一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置和使用方法

摘要

一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置和使用方法，包括蒸气生成器、和冷凝器，蒸气生成器的出口通过水蒸气输出管与第一调节阀连接，经过第一调节阀后的管路分成两个支路，即蒸气出口支路和蒸气回流支路；所述蒸气出口支路依次经过第二调节阀和压力表后，再经第五调节阀后输出蒸气；蒸气回流支路经过第三调节阀之后与储水箱连接。本发明实现了水蒸气发生装置输出蒸气量的定量控制，填补了传统的蒸气流量计、蒸气流量传感器或液体计量泵不适用场合的空白，并且工艺流程简单、安装方便，且水电箱体相互独立，安全可靠、保养维修方便。

说明书

技术领域

本发明属于小型水蒸气发生与调控的装置领域，具体涉及一种定量控制出口蒸气量的水 蒸气发生装置和使用方法。

背景技术

市场上的蒸气发生器通常是指利用燃料或其它能源的热能(如电能)把水加热成为蒸气 的机械设备，其容积较小，一般都小于30L。它们都不属于《特种设备安全监察条例》中锅 炉的范畴，所以不归技术监督部门监管，节省了安装、使用费用。目前，蒸气发生器已经广 泛应用于制衣厂、干洗店、饭店、食堂或餐厅、厂矿、豆制品厂、实验室、精细化学品研制 等场所。然而，这些容积较小的蒸气发生器出口蒸气量的准确调控成为一个难题。

传统的蒸气流量计或蒸气流量传感器通常适用于公称直径15mm以上、气体及蒸气压力 为1.6～5.0MPa的中高压蒸气管路，而不适用于小管径(公称直径<15mm)、低压的蒸气流量 调控。液体计量泵在一定程度上可满足液态水的计量与控制，从而达到控制产生蒸气量的目 的，然而这种方式也存在输出的蒸气呈现出脉冲式忽高忽低的输出状态，特别不适用于精度 要求较高的实验室或精细化学品研制等场所。

发明内容

本发明针对现有技术中小型水蒸气发生与调控的问题，目的在于提供一种定量控制出口 蒸气量的水蒸气发生装置和使用方法，通过稳定的蒸气生成源和蒸气输出管路来实现定量控 制出口蒸气量的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置，包括蒸气生成器、第一调节阀、第二调节 阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀、储水箱、压力表和冷凝器，蒸气生成器的蒸气 出口通过水蒸气输出管与第一调节阀连接，经过第一调节阀后的管路分成两个支路，即蒸气 出口支路和蒸气回流支路；所述蒸气出口支路依次经过第二调节阀和压力表后，再经第五调 节阀后输出蒸气；所述蒸气回流支路经过第三调节阀后与储水箱连接。

蒸气回流支路的管道伸入到储水箱中的水液面以下；经压力表后的管路还经第四调节阀 后连接有冷凝器。

伸入到储水箱中的水液面以下的管路呈螺旋状。

所述储水箱与蒸气生成器相连。

所述储水箱为立方体密闭空间，储水箱的顶部设置有漏斗型加水口。

所述储水箱的顶部设置有空气放空口。

所述储水箱的侧壁上设置有用于显示储水箱内部液位的液位计。

所述储水箱的侧壁底部设置有排水口。

所述储水箱的排水口上设置有用于调控储水箱内部水的排出速度或流量的控制阀。

一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置的使用方法，在启动蒸气生成器之前，先关 闭储水箱的排水口，向储水箱加满水，然后启动蒸气生成器，通过联合调控第一调节阀、第 二调节阀和第三调节阀的开度，调控蒸气出口量和蒸气回流量；其中，第一调节阀的开度小 于100％，用于确保蒸气生成器中始终有富余的饱和蒸气；当第一调节阀的开度维持一定值时， 以调节第三调节阀的开度为主，以调节第二调节阀的开度为辅来定量控制压力表显示的压力， 从而定量地控制蒸气的输出量。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明提供的技术方案采用蒸气生成器的蒸气出口通过水蒸气输出管与第一调节阀连 接，经过第一调节阀后的管路分成两个支路，即蒸气出口支路和蒸气回流支路；蒸气出口支 路依次经过第二调节阀和压力表后，再次分成两路，一路通过第五调节阀后输出蒸气，另一 路依次通过第四调节阀和冷凝器后输出0℃～100℃的液体水；所述蒸气回流支路经过第三调 节阀之后与储水箱连接；通过管路布局，实现了水蒸气发生装置输出蒸气量的定量控制，填 补了传统的蒸气流量计、蒸气流量传感器或液体计量泵不适用场合的空白。

2)本发明的工艺流程简单、安装方便，且水电箱体(即储水箱和电控的蒸气生成器)相 互独立，安全可靠、保养维修方便。

3)本发明所采用的蒸气生成器、冷凝器、压力表及各种阀门均可采用已市场化生产的传 统设备，其余辅助设备较少，且可自行搭建；此外，装置的操作简单、使用方便；因此，它 便于规模化生产或市场推广。

4)本发明中蒸气回流支路的设置主要有两个目的：一是为便于调节输出蒸气的压力，二 是以液体水的形式回收富余的蒸气。

进一步的，储水箱与蒸气生成器相连，可为蒸气生成器提供水源。

进一步的，伸入到储水箱中的水液面以下的管路呈螺旋状在于储水箱(5)底部，以便于 回流的蒸气被储水箱中的水冷却后再与储水箱中的水混合。

进一步的，设置空气放空口的目的在于向储水箱加水时平衡储水箱内外的气压。

在启动蒸气生成器之前，先关闭储水箱的排水口，向储水箱加满水，然后，启动蒸气生 成器，通过联合调控第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀的开度，调控蒸气出口量和蒸气 回流量；其中，第一调节阀的开度小于100％，用于确保蒸气生成器中始终有富余的饱和蒸气； 当第一调节阀的开度维持一定值时，以调节第三调节阀的开度为主，以调节第二调节阀的开 度为辅来定量控制压力表显示的压力，通过建立压力表显示的压力P与输出蒸气的质量流量 Q(或体积流量V)之间的P-Q(或P-V)方程关系，来确定压力表需要调控的压力P值，进 而定量地控制蒸气的输出量。本发明具有使用方法简便的优点。

附图说明

图1是本发明提供的定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置的示意图。

其中，1-蒸气生成器；2-第一调节阀；3-第二调节阀；4-第三调节阀；5-储水箱；6-排水 口；7-漏斗型加水口；8-空气放空口；9-液位计；10-压力表；11-第四调节阀；12-冷凝器；13- 第五调节阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明包括蒸气生成器1、第一调节阀2、第二调节阀3、第三调节阀4、第 四调节阀11、第五调节阀13、储水箱5、压力表10和冷凝器12，蒸气生成器1的出口通过 水蒸气输出管与第一调节阀2连接，经过第一调节阀2后的管路分成两个支路，即蒸气出口 支路和蒸气回流支路；所述蒸气出口支路依次经过第二调节阀3和压力表10后，再次分成两 路，一路通过第五调节阀13后输出蒸气，另一路依次通过第四调节阀11和冷凝器12后输出 0℃～100℃的液体水；所述蒸气回流支路经过第三调节阀4之后与储水箱5连接，并且蒸气回 流支路的管道伸入到储水箱5中的水液面以下，伸入到储水箱5中的水液面以下的管路呈螺 旋状在于储水箱5底部，以便于回流的蒸气被储水箱5中的水冷却后再与储水箱5中的水混 合。

所述储水箱5与蒸气生成器1相连，并为蒸气生成器1提供水源。

所述储水箱5为立方体密闭空间，储水箱5的顶部设置有漏斗型加水口7和空气放空口 8。

所述储水箱5的侧壁上设置有用于显示储水箱5内部液位的液位计9。

所述储水箱5的侧壁底部设置有排水口6。

所述储水箱5的排水口6上设置有控制阀，能够调控储水箱5内部水的排出速度或流量。

一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置的使用方法：在启动蒸气生成器1之前，先 关闭储水箱5的排水口6，通过漏斗型加水口7向储水箱5加水，根据液位计9的指示，向 储水箱5加满水。然后，启动蒸气生成器1，生成一定温度和压力下的蒸气(如179.916℃的 水蒸气饱和蒸气压为1.00MPa)。通过联合调控第一调节阀2、第二调节阀3和第三调节阀4 的开度，来调控蒸气出口量和蒸气回流量。其中，第一调节阀2的开度应小于100％，用于确 保蒸气生成器1中始终有富余的饱和蒸气。当第一调节阀2的开度维持一定值时，以调节第 三调节阀4的开度为主，以调节第二调节阀3的开度为辅来定量控制压力表10显示的压力(记 作P₁)，从而定量地控制蒸气的输出量。在此，蒸气回流支路的设置主要有两个目的：一是为 便于调节输出蒸气的压力，二是以液体水的形式回收富余的蒸气。在蒸气输出的管路上，通 常需要采取保温措施，用以减少蒸气的冷凝或降温。当需要计量蒸气量时，完成上述操作步 骤后，需要完全关闭第五调节阀13，同时完全打开第四调节阀11并启动冷凝器12，待系统 稳定后，定时(如间隔时间t)收集并称量冷凝器12出口的液体水量(记作质量m)。在此状 态下，完全关闭第四调节阀11和冷凝器12并同时完全打开第五调节阀13，进行蒸气输出。 那么，当系统稳定后，可准确地计算出单位时间内输出的蒸气量(质量流量为Q₁＝m/t，体积 流量V可根据气体的P-V-T状态方程求出)。需要说明的是，在此质量流量相对比较准确， 而体积流量根据选取的气体的P-V-T状态方程的精度不同而有所差异。如选用理想气体状态 方程PV＝nRT计算时，可得输出蒸气的体积流量为V₁＝nRT/P＝(m/t)RT/(M_水·P₁)。式中，R为 比例常数8.314J/(mol·K)，T为输出蒸气的温度(单位为K)，M_水为水的摩尔质量18g/mol。

本发明设置空气放空口8的目的在于向储水箱5加水时平衡储水箱5内外的气压。蒸气 回流支路在经过第三调节阀4之后，与储水箱5连接，并伸入到储水箱5中的水液面以下， 之后再以螺旋状置于储水箱5内侧的底部，以便于回流的蒸气被储水箱5中的水冷却后再与 储水箱5中的水混合。

同理，当控制压力表10显示的压力为P₂时，可得输出蒸气的质量流量为Q₂＝m/t、体积 流量为V₂；当控制压力表10显示的压力为P_n(n>2)时，可得输出蒸气的质量流量为Q_n＝m/t、 体积流量V_n。这样便可定量地揭示出压力表10显示的压力P与输出蒸气的质量流量Q(或 体积流量V)之间的P-Q(或P-V)方程关系。反过来，当需要控制输出蒸气的质量流量Q (或体积流量V)时，便可根据揭示出的“压力表10显示的压力P与输出蒸气的质量流量Q (或体积流量V)之间的P-Q(或P-V)方程关系”，来确定压力表10需要调控的压力P值。 也就是说，本发明提供的技术方案首先解决了水蒸气发生装置输出蒸气量的定量手段，然后 利用这种定量手段实现了水蒸气发生装置输出蒸气量的定量控制。

本发明提供了一种定量控制出口蒸气量的水蒸气发生装置，主要包括蒸气生成器、五个 调节阀、储水箱、液位计、压力表和冷凝器构成的蒸气出口支路和蒸气回流支路。它通过简 单的管路布局与设计，实现了水蒸气发生装置输出蒸气量的定量控制，具有工艺流程简单、 安装方便、安全可靠、保养维修方便等特点，便于规模化生产或市场推广。