CN113739129A

CN113739129A - 一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置

Info

Publication number: CN113739129A
Application number: CN202111084703.3A
Authority: CN
Inventors: 王东民; 赵玉刚; 高明
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2021-12-03

Abstract

本发明涉及一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，包括外套管、对红外线高透的辐射加热内管、通电后能发出红外辐射的辐射元件，所述辐射加热内管设于所述外套管内，所述辐射元件设于所述辐射加热内管内，所述外套管与辐射加热内管之间的环状间隙形成水蒸气生成腔，通过所述水蒸气生成腔的液态水能够被迅速加热形成高温水蒸气。与现有的常规蒸汽发生装置相比，本发明采用辐射的方式加热液态水，使内、外管间隙内的液态水快速地、全方位地吸收能量，并迅速升温、成核，快速产生蒸汽。

Description

一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置

技术领域

本发明涉及蒸汽发生技术领域，具体涉及一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置。

背景技术

在食品加工、消毒杀菌等行业，蒸汽发生装置都是常见设备之一。然而，已有的蒸汽发生器基本都是通过发热棒/发热片的高温表面加热其附近液体，使得液体在高温表面上成核形成气泡产生蒸汽。一方面，这样的加热方式往往只能够使得加热表面附近很少的一部分液体温度快速上升，而远离加热表面的液体需要通过热对流和热扩散的方式被加热，因此在蒸汽发生器启动阶段时蒸汽产出速率低下；另一方面，这样的蒸汽产生方式中，蒸汽泡直接在高温加热表面成核，长时间运行容易导致水垢在加热表面累积生长，进而恶化加热表面换热效率，减小蒸汽产出效率。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，该装置不仅可以快速产生蒸汽，且结构简单，避免水垢的生成对蒸汽产生的影响。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，包括外套管、对红外线高透的辐射加热内管、通电后能发出红外辐射的辐射元件，

所述辐射加热内管设于所述外套管内，所述辐射元件设于所述辐射加热内管内，所述外套管与辐射加热内管之间的环状间隙形成水蒸气生成腔，通过所述水蒸气生成腔的液态水能够被迅速加热形成高温水蒸气。

进一步地，所述的外套管为在高温下不变形的中空圆管，在150°的温度下不变形、不溶于液体/气态水。

进一步地，所述辐射加热内管是由对红外线高透的材料制成的中空圆管，同轴安装在所述外套管的中心。

进一步地，所述对红外线高透的材料选自氟化钙、氟化钡、氟化镁、硅、锗、硒化锌。

进一步地，所述辐射元件为加热丝或加热片，沿所述辐射加热内管的长度方向布置在其内腔。

进一步地，所述加热丝或加热片的材质采用钨、镍铬丝。

进一步地，所述外套管与辐射加热内管之间的环状间隙径向厚度不超过3cm。

进一步地，所述外套管与辐射加热内管之间套设成核套管。

进一步地，所述成核套管表面粗糙、具有多孔特征，可以是多孔介质制作成的套管，也可以是网状套筒。

进一步地，所述装置的一端设有进水口，另一端设有蒸汽出口，液态水由所述进水口通入所述水蒸气生成腔，生成的蒸汽从所述蒸汽出口排出。

本装置的具体工作原理为，辐射加热内管中的加热材料通电后发出的红外辐射，绝大部分都可以穿透对红外线高透的辐射加热内管壁到达环状间隙通道内的水中。水对红外线的吸收率非常高，且根据水对红外线的吸收特性(兰贝特定律)可知，约3cm厚的水层便可吸收掉95％的射入水中的红外线能量。一方面，由于辐射能从发出到被水吸收是瞬间的(辐射传递速度约等于光速)、是立体的(环状间隙通道内任意位置的水都能接收到辐射能量)，所以液态水升温的速率是迅速的，转变成气态所需要的时间也是极短的；另一方面，由于有成核套管的存在，蒸汽泡主要在成核套管上形成，水垢也主要在成核套管上生成和积累，不会影响辐射加热内管向水体发射辐射能，也不会影响水对辐射能的吸收，因此完全避免了水垢对产生蒸汽的影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、采用辐射方式加热液态水，使内、外管间隙内的液态水快速地、全方位地吸收能量，并迅速升温、成核，快速产生蒸汽。

2、辐射加热内管壁采用对红外线高透的材料，比采用传统石英玻璃管壁的辐射加热管向外辐射的能量更多、效率更高。

3、通过调节辐射加热内管的辐射功率和水的流量，可控制出口蒸汽温度、蒸汽流量和蒸汽干度。

4、液态水主要在成核套管表面成核生成气泡，水垢主要产生在成核套管上。生成的水垢既不会影响辐射加热效果，也不会影响液态水成核生成蒸汽。因此，不存在传统蒸汽发生器中极度影响蒸汽产生效果的水垢问题。

附图说明

图1为本发明中提出的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置的示意图；

图中标号：1-辐射元件；2-外套管；3-辐射加热内管；4-成核套管；5-进水口；6-蒸汽出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1，一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，包括外套管2、对红外线高透的辐射加热内管3、通电后能发出红外辐射的辐射元件1，辐射加热内管3设于外套管2内，辐射元件1设于辐射加热内管3内，外套管2与辐射加热内管3之间的环状间隙形成水蒸气生成腔，通过水蒸气生成腔的液态水能够被迅速加热形成高温水蒸气。装置的一端设有进水口5，另一端设有蒸汽出口6，液态水由进水口5通入水蒸气生成腔，生成的蒸汽从蒸汽出口6排出。

作为优选的实施方式，外套管2为在高温下不变形的中空圆管，在150°的温度下不变形、不溶于液体/气态水。辐射加热内管3是由对红外线高透的材料制成的中空圆管，同轴安装在外套管2的中心。

作为优选的实施方式，对红外线高透的材料选自氟化钙、氟化钡、氟化镁、硅、锗、硒化锌。辐射元件1为加热丝或加热片，沿辐射加热内管3的长度方向布置在其内腔。

作为优选的实施方式，加热丝或加热片的材质采用钨、镍铬丝。

作为优选的实施方式，外套管2与辐射加热内管3之间的环状间隙径向厚度不超过3cm。

作为优选的实施方式，外套管2与辐射加热内管3之间套设成核套管4，成核套管4表面粗糙、具有多孔特征，可以是多孔介质制作成的套管，也可以是网状套筒。

上述管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，具体工作时，包括以下步骤：

(1)给辐射加热内管的加热丝/加热片通电，并向辐射加热内管和外套管之间的环形间隙通道内通水流。

(2)环形间隙通道内的水流吸收辐射加热内管的辐射能，并在成核套管上成核形成蒸汽泡。

(3)分别调节辐射加热管的通电功率和环形间隙通道内的水流流量，使得环形间隙通道出口处的蒸汽流量、蒸汽干度和蒸汽温度达到既定要求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，包括外套管(2)、对红外线高透的辐射加热内管(3)、通电后能发出红外辐射的辐射元件(1)，

所述辐射加热内管(3)设于所述外套管(2)内，所述辐射元件(1)设于所述辐射加热内管(3)内，所述外套管(2)与辐射加热内管(3)之间的环状间隙形成水蒸气生成腔，通过所述水蒸气生成腔的液态水能够被迅速加热形成高温水蒸气。

2.根据权利要求1所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述的外套管(2)为在高温下不变形的中空圆管。

3.根据权利要求1所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述辐射加热内管(3)是由对红外线高透的材料制成的中空圆管，同轴安装在所述外套管(2)的中心。

4.根据权利要求3所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述对红外线高透的材料选自氟化钙、氟化钡、氟化镁、硅、锗、硒化锌。

5.根据权利要求1所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述辐射元件(1)为加热丝或加热片，沿所述辐射加热内管(3)的长度方向布置在其内腔。

6.根据权利要求5所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述加热丝或加热片的材质采用钨、镍铬丝。

7.根据权利要求1所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述外套管(2)与辐射加热内管(3)之间的环状间隙径向厚度不超过3cm。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述外套管(2)与辐射加热内管(3)之间套设成核套管(4)。

9.根据权利要求8所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述成核套管(4)表面粗糙、具有多孔特征，可以是多孔介质制作成的套管，也可以是网状套筒。

10.根据权利要求1所述的一种管内流动式辐射加热蒸汽发生装置，其特征在于，所述装置的一端设有进水口(5)，另一端设有蒸汽出口(6)，液态水由所述进水口(5)通入所述水蒸气生成腔，生成的蒸汽从所述蒸汽出口(6)排出。