CN109875388A - 一种高效蒸汽加热方法及实现该方法的设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效蒸汽加热方法，其特征在于：在受热锅体的外部设置等压密封腔体；向等压密封腔体加入水且水不完全充满等压密封腔体；在等压密封腔体中，将水加热形成高温蒸汽，高温蒸汽上升接触受热锅体以对受热锅体内的受热体进行加热，高温蒸汽经与受热锅体换热后变成冷凝水，冷凝水依靠自身重力向下回流，从而在等压密封腔体中形成水‑高温蒸汽‑水两相之间循环转化的传热过程。该方法可节省用水，节省能耗，提高安全性和稳定性，避免或极大减少设备内部形成污垢，可延长设备使用寿命，节省维护成本和维修成本。本发明还提供一种实现上述方法的高效蒸汽加热设备。

Description

一种高效蒸汽加热方法及实现该方法的设备

技术领域

本发明涉及蒸汽加热技术领域，更具体地说，涉及一种高效蒸汽加热方法及实现该方法的设备。

背景技术

在餐饮行业，目前常采用蒸汽加热设备来进行煮粥、煮汤、蒸煮等工作。蒸汽加热设备的原理是在锅体外表面设置夹套，采用蒸汽发生装置产生高温蒸汽并将高温蒸汽传输至夹套中，利用高温蒸汽与锅体换热来受热锅体中的食物，高温蒸汽放热后变成冷凝水再由排水装置(疏水阀、球阀等)排出夹套外。该方式锅体温度不会过高，从而避免食物过渡受热而导致烧焦变糊，可烹煮大量食物，降低厨师工作强度。在蒸煮设备(如蒸柜)中，蒸汽发生装置产生的高温蒸汽则是直接进入加热腔将食物等加热。

现有蒸汽加热设备容易在蒸汽发生装置内部形成大量水垢。水垢形成的原因：水中含有各种杂质或矿物质。蒸汽发生装置内加热器件加热水变成蒸汽输出到蒸汽加热设备，高温蒸汽与锅体换热后变成的冷凝水通过疏水阀排走或在蒸汽加热设备(如蒸柜)中直接被受热体吸收。随着高温蒸汽的不断输出，蒸汽发生装置中的水不断减少，水量少到一定的程度就要向蒸汽发生装置的加热腔中补充水，以便能持续工作。由于水中含有杂质，水分加热后变成高温蒸汽输出，杂质留在蒸汽发生装置中，长期使用后设备内部将会堆积大量水垢。即使在前端加入净水设备，将水净化后再加入设备中进行加热，也仍然难以避免水垢问题。所以上述设备使用中既要配置水质处理设备又要长期购买药物进行水质处理，更影响加热器件的使用寿命，影响传热效率增加能耗增加能源成本。

为解决水垢问题，有的蒸汽加热设备为了减少蒸汽的损耗将冷凝水再利用。但是由于蒸汽发生装置中的内部压力必须要大于夹套的内部压力，高温蒸汽才会从蒸汽发生装置进入到夹套中，因此，当需要将冷凝水回流到蒸汽发生装置时，必须采用高温高压高汽蚀余量的水泵强制泵回到蒸汽发生装置中；该类型设备需要加入管道、水泵等元器件，元器件数量众多，设备成本高。

发明内容

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种可节省用水、节省能耗、提高安全性和稳定性、避免或极大减少蒸汽发生设备内部形成污垢、可延长设备使用寿命、节省运营成本和维修成本的高效蒸汽加热方法。本发明的另一个目的在于提供一种实现上述高效蒸汽加热方法、可节省用水、节省能耗、具有良好安全性和稳定性、避免或极大减少内部形成的污垢、可延长使用寿命、节省维护成本和维修成本的高效蒸汽加热设备。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种高效蒸汽加热方法，其特征在于：在受热锅体的外部设置等压密封腔体；向等压密封腔体加入水且水不完全充满等压密封腔体；在等压密封腔体中，将水加热变成高温蒸汽，高温蒸汽上升接触受热锅体以对受热锅体内的受热体进行加热，高温蒸汽经与受热锅体换热后变成冷凝水，冷凝水依靠自身重力向下回流，从而在等压密封腔体中形成水-高温蒸汽-水两相之间循环转化的传热过程；在加热过程中，监测等压密封腔体的内部压力，在等压密封腔体的内部压力高于设定上限阈值时停止水加热，在等压密封腔体的内部压力低于设定下限阈值时恢复水加热；在等压密封腔体的内部压力高于安全值时通过安全阀进行泄压，以确保安全。

传统方式中水加热和高温蒸汽热交换分别位于两个独立腔体中，加热腔体通过管道和阀门与高温蒸汽腔体连通；与传统方式相比，本发明水加热区域与高温蒸汽区域均在同一等压密封腔体中，两者之间不需要管道连通，没有气压差从而不需要加入水泵等器件，可节省设备成本和能耗，提高安全性和稳定性；还可简化设备结构，减少器件及接口数量，便于形成密封。在等压密封腔体中，高温蒸汽可自动上升，快速充满等压密封腔体，冷凝水可在自身重力作用下下落回流继续进行加热，形成水-高温蒸汽-水两相循环转化，没有水和高温蒸汽损失，非必要情况下不需要补水，避免不断加入含有杂质的水而导致杂质累积，避免或极大减少污垢产生，既可延长设备使用寿命，又可节省维护成本和维修成本；冷凝水不用外排节约了大量的能源，缩小水初始温度与汽化温度的差值，节省能耗。受热锅体的温度不会太高，受热锅体中容纳的受热体不会过渡受热而变糊。

优选地，所述向等压密封腔体加入水且水不完全充满等压密封腔体，是指：向等压密封腔体加入水，水不完全充满等压密封腔体，水位低于受热锅体的最低点使水不直接接触受热锅体。

一种实现上述高效蒸汽加热方法的高效蒸汽加热设备，其特征在于：包括用于容纳受热体的受热锅体和加热座；所述加热座与受热锅体连接，且受热锅体的外表面与加热座之间形成等压密封腔体；等压密封腔体的上部为高温蒸气区域，等压密封腔体的下部为水加热区域；水加热区域中设置有加热器；所述加热座连接有压力传感装置以监测等压密封腔体的内部压力；所述加热座设置有至少一个安全阀。

本发明高效蒸汽加热设备既适用于粥、汤、水等食物加热，也适用于其它材料加热，例如石蜡等材料加热。本发明高效蒸汽加热设备的工作原理是：在等压密封腔体中，水加热后形成高温蒸汽，高温蒸汽上升接触受热锅体，高温蒸汽经与受热锅体换热后变成冷凝水，冷凝水依靠自身重力向下回流，从而在等压密封腔体中形成水-高温蒸汽-水两相之间循环转化的传热过程。在加热过程中，压力传感装置监测等压密封腔体的内部压力，在等压密封腔体的内部压力高于设定上限阈值时停止水加热，在等压密封腔体的内部压力低于设定下限阈值时恢复水加热；在等压密封腔体的内部压力高于安全值时通过安全阀进行泄压，以确保安全。

传统方式中水加热和高温蒸汽热交换分别位于两个独立腔体中，水加热腔体通过管道和阀门与高温蒸汽腔体连通；与传统方式相比，本发明水加热区域与高温蒸汽区域均在同一等压密封腔体中，两者之间不需要管道连通，没有气压差从而不需要加入水泵等器件，可节省设备成本和能耗，提高安全性和稳定性；还可简化设备结构，减少器件及接口数量，便于形成密封。在等压密封腔体中，高温蒸汽可自动上升，快速充满等压密封腔体，冷凝水可在自身重力作用下下落回流继续进行加热，形成水-高温蒸汽-水两相循环转化，没有水和高温蒸汽损失，非必要情况下不需要补水，避免不断加入含有杂质的水导致杂质累积，避免或极大减少污垢产生，可延长设备使用寿命，节省维护成本和维修成本；冷凝水回流至加热腔体时冷凝水带有的热量也可回收利用，缩小水初始温度与汽化温度的差值，节省能耗。受热锅体的温度不会太高，受热锅体中容纳的受热体不会过渡受热而变糊。

优选地，所述加热座包括蒸汽锅体和水加热体；所述蒸汽锅体与受热锅体连接；受热锅体的底面与蒸汽锅体共同形成容纳腔一，或者是受热锅体的底面和侧面与蒸汽锅体共同形成容纳腔一；所述水加热体与蒸汽锅体的下部连接，且水加热体位于受热锅体的下方；水加热体设有容纳腔二；所述等压密封腔体是指容纳腔一和容纳腔二连通共同形成的等压密封腔体；其中容纳腔一作为等压密封腔体的高温蒸气区域，容纳腔二作为等压密封腔体的水加热区域；所述水加热体连接有补水接头和用于排水的阀门一。

容纳腔二中的水加热转化为高温蒸汽后可快速上升与受热锅体接触，受热锅体的底面最先与高温蒸汽接触，受热锅体的底部温度会高于受热锅体其余区域温度，不会出现受热锅体最热点高于受热体液位的情况，可有效、快速加热不同体量的受热体。

优选地，所述容纳腔一腔底带有弧度一。冷凝水沿弧度一回流至容纳腔二中，可加快冷凝水的回流速度，保证容纳腔二中一直有足够的水量进行加热，还可缩短冷凝水的回流时间以减少冷凝水在回流过程中的热量散失。

优选地，所述受热锅体的底面带有弧度二；可加大受热锅体的受热面积，有利于受热锅体快速、均匀地加热。

优选地，所述容纳腔二中设置有用于检测水位的水位检测装置。

优选地，所述水位检测装置包括补水上限水位检测装置、补水临界水位检测装置和缺水警报水位检测装置；所述补水上限水位检测装置、补水临界水位检测装置和缺水警报水位检测装置从上至下依次排布。

缺水警报水位检测装置用于检测容纳腔二是否缺水，以实现在容纳腔二缺水时发出信号进行警报，停止加热器工作，避免加热器损坏；补水临界水位检测装置用于检测容纳腔二是否需要补水，以实现在容纳腔二需要补水时发出信号并进行人工或自动补水；补水上限水位检测装置用于在补水时检测容纳腔二补水是否达到上限，以实现在容纳腔二补水达到上限时发出信号并进行人工或自动停止补水。

优选地，所述蒸汽锅体连接有用于排气和排水的阀门二。

优选地，所述加热座设置有至少两个安全阀。多重安全阀可进一步提高设备安全性。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明可节省设备成本和能耗，提高安全性和稳定性；节省用水，避免或极大减少设备内部形成污垢，可延长设备使用寿命，节省维护成本和维修成本；

2、本发明可有效、快速加热不同体量的受热体；冷凝水可快速回流，保证一直有足够的水量进行加热，还可缩短冷凝水的回流时间以减少冷凝水在回流过程中的热量散失；

3、本发明设有水位检测装置和多重安全阀，具有良好的安全性能。

附图说明

图1是本发明高效蒸汽加热设备的结构示意图；

其中，1为受热锅体、2为蒸汽锅体、3为水加热体、4为加热器、5为受热体、6为等压密封腔体、7为压力传感装置、8为补水上限水位检测装置、9为补水临界水位检测装置、10为缺水警报水位检测装置、11为安全阀、12为阀门一、13为阀门二、14为阀门三、15为补水接头。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例一

本实施例提供一种高效蒸汽加热方法：在受热锅体的外部设置等压密封腔体；向等压密封腔体加入水且水不完全充满等压密封腔体；水位优选低于受热锅体的最低点使水不直接接触受热锅体。在等压密封腔体中，将水加热变成高温蒸汽，高温蒸汽上升接触受热锅体以对受热锅体内的受热体进行加热，高温蒸汽经与受热锅体换热后变成冷凝水，冷凝水依靠自身重力向下回流，从而在等压密封腔体中形成水-高温蒸汽-水两相之间循环转化的传热过程；在加热过程中，监测等压密封腔体的内部压力，在等压密封腔体的内部压力高于设定上限阈值时停止水加热，在等压密封腔体的内部压力低于设定下限阈值时恢复水加热；在等压密封腔体的内部压力高于安全值时通过安全阀进行泄压，以确保安全。

传统方式中水加热和高温蒸汽热交换分别位于两个独立腔体中，加热腔体通过管道和阀门与高温蒸汽腔体连通；与传统方式相比，本发明水加热区域与高温蒸汽区域均在同一等压密封腔体中，两者之间不需要管道连通，没有气压差从而不需要加入水泵等器件，可节省设备成本和能耗，提高安全性和稳定性；还可简化设备结构，减少器件及接口数量，便于形成密封。在等压密封腔体中，高温蒸汽可自动上升，快速充满等压密封腔体，冷凝水可在自身重力作用下下落回流继续进行加热，形成水-高温蒸汽-水两相循环转化，没有水和高温蒸汽损失，非必要情况下不需要补水，避免不断加入含有杂质的水而导致杂质积累且在受热后转化成水垢，既可延长设备使用寿命，又可节省维护成本和维修成本；冷凝水不用外排节约了大量的能源，缩小水初始温度与汽化温度的差值，节省能耗。受热锅体的温度不会太高，受热锅体中容纳的受热体不会过渡受热而变糊。

实施例二

本实施例提供一种高效蒸汽加热设备，其结构如图1所示，包括用于容纳受热体5的受热锅体1和加热座。受热体可以是粥、汤、水等食物，也可以是其它需要加热的材料，例如石蜡等。加热座包括蒸汽锅体2和水加热体3；蒸汽锅体2与受热锅体1连接，受热锅体1的底面与蒸汽锅体2共同形成容纳腔一；水加热体3与蒸汽锅体2的下部连接，且水加热体3位于受热锅体1的下方；水加热体3设有容纳腔二；容纳腔一和容纳腔二连通共同形成等压密封腔体6；其中容纳腔一作为等压密封腔体6的高温蒸气区域，容纳腔二作为等压密封腔体6的水加热区域。水加热区域中设置有加热器4。

加热座连接有压力传感装置7以监测等压密封腔体6的内部压力；加热座设置有至少一个安全阀11。具体地说，水加热体3通过补水管道连接有补水接头15。压力传感装置7设置在补水管道上，补水管道上还设置有阀门三14以控制补水通断。水加热体3通过排水管道连接有用于排水的阀门一12。本实施例中，安全阀11为两个，均与蒸汽锅体2连接，实际应用中安全阀也可与水加热体连接，均起到在等压密封腔体的内部压力高于安全值时进行泄压作用。安全阀数量为一个以上，优选为两个以上，多重安全阀可进一步提高设备安全性。

本发明高效蒸汽加热设备的工作原理是：在等压密封腔体6中，水加热后形成高温蒸汽，高温蒸汽上升接触受热锅体1，高温蒸汽经与受热锅体1换热后变成冷凝水，冷凝水依靠自身重力向下回流，从而在等压密封腔体6中形成水与高温蒸汽循环转化。在水加热过程中，压力传感装置7监测等压密封腔体6的内部压力，在等压密封腔体6的内部压力高于设定上限阈值时停止水加热并在等压密封腔体6的内部压力低于设定下限阈值时恢复水加热；在等压密封腔体6的内部压力高于安全值时通过安全阀11进行泄压，以确保安全。图1中箭头方向为高温蒸汽和冷凝水走向。

传统方式中水加热和高温蒸汽热交换分别位于两个独立腔体中，水加热腔体通过管道和阀门与高温蒸汽腔体连通；与传统方式相比，本发明水加热区域与高温蒸汽区域均在同一等压密封腔体6中，两者之间不需要管道连通，没有气压差从而不需要加入水泵等器件，可节省设备成本和能耗，提高安全性和稳定性；还可简化设备结构，减少器件及接口数量，便于形成密封。在等压密封腔体6中，高温蒸汽可自动上升，快速充满等压密封腔体6，冷凝水可在自身重力作用下下落回流继续进行加热，形成水和高温蒸汽循环转化，没有水和高温蒸汽损失，非必要情况下不需要补水，避免不断加入含有杂质的水导致杂质累积，避免或极大减少污垢产生，可延长设备使用寿命，节省维护成本和维修成本；冷凝水回流至加热腔体时冷凝水带有的热量也可回收利用，缩小水初始温度与汽化温度的差值，节省能耗。受热锅体1的温度不会太高，受热锅体1中容纳的受热体5不会过渡受热而变糊。加热器4可采用现有加热器，例如电加热器。

本实施例中，是受热锅体的底面与蒸汽锅体共同形成容纳腔一；实际应用中，也可以是受热锅体的底面和侧面与蒸汽锅体共同形成容纳腔一。

本实施例中，容纳腔二中的水加热转化为高温蒸汽后可快速上升与受热锅体1接触，受热锅体1的底面最先与高温蒸汽接触，受热锅体1的底部温度会高于受热锅体1其余区域温度，不会出现受热锅体1最热点高于受热体5液位的情况，可有效、快速加热不同体量的受热体5。

容纳腔一腔底优选带有弧度一。冷凝水沿弧度一回流至容纳腔二中，可加快冷凝水的回流速度，保证容纳腔二中一直有足够的水量进行加热，还可缩短冷凝水的回流时间以减少冷凝水在回流过程中的热量散失。

受热锅体1的底面优选带有弧度二；可加大受热锅体1的受热面积，有利于受热锅体1快速、均匀地加热。

容纳腔二中优选设置有用于检测水位的水位检测装置。水位检测装置包括补水上限水位检测装置8、补水临界水位检测装置9和缺水警报水位检测装置10；补水上限水位检测装置8、补水临界水位检测装置9和缺水警报水位检测装置10从上至下依次排布。

缺水警报水位检测装置10用于检测容纳腔二是否缺水，以实现在容纳腔二缺水时发出信号进行警报，停止加热器工作，避免加热器损坏；补水临界水位检测装置9用于检测容纳腔二是否需要补水，以实现在容纳腔二需要补水时发出信号并进行人工或自动补水；补水上限水位检测装置8用于在补水时检测容纳腔二补水是否达到上限，以实现在容纳腔二补水达到上限时发出信号并进行人工或自动停止补水。

蒸汽锅体2连接有用于排气和排水的阀门二13。

本实施例中，受热锅体的高度可以高于蒸汽锅体的最高点；实际应用中，受热锅体的高度可以与蒸汽锅体的最高点平齐，甚至受热锅体的高度也可以低于蒸汽锅体的最高点。

受热锅体的顶部可带有锅盖或不带有锅盖。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效蒸汽加热方法，其特征在于：在受热锅体的外部设置等压密封腔体；向等压密封腔体加入水且水不完全充满等压密封腔体；在等压密封腔体中，将水加热形成高温蒸汽，高温蒸汽上升接触受热锅体以对受热锅体内的受热体进行加热，高温蒸汽经与受热锅体换热后变成冷凝水，冷凝水依靠自身重力向下回流，从而在等压密封腔体中形成水-高温蒸汽-水两相之间循环转化的传热过程；在加热过程中，监测等压密封腔体的内部压力，在等压密封腔体的内部压力高于设定上限阈值时停止水加热，在等压密封腔体的内部压力低于设定下限阈值时恢复水加热；在等压密封腔体的内部压力高于安全值时通过安全阀进行泄压，以确保安全。

2.根据权利要求1所述的高效蒸汽加热方法，其特征在于：所述向等压密封腔体加入水且水不完全充满等压密封腔体，是指：向等压密封腔体加入水，水不完全充满等压密封腔体，水位低于受热锅体的最低点使水不直接接触受热锅体。

3.一种实现权利要求1所述的高效蒸汽加热方法的高效蒸汽加热设备，其特征在于：包括用于容纳受热体的受热锅体和加热座；所述加热座与受热锅体连接，且受热锅体的外表面与加热座之间形成等压密封腔体；等压密封腔体的上部为高温蒸气区域，等压密封腔体的下部为水加热区域；水加热区域中设置有加热器；所述加热座连接有压力传感装置以监测等压密封腔体的内部压力；所述加热座设置有至少一个安全阀。

4.根据权利要求3所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述加热座包括蒸汽锅体和水加热体；所述蒸汽锅体与受热锅体连接；受热锅体的底面与蒸汽锅体共同形成容纳腔一，或者是受热锅体的底面和侧面与蒸汽锅体共同形成容纳腔一；所述水加热体与蒸汽锅体的下部连接，且水加热体位于受热锅体的下方；水加热体设有容纳腔二；所述等压密封腔体是指容纳腔一和容纳腔二连通共同形成的等压密封腔体；其中容纳腔一作为等压密封腔体的高温蒸气区域，容纳腔二作为等压密封腔体的水加热区域；所述水加热体连接有补水接头和用于排水的阀门一。

5.根据权利要求4所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述容纳腔一腔底带有弧度一。

6.根据权利要求4所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述受热锅体的底面带有弧度二。

7.根据权利要求4所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述容纳腔二中设置有用于检测水位的水位检测装置。

8.根据权利要求7所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述水位检测装置包括补水上限水位检测装置、补水临界水位检测装置和缺水警报水位检测装置；所述补水上限水位检测装置、补水临界水位检测装置和缺水警报水位检测装置从上至下依次排布。

9.根据权利要求4所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述蒸汽锅体连接有用于排气和排水的阀门二。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的高效蒸汽加热设备，其特征在于：所述加热座设置有至少两个安全阀。