一种基于流速自主控制振动蒸汽发生器的制作方法

本发明涉及一种蒸汽发生设备，尤其涉及一种间歇式振动除垢的蒸汽发生器。

背景技术：

蒸汽发生器用于产生蒸汽，是是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为蒸汽的机械设备。蒸汽发生器应用领域广泛，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。在申请人在先的申请中，开发和研究了新式的盘管式的电加热盘管，例如cn106123306a，从而使得因为加热导致的其中流体的膨胀而导致的弹性管束振动，从而实现加热以及除垢效果。

但是在应用中发现，持续性的电加热器的加热会导致内部电加热装置的流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致盘管振动性能大大减弱，从而影响盘管的除垢以及加热的效率，对此，发明人进行研究，开发了一种新的能够产生周期性振动的蒸汽发生器，并且已经进行了专利申请，申请号是2019101874848，2019101875431，2019101866555，2019101914489。

但是，在实践中发现，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及加热效果。

本申请是和青岛科技大学合作尽心研发的项目，是在青岛科技大学上述研发的基础上进行的改进。

技术实现要素：

本发明针对在先研究的技术中的不足，提供一种新式的智能控制振动的电加热蒸汽发生器。该蒸汽发生器能够提高了加热效率，从而实现很好的除垢以及加热效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于流速自主控制振动蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括电加热装置、箱体，所述电加热装置设置在箱体中，所述箱体包括进水管和出水管，所述电加热装置包括第一管箱、第二管箱和盘管，盘管与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热器设置在第一管箱内；第一管箱内填充相变流体；盘管为一个或者多个，每个盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以第一管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；其特征在于，管束自由端内部设置速度感知元件，用于检测管束自由端内的流体的流速，所述速度感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的流体的速度来控制电加热器是否进行加热。

作为优选，两端的自由端都设置速度感知元件。

作为优选，如果速度感知元件检测的速度高于一定数值，控制器控制电加热器停止加热。速度感知元件检测的液位低于一定数值，则控制器控制电加热器进行加热。

本发明具有如下优点：

1、本发明电加热装置能够根据内部自由端的流速来判断是否达到稳定状态，然后根据内部流速大小智能控制电加热器的加热，从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及加热效果。

2、本发明设计了一种新式结构的电加热装置在箱体中的布局图，可以进一步提高加热效率。

3、本发明通过大量的实验和数值模拟，优化了盘管的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。

附图说明：

图1为本发明电加热装置的俯视图。

图2为电加热装置的主视图。

图3是圆形箱体中设置电加热装置的布局示意图。

图4是盘管结构示意图。

图5是箱体结构示意图。

图6是控制流程示意图。

图中：1、盘管，2、第一管箱，3、自由端，4、自由端，5、进水管，6、蒸汽出口，7、自由端，8、第二管箱，9、连接点，10、电加热装置，11、箱体，12管束，13电加热器

具体实施方式

一种蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括电加热装置10、箱体11，所述电加热装置10设置在箱体11中，所述箱体11包括进水管5和蒸汽出口6。蒸汽出口6设置在箱体上部。

作为优选，所述箱体是圆柱形结构。

图1展示了电加热装置10的俯视图，如图1所示，所述电加热装置10包括第一管箱2、第二管箱8和盘管1，盘管1与第一管箱2和第二管箱8相连通，流体在第一管箱2和第二管箱8以及盘管1内进行封闭循环，所述电加热装置10内设置电加热器13，所述电加热器13用于加热电加热装置10的内流体，然后通过加热的流体来加热箱体内的水。

如图1－2所示，电加热器13设置在第一管箱2内；第一管箱2内填充相变流体；盘管1为一个或者多个，每个盘管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为以第一管箱2为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，流体在第一管箱2和第二管箱8之间形成串联流动，从而使得管束的端部形成管束自由端3、4；所述流体是相变流体，汽液相变液体，所述电加热装置与控制器进行数据连接，所述控制器控制电加热装置的加热功率随着时间的变化而周期性发生变化。

作为优选，所述第一管箱2和第二管箱8沿着高度方向上设置。

研究以及实践中发现，持续性的功率稳定性的电加热器的加热会导致内部电加热装置的流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致盘管1振动性能大大减弱，从而影响盘管1的除垢以及加热的效率。因此需要对上述电加热盘管进行如下改进。

研究以及实践中发现，持续性的功率稳定性的电加热器的加热会导致内部电加热装置的流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致盘管1振动性能大大减弱，从而影响盘管1的除垢以及加热的效率。因此需要对上述电加热盘管进行如下改进。

在本申请人的在先申请中，提出了一种周期性的加热方式，通过周期性的加热方式来不断的促进盘管的振动，从而提高加热效率和除垢效果。但是，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及加热效果。

本发明针对在先研究的技术中的不足，提供一种新式的智能控制振动的电加热热水器。该热水器能够提高了加热效率，从而实现很好的除垢以及加热效果。

一、基于压力自主调节振动

作为优选，电加热装置内部设置压力感知元件，用于检测电加热装置内部的压力，所述压力感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的压力来控制电加热器是否进行加热。

作为优选，压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制电加热器停止加热，如果压力感知元件检测的压力低于一定数值，控制器控制电加热器进行加热。

通过压力感知元件检测的压力，能够在满足一定的压力情况下，内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止加热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要加热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动电加热器进行加热。

作为优选，压力感知元件设置在第一管箱2和/或者第二管箱8内。

作为优选，压力感知元件设置在第一管箱2和第二管箱8内。此时可以选择两个管箱的压力平均值作为调节数据。

作为优选，压力感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的压力变化，从而实现更好的控制和调节。

二、基于温度自主调节振动

作为优选，电加热装置内部设置温度感知元件，用于检测电加热装置内部的温度，所述温度感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的温度来控制电加热器是否进行加热。

作为优选，温度感知元件检测的温度高于一定数值，则控制器控制电加热器停止加热，如果温度感知元件检测的温度低于一定数值，控制器控制电加热器进行加热。

通过温度感知元件检测的压力，能够在满足一定的温度情况下，内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止加热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当温度降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要加热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动电加热器进行加热。

作为优选，温度感知元件设置在第一管箱和/或者第二管箱内的上端。

作为优选，温度感知元件设置在第一管箱和第二管箱内的上端。

作为优选，温度感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的温度变化，从而实现更好的控制和调节。

三、基于液位自主调节振动

作为优选，第一管箱内部设置液位感知元件，用于检测第一管箱内的流体的液位，所述液位感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的流体的液位来控制电加热器是否进行加热。

作为优选，如果液位感知元件检测的液位低于一定数值，控制器控制电加热器停止加热。液位感知元件检测的液位高于一定数值，则控制器控制电加热器进行加热。

通过液位感知元件检测的液位，能够在满足一定的液位(例如最低下限)情况下，内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止加热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当液位升高到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要加热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动电加热器进行加热。

四、基于速度自主调节振动

作为优选，管束自由端内部设置速度感知元件，用于检测管束自由端内的流体的流速，所述速度感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的流体的速度来控制电加热器是否进行加热。

作为优选，如果速度感知元件检测的速度高于一定数值，控制器控制电加热器停止加热。速度感知元件检测的液位低于一定数值，则控制器控制电加热器进行加热。

通过速度感知元件检测的速度，能够在满足一定的速度(例如最高上限)情况下，内部的流体的蒸发基本达到了饱和，形成了稳定流动，内部流体的速度也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止加热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当速度下降到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要加热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动电加热器进行加热。

作为一个选择，所述的所述箱体内设置药物，所述药物浸泡在水中，使用时，在箱体内通过热管加热水，通过水来加热药物，从而在箱体内产生药液。该蒸发器是药液熏洗蒸发器。

作为另一个选择，所述蒸汽发生器还包括药液蒸发箱，所述药液蒸发箱通过管路与箱体连通，所述药液蒸发箱内设置雾化器，所述蒸汽出口6设置在药液蒸发箱上部。

产生的药液通过管路进入药液蒸发箱内，并在药液蒸发箱内进行雾化，然后通过蒸汽出口排出。蒸汽出口可以直接对着患者的生病位置排放，用于治疗。

作为优选，所述第一管箱2的管径小于第二管箱8的管径，第一管箱2的管径是第二管箱8管径的0.5-0.8倍。通过第一管箱和第二管箱的管径变化，能够保证流体进行相变在第一箱体内时间短，快速进入盘管，充分进入第二箱体换热。

作为优选，盘管在第一管箱的连接位置9低于第二管箱与盘管的连接位置。这样保证蒸汽能够快速的向上进入第二管箱。

作为优选，第一管箱和第二管箱底部设置回流管，保证第二管箱内冷凝的流体能够进入第一管线。

作为优选，第一管箱和第二管箱沿着高度方向上设置，沿着第一管箱的高度方向，所述盘管设置为多个，从上向下方向，盘管的管径不断变小。

作为优选，沿着第一管箱的从上向下方向，盘管的管径不断变小的幅度不断的增加。

通过盘管的管径幅度增加，可以保证更多的蒸汽通过上部进入第二箱体，保证所有盘管内蒸汽的分配均匀，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，沿着第一管箱的高度方向，所述盘管设置为多个，从上向下方向，相邻盘管的间距不断变大。

作为优选，沿着第一管箱的高度方向，盘管之间的间距不断变大的幅度不断的增加。

通过盘管的间距幅度增加，可以保证更多的蒸汽通过上部进入第二箱体，保证所有盘管内蒸汽的分配均匀，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，如图3所示，所述箱体是横截面为圆形箱体，箱体中设置多个电加热装置。

作为优选，如图3所示，所述箱体内设置的多个电加热装置，其中一个设置在箱体的中心，成为中心电加热装置，其它的围绕箱体的中心分布，成为外围电加热装置。通过如此结构设计，可以使得箱体内流体充分达到振动目的，提高换热效果。

作为优选，单个外围电加热装置的加热功率小于中心电加热装置的加热功率。通过如此设计，使得中心达到更大的震动频率，形成中心振动源，从而影响四周，达到更好的强化传热和除垢效果。

作为优选，同一水平换热截面上，流体要达到均匀的振动，避免换热分布不均匀。因此需要通过合理分配不同的电加热装置中的加热功率的大小。通过实验发现，中心电加热装置与外围管束电加热装置的加热功率比例与两个关键因素相关，其中一个就是外围电加热装置与箱体中心之间的间距(即外围电加热装置的圆心与中心电加热装置的圆心的距离)以及箱体的直径相关。因此本发明根据大量数值模拟和实验，优化了最佳的脉动流量的比例分配。

作为优选，箱体内壁半径为b，所述中心电加热装置的圆心设置在箱体圆形截面圆心，外围电加热装置的圆心距离箱体圆形截面的圆心的距离为s，相邻外围电加热装置的圆心分别与圆形截面圆心进行连线，两根连线形成的夹角为a，外围电加热装置的加热功率为w2，单个中心电加热装置的加热功率为w1，则满足如下要求：

w1/w2＝a-b*ln(b/s)；ln是对数函数；

a,b是系数，其中1.9819<a<1.9823,0.5258<b<0.5264；

1.25<b/s<2.1；

1.6<w1/w2<1.9。

其中35°<a<80°。

作为优选，四周分布数量为4－5个。

作为优选，b为1600－2400毫米，优选是2000mm；s为1200－2000毫米，优选为1700mm；换热管的直径为12－20毫米，优选16mm；脉动盘管的最外侧直径为300－560毫米，优选400mm。立管的管径为100－116毫米，优选108毫米，第一集管、第二集管的高度为1.8-2.2米，优选为2米,相邻的脉冲管的间距是65－100mm。优选80毫米左右。

总加热功率优选为6000-14000w，进一步优选为7500w。

进一步优选，a＝1.9821,b＝0.5261。

所述蒸汽出口设置在箱体上壁的中间位置。

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。

盘管1为一组或者多组，每组盘管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，从而使得盘管1的端部形成管束自由端3、4，例如图2中的自由端3、4。

作为优选，所述的加热流体为汽液相变的流体。

作为以优选，所述第一管箱2、第二管箱8以及盘管1都是圆管结构。

作为优选，盘管1的管束是弹性管束。

通过将盘管1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。

作为优选，所述同心圆是以第一管箱2的中心为圆心的圆。即盘管1的管束12围绕着第一管箱2的中心线布置。

如图4所示，管束12不是一个完整的圆，而是留出一个口部，从而形成管束的自由端。所述口部的圆弧所在的角度为65－85度，即图4夹角b和c之和是65－85度。

作为优选，管束在同一侧的端部对齐，在同一个平面上，端部的延长线(或者端部所在的平面)经过第一管箱2的中线。

进一步优选，所述电加热器13是电加热棒。

作为优选，盘管1的内侧管束的第一端与第一管箱2连接，第二端与相邻的外侧管束一端连接，盘管1的最外侧管束的一端与第二管箱8连接，相邻的管束的端部连通，从而形成一个串联的结构。

第一端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角c为40－50度。

第二端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角b为25－35度。

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。

如图4所示，盘管1的管束为4个，管束a、b、c、d联通。当然，不局限于四个，可以根据需要设置多个，具体连接结构与图4相同。

所述盘管1为多个，多个盘管1分别独立连接第一管箱2和第二管箱8，即多个盘管1为并联结构。

作为优选，沿着高度方向电加热器设置为多段，每段独立控制，启动的时候，随着时间的变化，电加热器的沿着高度方向从下端开始依次启动，直到全部段都启动。

作为优选，每个段加热功率都相同。通过电加热器从下部向上逐渐启动，可以使得下部流体充分加热，形成一个很好的自然对流，进一步促进流体的流动，增加弹性振动效果。通过上述的时间变化性的加热功率的变化，可以使得流体在弹性管束内频繁的蒸发膨胀以及收缩，从而不断的带动弹性管束的振动，从而能够进一步实现加热效率以及除垢操作。

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。

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