CN112113946A - 一种蒸汽热水切换加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蒸汽热水切换加热装置，包括热水器和蒸发器，热水器的热水出口和蒸发器的蒸汽出口通过管道连接热利用装置，热水器连接热利用装置的管道和蒸发器连接热利用装置的管道分别设置第一阀门和第二阀门，通过第一阀门和第二阀门的开闭来切换蒸汽加热和热水加热，从而在高温加热和低温加热之间转换。本发明通过热水和蒸汽的切换，可以快速实现不同温度下的加热，满足不同需要，尤其是需要快速切换不同温度需求时的情况。

Description

一种蒸汽热水切换加热装置

技术领域

本发明涉及一种加热装置，尤其涉及一种蒸汽热水切换加热装置。

背景技术

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域，例如核电的余热利用等。

热水器用于产生热水，是是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水的机械设备。热水器应用领域广泛，广泛适用于制衣厂，干洗店，饭店，馍店，食堂，餐厅，厂矿，豆制品厂等场所。

我国药品市场假劣药品、非法添加化学药品现象频现，产品质量不稳定，严重影响人民群众用药安全。分析检测技术的进一步提高是当前迫切需要解决的主要问题之一，传统技术难以实现药品即时、快速的质量评价，因此，当前迫切需要创新食品、药品、化妆品快速检验的关键技术。目前用于快速检测的常用方法有TLC(薄层色谱法)、HPLC、LC-MS等，其中TLC法操作简单、检测成本低，易在基层推广，但其分离效率低，常存在假阳性干扰；HPLC法灵敏、准确，但分析周期长，无法满足快检需求；LC-MS法特异性强、灵敏度高、定性准确，但其检测成本高，不适于快检的现场检验。且以上方法在实验室中,对非法添加化学药物进行鉴定往往通过化学反应、大型仪器检测等方法,步骤繁琐,不能应用于现场 。

现有技术中，我国食品、药品和化妆品市场假劣产品、非法添加化学药物现象频现，产品质量不稳定，非法添加量和组分均混乱，严重影响人民群众健康安全。分析检测技术的进一步提高是当前迫切需要解决的主要问题之一，传统技术难以实现样品即时、快速的质量评价，因此，当前迫切需要创新快速检验的关键技术。目前用于快速检测的常用方法有TLC(薄层色谱法)，但是上述监测的方法快速对残留展开剂进行挥发，有利于薄层色谱成像，然后在色谱版上喷胶，喷胶后需要进行低温加热，将胶中溶剂挥发，例如35摄氏度左右，现有技术一般采用红外加热的方法，或者电吹风发，温度不好控制，而且资源浪费和效率低下。

针对上述问题，本发明。提供了一种新的热水加热装置，从而提供恒定低温加热。

发明内容

本发明针对现有技术中弹性的不足，提供一种新式结构的弹性热管。该弹性热管能够提高除垢以及换热效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热水蒸汽切换加热装置，包括热水器和蒸发器，热水器的热水出口和蒸发器的蒸汽出口通过管道连接热利用装置，热水器连接热利用装置的管道和蒸发器连接热利用装置的管道分别设置第一阀门和第二阀门，通过第一阀门和第二阀门的开闭来切换蒸汽加热和热水加热，从而在高温加热和低温加热之间转换。

作为优选，所述热利用装置是薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪，所述采集仪下部设置扁平管，扁平管连接热水出口和蒸汽出口，所述扁平管上部设置薄层色谱板放置台，待加热装置是色谱板。

作为优选，在使用过程中，首先利用热水加热将薄层板上展开剂和胶进行挥发，然后切换到蒸汽加热，进行拉曼光谱的采集。

作为优选，热水出口的热水温度为35摄氏度；蒸汽出口的蒸汽温度为103-108摄氏度。

作为优选，蒸发器和/或热水器包括水箱和设置在水箱中的电加热装置，所述电加热装置包括中部蒸发管、左集管、右集管和管组，所述管组包括左管组和右管组，左管组与左集管和中部蒸发管相连通，右管组与右集管和中部蒸发管相连通，从而使得中部蒸发管、左集管、右集管和管组形成加热流体封闭循环，电加热器设置在中部蒸发管内，所述管组为多个，每个管组包括圆弧形的多根弧形管，相邻弧形管的端部连通，使多根弧形管形成串联结构，并且使得弧形管的端部形成弧形管自由端；中部蒸发管包括第一管口和第二管口，第一管口连接左管组的入口，第二管口连接右管组的入口，左管组的出口连接左集管，右管组的出口连接右集管；所述第一出口和第二出口设置在中部蒸发管相对的两侧。

作为优选，右管组的位置是左管组沿着中部蒸发管的轴线旋转180度后的位置。

作为优选，中部蒸发管的中心与左集管的中心之间的距离等于中部蒸发管的中心与右集管1的中心之间的距离，为L，左集管的管径、中部蒸发管的管径、右集管的半径为R，弧形管中最内侧弧形管的轴线的半径为R1,最外侧弧形管的轴线的半径为R2,则满足如下要求：

R1/R2=a*(R/L)²-b*(R/L)+c；其中a,b,c是参数，其中4.834<a<4.835，1.390<b<1.391，0.5585<c<0.5590。

作为优选，沿着中部蒸发管的高度方向，所述同一侧管组设置为多个，从上向下方向，同一侧管组的管径不断变小。

本发明具有如下优点：

1、本发明通过热水和蒸汽的切换，可以快速实现不同温度下的加热，满足不同需要，尤其是需要快速切换不同温度需求时的情况。

2、本发明提出了一种新式结构的振动管束电加热装置，通过在有限的空间设置更多的管组，增加管束的振动范围，从而强化传热，增强除垢。

3、本发明通过高度方向上的管组管径以及间距分布的设置，可以进一步提高加热效率。

4、本发明通过大量的实验和数值模拟，优化了电加热装置的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。

5、本发明设计了一种新式结构的多电加热装置三角形的布局图，并对布局的结构参数进行了优化，通过上述布局可以进一步提高加热效率。

附图说明：

图1是本发明蒸汽（热水）加热装置示意图；

图2是蒸发器和热水器配合加热结构示意图；

图3是热利用装置内扁平管结构示意图；

图4是蒸发器/热水器结构示意图；

图5为本发明电加热装置的俯视图。

图6为本发明电加热装置的主视图。

图7是本发明电加热装置另一个实施例的主视图。

图8是本发明电加热装置的尺寸结构示意图。

图9是本发明电加热装置在圆形截面加热器中的布局示意图。

图10是拉曼光谱图的一个实例；

图11是拉曼光谱图的一个实例；

图12是拉曼光谱图的一个实例；

图13是紫外光灯254nm下检视的薄层色谱图；

图14是日光下检视薄层色谱图（左）和紫外光灯365 nm下检视薄层色谱图（右）。

图中：1、管组，左管组11、右管组12、21、左集管，22，右集管，3、自由端，4、自由端，5、自由端，6、自由端，7、弧形管，8、中部蒸发管，9、电加热器，10第一管口，13第二管口，14左回流管，15右回流管，16蒸发器，17热利用装置，18扁平管，19色谱板，161水箱，20管道，21热水器，22管道，23第一阀门，24第二阀门，25电加热装置，26入口管，27出口管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如图1所示，一种蒸汽加热装置，包括蒸发器16，所述蒸发器包括蒸汽出口，所述蒸汽出口通过管道20连接一个或者多个热利用装置17，所述热利用装置17进行换热后循环回到蒸发器16，所述至少一个热利用装置17包括扁平管18，所述扁平管18上部布置需要加热的装置19。

本发明通过设置蒸汽加热，因为蒸汽在恒定的压力下能够保持恒定的温度，因此能够保持相对应的恒定的温度，实现被加热部件的温度恒定。而且蒸汽能够保证加热高温加热。

作为优选，所述热利用装置是薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪17，所述薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪17下部设置扁平管18，所述扁平管上部设置色谱板19。

我国食品、药品和化妆品市场上假劣产品品、非法添加化学药物现象频现，产品质量不稳定，非法添加量和组分均混乱，严重影响人民群众健康安全。分析检测技术的进一步提高是当前迫切需要解决的主要问题之一，传统技术难以实现非法添加化学药物即时、快速的质量评价，因此，当前迫切需要创新快速检验的关键技术。目前用于快速检测的常用方法有TLC(薄层色谱法)，但是上述检测的方法需要保持恒定的温度成像和检测，例如105摄氏度左右，现有技术一般采用红外加热的方法，温度不好控制，而且资源浪费和效率低下。本发明首次将蒸汽加热装置引入到薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪，通过恒定的蒸汽温度，能够实现薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪很好的薄层色谱成像和拉曼光谱采集。

作为优选，所述扁平管18上部外壁面设置凹槽19，所述色谱板设置在凹槽内。例如图3所示。

作为优选，所述蒸发器是电加热蒸发器。

作为优选，蒸汽出口的蒸汽温度为103-108摄氏度。

作为优选，蒸汽出口的蒸汽温度为105摄氏度。

本发明在使用的过程中，首先引入蒸汽进行加热色谱板，保持色谱板温度恒定，挥去残留展开剂，既可以快速对薄层色谱成像，亦可以通过拉曼探头进行光谱采集，采集到的光谱录入系统进行入库或者快检。

作为优选，可以同时设置多个热利用装置，所述热利用装置为并联结构。例如设置多个拉曼光谱仪和薄层色谱成像。

作为优选，所述管道20设置第二阀门24，用于控制进入热利用装置的蒸汽流量。

作为一个改进，本发明可以利用热水进行低温加热。如图1所示，一种热水加热装置，包括热水器21，所述热水器包括热水出口，所述热水出口通过管道22连接一个或者多个热利用装置17，所述热利用装置17进行换热后循环回到热水器21，所述至少一个热利用装置17包括扁平管18，所述扁平管18上部布置需要加热的装置19。

作为优选，所述管道22设置第一阀门23，用于控制进入热利用装置的热水流量。

本发明通过设置热水加热，因为热水能够实现低温加热，而且加热过程中还可以控制热水温度和热水流量，从而保证加热质量。

作为优选，所述热利用装置是薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪17，所述薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪17下部设置扁平管18，所述扁平管上部设置色谱板19。

我国食品、药品和化妆品市场假劣产品、非法添加化学药物现象频现，产品质量不稳定，非法添加量和组分均混乱，严重影响人民群众健康安全。分析检测技术的进一步提高是当前迫切需要解决的主要问题之一，传统技术难以实现样品即时、快速的质量评价，因此，当前迫切需要创新快速检验的关键技术。目前用于快速检测的常用方法有TLC(薄层色谱法)，但是上述监测的方法快速对残留展开剂进行挥发，有利于薄层色谱成像，然后在色谱版上喷胶，喷胶后需要进行低温加热，将胶中溶剂挥发，例如35摄氏度左右，现有技术一般采用红外加热的方法，或者电吹风发，温度不好控制，而且资源浪费和效率低下。本发明首次将热水加热装置引入到薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪，通过热水加热实现快速有效的挥发。

作为优选，所述扁平管18上部外壁面设置凹槽19，所述色谱板设置在凹槽内。例如图3所示。

作为优选，所述热水器器是电加热热水器器。

作为优选，热水出口的热水温度为30-40摄氏度。

作为优选，热水出口的热水温度为35摄氏度。

作为优选，热水出口设置在水箱的侧壁的上部。

本发明在使用的过程中，首先引入热水进行加热色谱板，保持和控制色谱板胶挥发稳定。

作为优选，可以同时设置多个热利用装置，所述热利用装置为并联结构。例如设置多个薄层色谱和拉曼光谱采集仪。

作为一个改进，本发明可以同时设置蒸汽加热和热水加热的组合使用，在使用过程中，首先利用热水加热将薄层板上展开剂和胶进行挥发，然后切换到蒸汽加热，进行拉曼光谱的采集。

如图2所示，一种热水蒸汽切换加热装置，包括热水器21，所述热水器包括热水出口，所述热水出口通过管道22连接一个或者多个热利用装置17，所述热利用装置17进行换热后循环回到热水器21；还包括蒸发器16，所述蒸发器包括蒸汽出口，所述蒸汽出口通过管道20连接一个或者多个热利用装置17，所述热利用装置17进行换热后循环回到蒸发器16。所述管道22设置第一阀门23，所述管道20设置第二阀门24。通过第一阀门和第二阀门的开闭来切换蒸汽加热和热水加热，从而在高温加热和低温加热之间转换。

运行中，首先进行低温加热，将胶进行挥发，然后切换到蒸汽加热，进行拉曼光谱的采集。

其余的未描述的特征，例如热水器、蒸发器以及热利用装置，和前面描述的相同，就不在一一描述。

蒸发器16/热水器21具有相似的结构。如图4所示，包括水箱161和设置在水箱中的电加热装置25，所述电加热装置，包括中部蒸发管8、左集管21、右集管22和管组1，所述管组1包括左管组11和右管组12，左管组11与左集管21和中部蒸发管8相连通，右管组12与右集管22和中部蒸发管8相连通，从而使得中部蒸发管8、左集管21、右集管22和管组1形成加热流体封闭循环，中部蒸发管8内填充相变流体，电加热器9设置在中部蒸发管8内，每个管组1包括圆弧形的多根弧形管7，相邻弧形管7的端部连通，使多根弧形管7形成串联结构，并且使得弧形管7的端部形成弧形管自由端3-6；中部蒸发管包括第一管口10和第二管口13，第一管口10连接左管组11的入口，第二管口13连接右管组12的入口，左管组11的出口连接左集管21，右管组12的出口连接右集管22；所述第一管口10和第二管口13设置在在中部蒸发管8相对的两侧。

作为优选，所述左集管21与中部蒸发管8之间设置左回流管14，所述右集管22与中部蒸发管8之间设置右回流管14。作为优选，所述回流管设置在底部。

所述流体在中部蒸发管8进行加热蒸发，沿着弧形管束向左右两个集管21、22流动，流体受热后会产生体积膨胀，从而形成蒸汽，而蒸汽的体积远远大于水，因此形成的蒸汽会在盘管内进行快速冲击式的流动。因为体积膨胀以及蒸汽的流动，能够诱导弧形管自由端产生振动，换热管自由端在振动的过程中将该振动传递至周围换热流体，流体也会相互之间产生扰动，从而使得周围的换热流体形成扰流，破坏边界层，从而实现强化传热的目的。流体在左右集管冷凝放热后又通过回流管回流到中部蒸发管。

本发明通过对现有技术进行改进，将冷凝集管和管组分别设置为左右分布的两个，使得左右两侧分布的管组都能进行振动换热除垢，从而扩大换热振动的区域，越能够使的振动更加均匀，换热效果更加均匀，增加换热面积，强化换热和除垢效果。

作为优选，所述左管组的弧形管是以左集管的轴线为圆心分布，所述右管组的弧形管是以右集管的轴线为圆心分布。通过将左右集管设置为圆心，可以更好的保证弧形管的分布，使得振动和加热均匀。

作为优选，所述管组为多个。

作为优选，右管组（包括右集管）的位置是左管组（包括左集管）沿着中部蒸发管的轴线旋转180度（角度）后的位置。通过如此设置，能够使得换热的弧形管分布更加合理均匀，提高换热效果。

作为优选，所述集管8、21、22沿着高度方向上设置。

作为优选，左管组21和右管组22在高度方向上错列分布，如图2所示。通过错列分布，能够使得在不同高度上进行振动换热和除垢，使得振动更加均匀，强化换热和除垢效果。

作为优选，沿着中部蒸发管8的高度方向，所述管组2（例如同一侧（左侧或者右侧））设置为多个，从上向下方向，管组2（例如同一侧（左侧或者右侧））的管径不断变小。

作为优选，沿着中部蒸发管8的从上向下方向，管组（例如同一侧（左侧或者右侧））的弧形管管径不断变小的幅度不断的增加。

通过管组的管径幅度增加，可以保证更多的蒸汽通过上部进入左右箱体，保证所有管组内蒸汽的分配均匀，进一步强化传热效果，使得整体振动效果均匀，换热效果增加，进一步提高换热效果以及除垢效果。通过实验发现，采取此种结构设计可以取得更好的换热效果以及除垢效果。

作为优选，沿着中部蒸发管8的高度方向，所述同一侧（左侧或者右侧）管组设置为多个，从上向下方向，同一侧（左侧或者右侧）相邻管组的间距不断变大。

作为优选，沿着第一集管的高度方向，同一侧（左侧或者右侧）管组之间的间距不断变大的幅度不断的增加。

通过管组的间距幅度增加，可以保证更多的蒸汽通过上部进入左右集管，保证所有管组内蒸汽的分配均匀，进一步强化传热效果，使得整体振动效果均匀，换热效果增加，进一步提高换热效果以及除垢效果。通过实验发现，采取此种结构设计可以取得更好的换热效果以及除垢效果。

在试验中发现，左集管21、右集管22、中部蒸发管8的管径、距离以及弧形管的管径可以对换热效率以及均匀性产生影响。如果集管之间距离过大，则换热效率太差，弧形管之间的距离太小，则弧形管分布太密，也会影响换热效率，集管以及换热管的管径大小影响容纳的液体或者蒸汽的体积，则对于自由端的振动会产生影响，从而影响换热。因此左集管21、右集管22、中部蒸发管8的管径、距离以及弧形管的管径具有一定的关系。

本发明是通过多个不同尺寸的热管的数值模拟以及试验数据总结出的最佳的尺寸关系。从换热效果中的换热量最大出发，计算了近200种形式。所述的尺寸关系如下：

中部蒸发管8的中心与左集管21的中心之间的距离等于中部蒸发管8的中心与右集管21的中心之间的距离，为L，左集管21的管径、中部蒸发管8的管径、右集管22的半径为R，弧形管中最内侧弧形管的轴线的半径为R1,最外侧弧形管的轴线的半径为R2,则满足如下要求：

R1/R2=a*(R/L)²-b*(R/L)+c；其中a,b,c是参数，其中4.834<a<4.835，1.390<b<1.391，0.5585<c<0.5590；作为优选，a＝4.8344， b＝1.3906， c＝0.5587。

作为优选，34<R<61mm；114<L<191mm；69<R1<121mm，119<R2<201mm。

作为优选，管组的弧形管的数量为3－5根，优选为3或4根。

作为优选，0.57<R1/R2<0.61；0.3<R/L<0.32。

作为优选，0.583<R1/R2<0.60；0.304<R/L<0.316。

作为优选，弧形管的半径优选为10－40mm；优选为15－35mm，进一步优选为20－30mm。

作为优选，左集管21、右集管22、中部蒸发管8的圆心在一条直线上。

作为优选，自由端3、4的端部之间以左集箱的中心轴线为圆心的弧度为95－130角度，优选120角度。同理自由端5、6和自由端3、4的弧度相同。通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。

电加热器作为蒸发器加热功率优选为1800-2000W，进一步优选为1900W。作为热水器为1000-1200W，优选是1100W。

作为优选，所述箱体是圆形截面，设置多个电加热装置，其中一个设置在圆形截面圆心的中心电加热装置和其它的形成围绕圆形截面圆心分布的电加热装置。

作为优选，管组1的管束是弹性管束。

通过将管组1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。

进一步优选，所述电加热器是电加热棒。

所述管组1为多个，多个管组1为并联结构。

如图10所示的热水器/蒸发器，具有圆形截面的壳体，所述的多个电加热装置设置在圆形壳体内。作为一个优选，所述的电加热装置在壳体内设置三个，所述的电加热装置的左集箱、右集箱以及中部蒸发管的中心连线的延长线形成了圆形截面的内接正三角形。通过如此设置，能够使得可以使得加热器内流体充分达到震动和换热目的，提高换热效果。

通过数值模拟以及实验得知，所述的电加热装置的尺寸以及圆形截面的直径对于换热效果具有很大的影响，电加热装置尺寸过大会导致相邻的间距太小，中间形成的空间太大，中间加热效果不好，加热不均匀，同理，电加热装置尺寸过小会导致相邻的间距太大，导致整体加热效果不好。因此本发明通过大量的数值模拟和实验研究得到了在最佳的尺寸关系。

左集箱和右集箱的中心之间的距离为L1，内接正三角形的边长为L2，弧形管中最内侧弧形管的轴线的半径为R1,最外侧弧形管的轴线的半径为R2，则满足如下要求：

10*(L1/L2)=d*(10*R1/R2)-e*(10*R1/R2)²-f；其中d,e,f是参数，

42.69<d<42.71,3.63<e<3.64,119.9<f<120.1；

进一步优选，d=42.702,e=3.634,f=122.01；

其中优选720<L2<1130mm。优选0.3<L1/L2<0.6。

进一步优选0.32<L1/L2<0.4。

作为优选，左集管21、右集管22、中部蒸发管8的圆心在一条直线上。

通过上述的三个电加热装置结构优化的布局，能够使得整体换热效果达到最佳的换热效果。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种蒸汽热水切换加热装置，包括热水器和蒸发器，热水器的热水出口和蒸发器的蒸汽出口通过管道连接热利用装置，热水器连接热利用装置的管道和蒸发器连接热利用装置的管道分别设置第一阀门和第二阀门，通过第一阀门和第二阀门的开闭来切换蒸汽加热和热水加热，从而在高温加热和低温加热之间转换。

2.如权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述热利用装置是薄层色谱成像和拉曼光谱采集仪，所述采集仪下部设置扁平管，扁平管连接热水出口和蒸汽出口，所述扁平管上部设置薄层色谱板放置台，待加热装置是色谱板。

3.如权利要求2所述的加热装置，其特征在于，在使用过程中，首先利用热水加热将薄层板上展开剂和胶进行挥发，然后切换到蒸汽加热，进行拉曼光谱的采集。

4.如权利要求1所述的加热装置，热水出口的热水温度为35摄氏度；蒸汽出口的蒸汽温度为103-108摄氏度。

5.如权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，蒸发器和/或热水器包括水箱和设置在水箱中的电加热装置，所述电加热装置包括中部蒸发管、左集管、右集管和管组，所述管组包括左管组和右管组，左管组与左集管和中部蒸发管相连通，右管组与右集管和中部蒸发管相连通，从而使得中部蒸发管、左集管、右集管和管组形成加热流体封闭循环，电加热器设置在中部蒸发管内，所述管组为多个，每个管组包括圆弧形的多根弧形管，相邻弧形管的端部连通，使多根弧形管形成串联结构，并且使得弧形管的端部形成弧形管自由端；中部蒸发管包括第一管口和第二管口，第一管口连接左管组的入口，第二管口连接右管组的入口，左管组的出口连接左集管，右管组的出口连接右集管；所述第一出口和第二出口设置在中部蒸发管相对的两侧。

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