出口量。同理，对于第一压力传感器9而言，控制柜8将接收到的压力值与预设的第一目标压力值进行比较，若低于预设的第一目标压力值，则增大输水压力；若高于预设的第一目标压力值，则减小输水压力。例如，可以设置一个进水泵35，进水泵35与控制连接，可以通过第四连接管31将进水泵35的出水口与集水箱2的第一进水口连接，并且可以在第四连接管31上设置第三水流阀门，第三水流阀门可以与控制柜8连接；例如，对于第一温度传感器10而言，第一温度传感器10对第三连接管30内的水的温度信息进行检测，得到输送至换热管5内的水的温度值，然后将该温度值反馈至控制柜8，控制柜8将接收到的温度值与预设的第一目标温度值进行比较，若高于预设的第一目标温度值，则控制柜8控制第三水流阀门打开，同时启动进水泵35往集水箱2内加水；等到低于预设的第一目标温度值时，则控制柜8控制进水泵35停止工作，同时控制第三水流阀门关闭。如此设置，可以保证集水箱2有稳定的供水条件。此外，例如，可以在集水箱2上安装温度表和压力表，以方便对集水箱2内的水温和水压进行观测。例如，可以在集水箱2的底部设置排污阀，用于及时将沉积在集水箱2底部的水垢及其他杂质排出；可以在集水箱2上设置放空阀，用于及时的对集水箱2进行减压放气；可以在集水箱2上设置安全阀，该安全阀可以与控制柜8连接，当需要减压放气时，由控制柜8控制该安全阀的开启。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括设置在换热管5上的热电偶传感器18；热电偶传感器18与控制柜8连接；热电偶传感器18将检测的换热管5的壁面温度信息反馈至控制柜8；控制柜8根据收到换热管5的壁面温度信息控制调节电源7的频率和/或集水箱2的供水量。具体地，例如，可以根据热电偶传感器18采集换热管5的管壁的温度值，然后将换热管5的管壁的温度值反馈至控制柜8，控制柜8根据接收到的换热管5的管壁的温度值，对换热管5的管壁的温度进行在线实时监测，通过监测换热管5的管壁的温度是否飞升判断换热管5内两相流传热会否出现传热恶化和沸腾危机，当出现沸腾危机时，控制柜8控制电源7减小输出的电流频率，从而减小换热管5的感应加热功率；或者，控制柜8控制集水箱2增大对换热管5的供水量进行解决。例如，还可以在换热管5上安装监测磁场强度的磁传感器，该对换热管5附近的感应磁场的强度进行在线监测，并且将磁传感器与控制柜8连接，以对传热恶化和沸腾危机是否出现进行辅助分析判断。如此设置使得该装置更加可靠、安全。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括设置在冷却循环水箱6上的第二温度传感器12和第一液位传感器13；冷却循环水箱6的第二出水口与集水箱2的第二进水口连接；第二温度传感器12和第一液位传感器13均与控制柜8连接；第二温度传感器12将检测的冷却循环水箱6内的液体的温度信息反馈至控制柜8；第一液位传感器13将检测的冷却循环水箱6内的液位信息反馈至控制柜8；控制柜8根据收到的冷却循环水箱6内的液体的温度信息及液位信息调节冷却循环水箱6内的液体量。具体地，例如，可以通过第五连接管32将冷却循环水箱6的第二出水口与集水箱2的第二进水口连接在一起；可以在第五连接管32上设置补水泵36和第四水流阀门，其中补水泵36与第四水流阀门均与控制柜8连接。第二温度传感器12对冷却循环水箱6内的冷却水的温度进行测量，得到冷却水的温度值，并将该温度值反馈至控制柜8，控制柜8将接收到的温度值与预设的第二目标温度值进行比对，若冷却水的温度值高于预设的第二目标温度值，则控制第四水流阀门开启，同时控制补水泵36将冷却循环水箱6内的冷却水输送到集水箱2中；此过程中，第一液位传感器13则负责对冷却循环水箱6内的液位信息进行检测，得到冷却循环水箱6内的液位值，并将冷却循环水箱6内的液位值反馈至控制柜8，控制柜8将接受到的冷却循环水箱6内的液位值与预设的第一目标液位值进行比较，若冷却循环水箱6内的液位值低于预设的第一目标液位值时，则控制补水泵36停止工作，同时控制第四水流阀门关闭。例如，可以在第四连接管31上安装分流接头34并加设第六连接管33，第四连接管31、分流接头34及第六连接管33将进水泵35的进水口与冷却循环水箱6的第二进水口连接；当冷却循环水箱6内的液位值过低，或冷却循环水箱6内的水温过高时，控制柜8控制进水泵35向冷却循环水箱6内加水。如此设置，使得冷却循环水箱6内的水位和温度能够维持在一个良好的水平。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括安装在蒸汽缓冲收集罐3上的第二压力传感器14、第三温度传感器15与第二流量传感器16；第二压力传感器14、第三温度传感器15及第二流量传感器16均与控制柜8连接；第二压力传感器14将检测的蒸汽缓冲收集罐3内的压力信息反馈至控制柜8；第三温度传感器15将检测的蒸汽缓冲收集罐3内的温度信息反馈至控制柜8；第二流量传感器16将检测的蒸汽缓冲收集罐3内的流量信息反馈至控制柜8；控制柜8根据收到的蒸汽缓冲收集管内的压力信息、温度信息及流量信息控制调节电源7的频率和/或换热管5内的液体量。具体地，例如，可以在蒸汽缓冲收集罐3的出汽口安装一个蒸汽管路23，第二压力传感器14、第三温度传感器15与第二流量传感器16则依次安装在该蒸汽管路23上，分别依次对应的对从蒸汽缓冲收集罐3内排出的蒸汽的压力值、温度值及流量值进行测量，并且将测得的蒸汽的压力值、温度值及流量值反馈至控制柜8，控制柜8则将接收到的蒸汽的压力值、温度值及流量值分别对应的与预设的第二目标压力值、预设的第三目标温度值及预设的第二目标流量值进行比较。例如，若蒸汽的压力值高于预设的第二目标压力值，则控制柜8控制电源7减小电流的频率，从而减小换热管5的感应加热功率，或者控制集水箱2减小对换热管5的输水量；若蒸汽的压力值低于预设的第二目标压力值，应进一步检查换热管5的管壁温度是否出现飞升，集水箱2内的压力是否出现过低等原因，则可以通过控制柜8控制电源7增大电流的频率，从而增大换热管5的感应加热功率，或者控制集水箱2增大对换热管5的输水量。同理，对于蒸汽的流量值而言，若蒸汽的流量值高于预设的第二目标流量值，则控制柜8控制第二控制阀24使其减小开启的程度，或者，控制柜8控制电源7减小电流的频率，从而减小换热管5的感应加热功率，或者，控制集水箱2减小对换热管5的输水量；若蒸汽的流量值低于预设的第二目标流量值，则控制柜8控制第二控制阀24使其增大开启的程度，或者，控制柜8控制电源7增大电流的频率，从而增大换热管5的感应加热功率，或者，控制集水箱2增大对换热管5的输水量。同理，对于蒸汽的温度值而言，若蒸汽的温度值高于预设的第三目标温度值，则控制柜8控制电源7减小电流的频率，从而减小换热管5的感应加热功率；若蒸汽的温度值低于预设的第三目标温度值，则控制柜8控制电源7增大电流的频率，从而增大换热管5的感应加热功率。如此设置，使得该装置的控制过程更加灵活、可靠性更高。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括至少一个回水管路38和第二液位传感器；回水管路38的一端与集水箱2连接，回水管路38的另一端与蒸汽缓冲收集罐3连接；回水管路38上设置有第一控制阀26，第一控制阀26与控制柜8连接；第二液位传感器设置在蒸汽缓冲收集罐3上，且第二液位传感器与控制柜8连接，第二液位传感器将检测的蒸汽缓冲罐内的液位信息反馈至控制柜8，控制柜8根据收到的蒸汽缓冲罐内的液位信息控制第一控制阀26的启合。具体地，例如，可以在集水箱2与蒸汽缓冲收集罐3之间设置两个回水管路38，两个回水管路38一左一右设置，两个回水管路38上均设置一个第一控制阀26；第二液位传感器负责检测蒸汽缓冲收集罐3内的液体的液位值，并且将测得的液位值反馈到控制柜8，控制柜8将接收到的液位值与预设的第二目标液位值进行对比，若液体的液位值高于预设的第二目标液位值，则控制柜8控制第一控制阀26开启，使得蒸汽缓冲收集罐3内的液体通过回水管路38流至集水箱2内。如此设置，可以将蒸汽缓冲收集罐3内积存的水与水蒸汽分离，提高水蒸汽的纯度。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括等压液位测量管、液位上限报警器、液位下限报警器和第三液位传感器17；等压液位测量管与换热管5平行设置，等压液位测量管的一端与集水箱2连接，等压液位测量管的另一端与蒸汽缓冲收集罐3连接；液位上限报警器安装在等压液位测量管的第一预设位置；液位下限报警器安装在等压液位测量管的第二预设位置；第三液位传感器17器安装在等压液位测量管上，且第三液位传感器17与控制柜8连接，第三液位传感器17将检测的等压液位测量管内的液位信息反馈至控制柜8，控制柜8根据等压液位测量管内的液位信息调控换热管5内的水位。具体地，根据连通器原理，为了方便检测换热管5内的液位信息，在换热管5的一侧平行设置一个等压液位测量管；与换热管5相似，该等压液位测量管的一端与集水箱2连接，另一端与蒸汽缓冲收集罐3连接；另外，在该等压液位测量管上的合适高度位置安装一个第三液位传感器17，用于检测该等压液位测量管内的液位值，并将测得的液位值反馈到控制柜8，控制柜8将接收到等压液位测量管内的液位值与预设的第三目标液位值进行比对，若等压液位测量管内的液位值高于预设的第三目标液位值，则控制柜8控制集水箱2减少对换热管5的供水量，或者，控制柜8控制电源7增大电流的频率，以使换热管5的感应加热功率增大，加快水的蒸发速度；若等压液位测量管内的液位值低于预设的第三目标液位值，则控制柜8控制集水箱2增大对换热管5的供水量，或者，控制柜8控制电源7减小电流的频率，以使换热管5的感应加热功率减小，降低水的蒸发速度，避免出现干烧的情况发生。液位上限报警器安装在该等压液位测量管的液位上限高度的位置，液位下限报警器安装在该等压液位测量管的液位下限高度的位置；在控制柜8进行反馈调节的同时，等压液位测量管内的液位高于等压液位测量管的液位上限高度的位置时，液位上限报警器报警，提醒操作人员采取相应的措施；等压液位测量管内的液位低于等压液位测量管的液位下限高度的位置时，液位下限报警器报警，提醒操作人员采取相应的措施。如此设置，使得该装置的可靠性更高。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括蒸汽管路23、第二控制阀24、蒸汽锁22和第二线圈25；蒸汽管路23的进汽口与蒸汽缓冲收集罐3的出汽口连接；第二控制阀24安装在蒸汽管路23的出汽端；蒸汽锁22安装在蒸汽管路23上，位于第二控制阀24与蒸汽管路23的进汽口之间；第二线圈25绕设在蒸汽管路23外，且第二线圈25与蒸汽管路23之间留有第二预设间隙；第二线圈25位于第二控制阀24与蒸汽锁22之间，且第二线圈25与电源7连接。具体地，为了能够将蒸汽缓冲收集罐3内的蒸汽输送到相关的设备，可以在蒸汽缓冲收集罐3的出汽口处安装一个蒸汽管路23，该蒸汽管路23可以采用耐高温、耐高压的锅炉钢制成，以使蒸汽缓冲收集罐3内的蒸汽导出，另外由于蒸汽锁22的存在，可以对刚从蒸汽缓冲收集罐3的出汽口出来蒸汽进行提纯，将水与水蒸汽分离开，该蒸汽锁22能够让水蒸汽顺利通过，但是阻隔水的通过；第二线圈25则缠绕在蒸汽管路23上，例如，第二间隙为2mm-5mm，在第二线圈25与蒸汽管路23之间设置间隙，可以防止短路，如此可以对蒸汽管路23内水蒸汽进行二次加热，将饱和蒸汽加热至过热状态，从而提高水蒸汽中的能量，且理论上最高可以产生压力为10Mpa，温度为600℃的蒸汽。此外，例如，还可以在第二线圈25与第二控制阀24之间的蒸汽管路23上安装第五温度传感器与第四压力传感器，第五温度传感器与第四压力传感器均与控制柜8连接，当蒸汽管路23内的蒸汽的温度和压力满足要求后，控制柜8控制电源7的频率保持恒定，从而使第二线圈25内的蒸汽管路23的感应加热功率恒定，同时，控制柜8控制第二控制阀24打开，释放出蒸汽。如此设置，使得该装置可以根据现场工艺的要求匹配性产生合适的温度计压力的蒸汽。
进一步地，该蒸汽发生装置还包括第一金属保护罩27和第二金属保护罩；第一金属保护罩27罩设在第一线圈4的外面；第二金属保护罩罩设在第二线圈25的外面。具体地，例如，第一金属保护罩27与第二金属保护罩均可以采用不锈钢制成，并对第一金属保护罩27与第二金属保护罩的内表面均进行抛光处理，第一金属保护罩27可以采用螺纹连接的方式安装在第一线圈4的外面，形成一个密闭的封腔，并且将封腔内的空气排出，使该封腔处于真空状态；第二金属保护罩可以采用螺纹连接安装在第二线圈25的外面，形成一个密闭的封腔，并且将封腔内的空气排出，使该封腔处于真空状态。当进行感应加热时，由于换热管5的外表面辐射的热量经抛光后的第一保温罩内表面反射回来，蒸汽管路23的外表面辐射的热量经抛光后的第二保温罩内表面反射回来，有效回收了发散的热量，避免了因散热造成的热量损失，极大提高了热效率，经本装置的试验验证，热效率达到0.99以上；第一金属保护罩27与第二金属保护罩能屏蔽反射的电磁场，避免了对外界电路的干扰，增加了设备运行的安全性。如此设置，使得该第一金属保护罩27与第二金属保护罩实现了磁屏蔽和保温效果。
本发明提供的蒸汽发生装置，所使用的蒸汽发生技术方案是利用感应加热技术对换热管5进行加热，并将能量通过热交换传递给管内冷水，当管壁温度高于冷水沸腾所需的温度时，即发生沸腾变为两相流动，随着换热程度的加深管内两相流动中汽相份额逐渐增大并最终变为单相饱和蒸汽乃至过热蒸汽，之后由蒸汽收集缓冲系统进行收集并排出。
本发明的蒸汽发生装置的感应加热原理为首先将三相50HZ的工频交流电经三相全控整流桥整流成电压可调控的脉动直流，再通过LC电容滤波器将其转变成光滑平稳的直流电，再送往单相逆变桥逆变成单相频率可调的交流电，经变压器变压后流过感应加热器，在感应加热线圈内产生于变频电流频率相同的感应电磁场，使处于交变电磁场的中的换热管5产生感应电流，通过涡流效应对换热管5进行加热；当一定频率交流电通过电磁感应元件时，在其内部产生规律的磁场分布，在换热管5的表面产生一定大小的磁场强度，换热管5所吸收的功率为：
其中A为换热管5的阻抗函数；f-电流频率(Hz)；μr为换热管5的相对磁导率；H0为换热管5表面的磁场强度；L为换热管5在电磁感应元件内的长度；F为换热管5的截面积；
交变磁场在换热管5中产生的感生电动势为：
其中e为感生电动势；f为电流频率(Hz)；n为线圈匝数；为换热管5内的磁通；感应电流在换热管5中所产生的焦耳热：
Q＝I2RT
其中Q为焦耳热；I为感应电流；R为电阻；T为加热时间；
由上可知，感应加热式直接对受热件内部直接加热，大大缩短了加热时间，避免了加热不均匀的现象，提高了加热效率。
本发明的蒸汽发生装置，所述蒸汽发生的传热模型为单向液体传热、欠热沸腾传热、饱和沸腾和强制对流蒸发传热、缺液相区传热、单相蒸汽传热，首先是换热管5内的冷水在加热时经过短暂的单相的传热后，进入欠热沸腾传热，此时管壁温度达到沸腾温度之上而液体主流温度低于饱和温度，传热系数有了极大的提高，随着传热的逐渐进行流体主流温度达到饱和温度，进入饱和沸腾和强制对流蒸发区，传热系数进一步提高，当近壁面处液膜蒸发殆尽后，传热由液膜蒸发转变为膜态沸腾阶段，因出现了传热恶化，传热系数陡降，便面温度显著升高，由于传热激励发生了变化，此时的现象称为临界热流现象。随后的传热进入膜态传热阶段，传热系数保持在较低的水平，壁面温度一直处于较高值，传热所需的热流密度也大大减小。
对不同加热功率下，蒸汽发生时传热模型的正确掌握，有利于电磁感应组件的选取，也有利于对沸腾危机产生的正确判断，更有利于对该蒸汽发生装置进行在线实时监测和控制，以便产出质量较高的蒸汽。
由以上实施例可以看出，本发明提供的蒸汽发生装置，具有加热速度快、传热效率高、热损失小，无噪音，无污染，装置占地面积小，蒸汽质量高的优点；能够达到即开即用、自动检测与控制的要求，顺应当今社会节能环保的发展趋势，可广泛应用于工业生产、农业发展、生活需求，使用对象包括家庭、学校、医院、企业、化工厂等场合的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种蒸汽发生装置，其特征在于，包括安装在机架本体上的电磁感应加热组件、集水箱和蒸汽缓冲收集罐；
所述电磁感应加热组件包括第一线圈和若干换热管；
所述第一线圈按照预定方式缠绕呈螺旋形；
若干所述换热管在螺旋形的所述第一线圈内呈环形阵列布置，且所述第一线圈与所述换热管的外壁之间留有第一预设间隙；
所述换热管的第一端与所述集水箱的出水口连接，所述换热管的第二端与所述蒸汽缓冲收集罐的进汽口连接。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括电源；
所述电源的频率为8000Hz-16000Hz；
所述电源与所述第一线圈连接形成闭合回路；
所述第一线圈的匝矩沿所述换热管的第一端至所述换热管的第二端的方向逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括冷却循环水箱；
所述第一线圈为空心线圈，所述电源的内部设置冷却管道；
所述冷却循环水箱的第一出水口与所述冷却管道的进水口连接，所述冷却管道的出水口与所述第一线圈的冷却进水口连接，所述第一线圈的冷却出水口与所述循环水箱的第一进水口连接。
4.根据权利要求3所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括控制柜；
所述控制柜与所述集水箱连接，用于控制所述集水箱的出水口的压力；
所述控制柜与所述冷却循环水箱连接，用于根据所述电磁感应加热组件的温度控制所述冷却循环水箱对所述电磁感应加热组件进行冷却；以及根据所述冷却循环水箱内的水温，控制所述冷却循环水箱对所述集水箱供水；
所述控制柜与所述电源连接，用于根据所述换热管内的温度控制所述电源的频率。
5.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，所述控制柜与所述蒸汽缓冲收集罐连接，所述控制柜根据所述蒸汽缓冲收集罐的出汽口输出的蒸汽的参数，对所述集水箱的出水口的压力、输水量和/或所述电源的频率进行调节。
6.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括安装在所述集水箱的出水口的第一压力传感器、第一温度传感器和第一流量传感器；
所述第一压力传感器、所述第一温度传感器及所述第一流量传感器及均与所述控制柜连接；
所述第一压力传感器将检测的所述集水箱的出水口的压力信息反馈至所述控制柜；
所述第一温度传感器将检测的所述集水箱的出水口的温度信息反馈至所述控制柜；
所述第一流量传感器将检测的所述集水箱的出水口的流量信息反馈至所述控制柜；
所述控制柜根据收到的所述集水箱的出水口的压力信息、温度信息及流量信息，调节所述集水箱的出水口处的输水压力和/或输水量。
7.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括设置在所述换热管上的热电偶传感器；
所述热电偶传感器与所述控制柜连接；
所述热电偶传感器将检测的所述换热管的壁面温度信息反馈至所述控制柜；
所述控制柜根据收到的所述换热管的壁面温度信息控制调节所述电源的频率和/或所述集水箱的供水量。
8.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括设置在所述冷却循环水箱上的第二温度传感器和第一液位传感器；
所述冷却循环水箱的第二出水口与所述集水箱的第二进水口连接；
所述第二温度传感器和所述第一液位传感器均与所述控制柜连接；
所述第二温度传感器将检测的所述冷却循环水箱内的液体的温度信息反馈至所述控制柜；
所述第一液位传感器将检测的所述冷却循环水箱内的液体的液位信息反馈至所述控制柜；
所述控制柜根据收到的所述冷却循环水箱内的液体的温度信息及液位信息调节所述冷却循环水箱内的液体量。
9.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括安装在所述蒸汽缓冲收集罐上的第二压力传感器、第三温度传感器与第二流量传感器；
所述第二压力传感器、所述第三温度传感器及所述第二流量传感器均与所述控制柜连接；
所述第二压力传感器将检测的所述蒸汽缓冲收集罐内的压力信息反馈至所述控制柜；
所述第三温度传感器将检测的所述蒸汽缓冲收集罐内的温度信息反馈至所述控制柜；
所述第二流量传感器将检测的所述蒸汽缓冲收集罐内的流量信息反馈至所述控制柜；
所述控制柜根据收到的所述蒸汽缓冲收集管内的压力信息、温度信息及流量信息控制，调节所述电源的频率和/或所述换热管内的液体量。
10.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括设置在所述冷却循环水箱的第一出水口与所述冷却管道的进水口之间的连接管路上的第三压力传感器、第三流量传感器与第四温度传感器；
所述第三压力传感器、所述第三流量传感器及所述第四温度传感器均与所述控制柜连接；
所述第三压力传感器将检测的所述连接管路内的冷却水的压力信息反馈至所述控制柜；
所述第三流量传感器将检测的所述连接管路内的冷却水的流量信息反馈至所述控制柜；
所述第四温度传感器将检测的所述连接管路内的冷却水的温度信息反馈至所述控制柜；
所述控制柜根据接收到的所述连接管路内的冷却水的压力信息、流量信息及温度信息，分别对应控制所述连接管路内的冷却水的压力值、流量值及循环速度。
11.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括至少一个回水管路和第二液位传感器；
所述回水管路的一端与所述集水箱连接，所述回水管路的另一端与所述蒸汽缓冲收集罐连接；
所述回水管路上设置有第一控制阀，所述第一控制阀与所述控制柜连接；
所述第二液位传感器设置在所述蒸汽缓冲收集罐上，且所述第二液位传感器与所述控制柜连接，所述第二液位传感器将检测的所述蒸汽缓冲罐内的液位信息反馈至所述控制柜，所述控制柜根据收到的所述蒸汽缓冲罐内的液位信息控制所述第一控制阀的启合。
12.根据权利要求4所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括等压液位测量管、液位上限报警器、液位下限报警器和第三液位传感器；
所述等压液位测量管与所述换热管平行设置，所述等压液位测量管的一端与所述集水箱连接，所述等压液位测量管的另一端与所述蒸汽缓冲收集罐连接；
所述液位上限报警器安装在所述等压液位测量管的第一预设位置；
所述液位下限报警器安装在所述等压液位测量管的第二预设位置；
所述第三液位传感器器安装在所述等压液位测量管上，且所述第三液位传感器与所述控制柜连接，所述第三液位传感器将检测的等压液位测量管内的液位信息反馈至所述控制柜；
所述控制柜根据所述等压液位测量管内的液位信息调控所述换热管内的水位，以使所述换热管内的水位处于所述第一预设位置与所述第二预设位置之间。
13.根据权利要求2-12任一项所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括蒸汽管路、第二控制阀、蒸汽锁和第二线圈；
所述蒸汽管路的进汽口与所述蒸汽缓冲收集罐的出汽口连接；
所述第二控制阀安装在所述蒸汽管路的出汽端；
所述蒸汽锁安装在所述蒸汽管路上，位于所述第二控制阀与所述蒸汽管路的进汽口之间；
所述第二线圈绕设在所述蒸汽管路外，且所述第二线圈与所述蒸汽管路之间留有第二预设间隙；所述第二线圈位于所述第二控制阀与所述蒸汽锁之间，且所述第二线圈与所述电源连接。
14.根据权利要求13所述的蒸汽发生装置，其特征在于，还包括第一金属保护罩和第二金属保护罩；
所述第一保护罩罩设在所述第一线圈的外面；
所述第二保护罩罩设在所述第二线圈的外面。
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