CN110770505A - 电热蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电热蒸汽发生器。电热蒸汽发生器包括：具有堆叠金属芯的多相电变压器；初级绕组，其布置在金属芯上并且与所述金属芯电绝缘；公共管状次级绕组，其包围变压器的堆叠金属芯的所有腿，并被内部和外部电气连接器分成包围变压器的堆叠金属芯的每个腿并构成独立的短路电磁回路的多个区域；以及用于压力进给液体使其穿过公共管状次级绕组的内部空腔的装置。本发明的目的是增加每单位时间产生的用于加热水并将其转化为蒸汽的热能的量。

Description

电热蒸汽发生器

本发明涉及电热蒸汽发生器。这种电热蒸汽发生器可以用来例如在工业和住宅设施的加热系统和热蒸汽供应装置中以及在需要加热并蒸发流体的其他领域中加热液体。

已知一种电热蒸汽发生器，这种电热蒸汽发生器包括电单相变压器，该电单相变压器具有设计成产生闭合磁场的堆叠金属芯、位于芯上并与芯电绝缘的初级绕组、与磁场绝缘地定位的管状次级绕组。该电热蒸汽发生器还包括跳线器，该跳线器在外部连接到管状次级绕组的线圈并且被设计成使管状次级绕组的线圈产生短路。同时，该电热蒸汽发生器包含用于穿过管状次级绕组的内部空腔强制供应液体的必要补救措施(US1,999,446)。但是所述的电热蒸汽发生器(该电热蒸汽发生器是与所声明保护蒸汽发生器类似的一种蒸汽发生器)不允许每单位时间产生足够量的热能来加热水并将其转化为蒸汽。

还已知一种电热蒸汽发生器，该电热蒸汽发生器由一个或多个单相变压器组成，所述电单相变压器具有被设计成在其中产生闭合磁场的堆叠金属芯。初级绕组位于芯上并与芯电绝缘，公共管状次级绕组绝缘地位于磁场中，且覆盖变压器的堆叠金属芯的所有支架。该电热蒸汽发生器也包括由两部分构成的跳线器，这两个部分在垂直于线匝的平面中连接公共金属管状次级绕组的外部线圈，以产生管状次级绕组环的短路，以便在管状次级绕组外表面与它们的直径的交叉点中产生管状次级绕组环的闭路故障，所述管状次级绕组外表面的直径平行于堆叠金属芯中产生的磁感应向量的方向，从而使得相邻点电连接在复合球形跳线器的一个部分处，并且远点彼此电连接并且电连接到呈环形弧的形状的复合跳线器的另一个部分。此外，该电热蒸汽发生器包含用于正向驱动液体供应穿过管状次级绕组的内部中空的辅助装置，其中管状次级绕组由串联连接的若干金属部分制成，并且以这样的方式以电流电阻值彼此显著地分开，即当电流穿过每个部分时，热功率排出，该热功率对应于由于在管状次级绕组的内部中空中水移动而导致的热水转化为蒸汽的阶段(日期为2016年09月22日的发明申请No.2016137819/07(059757))。在电热蒸汽发生器中，管状次级绕组包括加热部分、蒸发部分和过热部分。管状次级绕组的这些部分串联连接，并且可以具有相同或不同直径的内部中空和不同的电阻。根据取决于该部分所需的加热温度的计算来选择管状次级绕组的这些部分的电阻。该电热蒸汽发生器是与所要求保护的发明最接近的类似发生器(原型)，结合了一组基本特征及其使用所实现的结果。但是，不幸的是，这种电热蒸汽发生器具有显著的缺点，例如，首先涉及蒸汽发生器的设计，尽管相比于类似蒸汽发生器它允许每单位时间产生更大量的热能来加热水并将其转化为蒸汽，但是它仍然不足以用于工业目的。这可以通过以下事实来解释：蒸汽发生器的这种设计不允许在该装置中使用变压器(该变压器同时连接到相位或频率不同的不同源的交流电源)或者在该装置中使用多相变压器。在这种原型设计中，公共短路管状次级绕组是覆盖堆叠金属变压器芯的所有支架的单个闭环。还应当注意，在电热蒸汽发生器原型的这种设计的情况下，如果需要创建功率增加的电热蒸汽发生器，则其每个结构的金属的特定量将增加。这是由于在这种情况下，与初级绕组的导线的电流消耗和横截面的增加相关，管状次级绕组的部分的边界改变，这必须根据电功率重新设计。

由新的电热蒸汽发生器的制造商设定的任务是制造一种蒸汽发生器，其将允许在减少蒸汽发生器的金属用量和整体尺寸的同时增加蒸汽产生能力。在解决开发者设定的任务的过程中实现的技术结果是增加用于加热水并将其转化为蒸汽的每单位时间热能生产的能力。

所要求保护的发明的本质在于电热蒸汽发生器，所述电热蒸汽发生器包括电气变压器，所述电气变压器具有堆叠金属芯，所述堆叠金属芯旨在所述堆叠金属芯中产生闭合磁场。初级绕组位于所述堆叠金属芯上并与所述堆叠金属芯电气绝缘，公共管状次级绕组与磁场绝缘并位于所述磁场中并且覆盖所述变压器的堆叠金属芯的所有支架，管侧跳线器连接最近点，管上跳线器连接最远点，所述公共次级管绕组的表面跳线器位于垂直于其轴线的平面中，所述电热蒸汽发生器包括强制供应液体而使液体穿过所述公共次级绕组的内部管状中空的装置所述电热蒸汽发生器的不同之处，所述管状次级绕组通过管侧电跳线器和管上电跳线器而被分成覆盖所述变压器的堆叠金属芯的每个支架并构成独立的短闭合电磁回路的多个部分，并且所述变压器被制成为多相的。

在实现上述目的情况下，实现新的电热蒸汽发生器的可能性的证据将在下面关于电热蒸汽发生器的具体实施例给出。这是对根据本发明的特定电热蒸汽发生器的实现的情况研究，其不以任何方式限制其法律保护的范围。在该实施例中，仅给出了新的电热蒸汽发生器的具体图示。

通过附图解释本发明，其中：

在图1中，示出了三相电热蒸汽发生器的总体视图(轴测投影)；

在图2中，示出了管状次级绕组(轴测投影)；

在图3中，示出了图2的横截面A-A。

在该特定实施例中，电热蒸汽发生器由两个三相变压器1组成，三相变压器1包括具有水平和竖直部分的堆叠金属芯2。金属芯2的竖直部分被设计成支架3。在这些三相变压器的金属芯2的支架3上，初级绕组4与它们绝缘地定位。通常，对于这两个三相变压器1，管状次级绕组5由实心铜管制成，并且具有供应支管6和出口支管7。电热蒸汽发生器的公共管状次级绕组5在磁场中绝缘并且被折叠，使得其覆盖两个变压器的堆叠金属芯2的所有支架3，其中一个变压器为管线圈的形式。与此同时，公共管状次级绕组5被提供有温度传感器8和电跳线器：管上9和管侧10。在垂直于其轴线的平面中，管上电跳线器9连接最远的点，并且管侧跳线器10连接公共管状二管绕组5的表面最接近的点。管上电跳线器9被制成例如金属弧、半环或拖架的形式，并且管侧跳线器10被制成例如金属球或柱体的形式(背对背或中空)。金属球形式的管侧电跳线器10设计成与闭合管点接触，并且呈背对背或中空柱体的形式，以在管之间进行线性接触。实验研究表明，这种闭合公共管状次级绕组5的方法允许从3900A及以上设定大量级的感应电流。为了产生用于工业目的量级为100kg每小时至2吨每小时的蒸汽，需要这种量级的电流。在这种情况下，需要使用具有最大电导率的材料(例如铜及其合金)作为管状次级绕组5的材料。在这种特定情况下，在结构上将管上跳线器9制成宽度为所连接的管直径的五分之一到四分之一的半环的形式。对于这种特定实施例来说，这是最佳尺寸。实验表明，只有闭合公共管状次级绕组5的这种方法才允许感应这样量级的感应电流，因为这是产生大于60A/mm的电流强度所必需的。在这种情况下，能够在蒸汽形成室中获得特别用于工业目的所必需的量的蒸汽；公共管状次级绕组5可以由具有不同电导率和直径的部分组成。由于管上跳线器9和管间跳线器10，公共管状次级绕组5在电气上被分成多个部分，这些部分是独立的短路电磁回路，它们覆盖堆叠金属芯2的支架3并且产生磁感应。在公共管状次级绕组5的各个部分中需要不同的电导率和不同的直径，以控制和调节用于加热水并将其转变为蒸汽的必要量的热能的产生。与原型相比，独立的短路电磁回路可以迅速增加所接收的热能的量。

从上面可以看出，从供应支管到出口支管都覆盖三相变压器1的堆叠金属芯2支架3的公共管状次级绕组5的每个部分被电跳线器9和10分成多个电路。由于这一点以及由于使用三相变压器，从供应支管6到出口支管7，管状次级绕组5的内部中空将代表实际的蒸汽形成室。在每个电路的堆叠金属芯2中，感应出相同方向的磁场。在管状次级绕组5的内部中空中选择影响加热管的短路电气参数，该短路电参数与每个这样的电路相关并且提供与直流电热蒸汽发生器中的水到汽化状态的过渡阶段相对应的热力学条件。为了增加蒸汽形成室的蓄热能力，管状次级绕组5可由以上述方式铺设的一系列并联连接的管构成。

所述电热蒸汽发生器以如下方式工作。首先，通过在压力下将水穿过供应支管6供给到公共管状次级绕组5的内部中空中来提供水的移动。然后，三相变压器1的初级绕组4连接到AC网络。因此，初级绕组4在堆叠金属芯2中感应交变的磁通量。通过交变磁通量的作用，由短路的管上电跳线器9和管侧电跳线器10限定的公共管状次级绕组5的部分变成独立的短路电磁回路，其覆盖芯2中的磁通量。例如金属半环9和金属球10形式的电跳线器在公共管状次级绕组5的绕组的每个独立电路中产生安全短路，这能够传导大量级的交流电。在公共管状次级绕组5中，产生了3900A及以上的电流，这足以加热水并将其变成蒸汽。这种量级的电流对于蒸汽发生器的有效操作和产生工业上必要量的蒸汽是必要的。通过这种量级的电流的作用，公共管状次级绕组5的独立短路电磁回路被加热。在这种情况下，作为公共管状次级绕组5的种类，它允许公共管状次级绕组5延伸。同时，三相变压器以其他相同参数按比例地在负荷下投入电网络，并且与单相变压器相比导线的横截面较小。此外，三相变压器与相同功率的单相变压器的初级绕组相比具有更小的初级绕组。公共管状次级绕组5的延伸增加了其蓄热能力。结果，由于管状次级绕组5的伸长，使得内部中空的热交换面积增加，并导致管状次级绕组5的蒸汽-水路径中的沉降量减少。同时，热能被传递到在公共管状次级绕组5的内部中空中移动的水。在那里，水蒸发，并且所得到的蒸汽穿过排放管7排出。

解决了由新的电热蒸汽发生器的开发者设定的任务的附加证据，即：与原型相比，新的电热蒸汽发生器允许提高蒸汽生产率，同时减小蒸汽发生器总体尺寸和金属用量，这在下面由发明人进行的具体实验示出。此外，以下实验证明，在解决由开发者设定的问题的过程中，已经实现了技术结果，即，与原型相比，用于加热水并将其转换成蒸汽的每单位时间产生的热能增加。设计并测试了两个电热蒸汽发生器，这两个电热蒸汽发生器都由两个变压器组成，其中22mm直径铜管的公共管状次级绕组覆盖两个变压器的所有支架。两个电热蒸汽发生器都以380V的相同电压消耗来自网络的130A的相同电流。第一电热蒸汽发生器原型在其设计中具有单相变压器，而另一个具有根据本发明权利要求中规定的技术实质的三相变压器。第一电热蒸汽发生器原型具有50KW的功率，并且其总体尺寸为572×490×375mm，其初级线圈由铜总线S32制成。此外，根据权利要求中规定的技术实质的第二电热蒸汽发生器具有65KW的功率。其总体尺寸为600×426×300mm，并且初级线圈由总线S14制成。两个电热蒸汽发生器的入口支管上的水压是15巴，并且入口水的温度是20℃。测试结果表明，具有50KW容量的第一原型电热蒸汽发生器产生200kg/小时的蒸汽，其蒸汽干燥系数为30％。具有容量为65KW的第二蒸汽发生器产生250kg/小时的蒸汽，其干燥系数为40％，而第二电热蒸汽发生器占据的体积比第一原型小1.37倍。此外，第二电热蒸汽发生器的具体额定功率与第一电热蒸汽发生器相比增加了1.78倍。从这些实验研究中，我们可以注意到新的电热蒸汽发生器的优点。

Claims (13)

1.一种电热蒸汽发生器，所述电热蒸汽发生器包括电气变压器，所述电气变压器具有堆叠金属芯，所述堆叠金属芯旨在所述堆叠金属芯中产生闭合磁场，初级绕组位于所述堆叠金属芯上并与所述堆叠金属芯电气绝缘，公共管状次级绕组与磁场绝缘并位于所述磁场中并且覆盖所述变压器的堆叠金属芯的所有支架，管侧跳线器连接最近点，管上跳线器连接最远点，所述公共次级管绕组的表面跳线器位于垂直于其轴线的平面中，所述电热蒸汽发生器包括强制供应液体而使液体穿过所述公共次级绕组的内部管状中空的装置，其特征在于，所述管状次级绕组通过管侧电跳线器和管上电跳线器而被分成覆盖所述变压器的堆叠金属芯的每个支架并构成独立的短闭合电磁回路的多个部分，并且所述变压器被制成为多相的。

2.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述变压器是三相的。

3.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，总体的管状次级绕组由并联连接的管套件构成。

4.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，代表所述公共管状次级绕组的所述电磁回路的多个部分具有不同的电导率。

5.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，构成所述公共管状次级绕组的所述电磁回路的管的部分具有不同直径。

6.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，在作为电磁回路的每个部分上安装有温度计。

7.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述管上跳线器被制成金属开口环的形式。

8.根据权利要求7所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述管上跳线器以金属开口环的形式制造，并且制成为具有所接合的管直径的1/5至1/4的宽度。

9.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述管上跳线器被制成金属弧的形式。

10.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述管上跳线器被制成金属圆的形式。

11.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，所述管侧跳线器被制成金属圆的形式。

12.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述管侧跳线器被制成中空金属柱体的形式。

13.根据权利要求1所述的电热蒸汽发生器，其特征在于，所述管侧跳线器被制成背对背金属柱体的形式。

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