一种用水流控制电流的电热转换系统的制作方法

本发明属于电加热设备领域，尤其是一种用水流控制电流的电热转换系统。

背景技术：

在没有管道或锅炉提供蒸汽的场合，往往采用电热蒸汽发生器提供蒸汽。现有电热蒸汽发生器一般采用电热管加热，电热管由管内的电阻丝通过电流发热，经绝缘材料和管壁将热能传递给水，使水变成蒸汽。

在采用电热管进行加热时，有以下不足之处：1）电热管的热传导需要时间，所以电热蒸汽发生器需要一定的预热时间，不能即开即用；2）电热管工作温度高，所以易损坏，而且电热管不能离开水，离开水则马上损坏；3）电热管电阻不可变，所以调功率必须用调压变压器或可控硅，使得成本增加；4）而且调压变压器不易实现自动控制，可控硅产生电磁干扰；5）电热管工作温度高，所以工作时易结垢和结糊。电热管蒸汽发生器具有体积大，热损失大，功率不易调，不易实现自控，压力波动大，预热时间长，不能即开即用等缺点。电热管蒸汽发生器一般作为一台独立设备为需要使用蒸汽的设备提供蒸汽。

目前的电热管蒸汽发生器及所有电加热系统普遍通过控制电压来控制功率，进而控制温度。采用电加热时，电功率与电压的平方成正比，与电阻成反比。即：W=V²／R 。控制电压的方法有一下几种：

1、开关控制：即高于温度上限时切断电源，低于温度下限时接通电源。该方式温度波动大，只能用于精度要求不高的场合；

2、脉宽控制：即通过控制电源的开关时间比来控制平均电压。该方法需要用大功率高速电子器件，不仅成本高，而且产生电磁干扰；

3、导通角控制：即通过控制可控硅的导通角来控制电压。该方式不仅产生电磁干扰，而且降低功率因数；

4、变压器控制：即通过变压器来改变加热电压，该方式不仅成本高，而且不易实现自动控制。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用水流控制电流的电热转换系统，利用水的流速来控制容器中的水位，用水位的变化来改变电阻值，从而实现对功率的控制，因此可以省掉调压设备，避免电磁干扰，还能实现连续调节，提高温度控制的精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用水流控制电流的电热转换系统，其特征在于：包括一个密封的容器，所述的容器的进口设于下部，其出口设于上部，在容器的顶部设有至少一根电极，电极穿入容器的内部，电极的接线端处于容器外部，并与交流电源连接，在电极和容器之间通过绝缘体密封固定，容器的进口与进水管连接，进水管上设有水泵，在水泵和容器进口之间设有单向阀，容器的出口与蒸汽输出管连接，在蒸汽输出管上设有调节阀，容器内的水平面不超过其出口。

对上述结构作进一步补充，还包括控制器，所述的控制器与设于容器出口处的热电阻连接，采集容器内蒸汽温度，控制器还与水泵连接，控制水泵的转速。

基于上述实施方案，所述的电极为一根时，其交流电源为单相交流电，其中电极接单相交流电的火线端，单相交流电的零线端与容器连接。

基于上述实施方案，所述的电极为两根时，其交流电源为单相交流电，其中两根电极分别接单相交流电的火线端和零线端。

基于上述实施方案，所述的电极为三根及以上时，其交流电源为三相交流电，其中三根电极分别接三相交流电的三个火线端。

对上述结构作进一步补充，所述的绝缘体为聚四氟垫，聚四氟垫由上下平垫组成，其中一个平垫带有电极套管，确保电极与容器的绝缘，聚四氟垫通过压紧螺栓与容器连接。

对上述结构作进一步补充，所述的容器为一段不锈钢管，不锈钢管两端封闭。

对上述结构作进一步补充，所述的电极与交流电源之间设有交流接触器，所述的交流接触器由继电器控制，其中继电器线圈电流小于人体安全电流，而且以接地线作为线圈电源的一端，形成供电模块。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明用于蒸汽发生器，利用封闭的容器内的电流进行加热，产生蒸汽，其控制原理是：通过检测温度与设定温度的比较，控制水泵的转速，用水泵转速控制控制水位，用水位控制电流，用电流控制功率，实现对电热蒸汽发生器温度或压力的控制，因此可以省掉调压设备，避免电磁干扰，还能实现连续调节，提高温度控制的精度；

（2）本发明采用控制器对蒸汽产生进行控制，功率随用汽量自动调节，不仅压力稳定，而且实现了蒸汽随用随产，不用不产，不需蒸汽包储存蒸汽；

（3）本发明通电即可直接加热，容积小，储水少，没有蒸汽包，因而预热时间相对于传统设备大幅度缩短，一般不超过5秒钟，基本可以实现即开即用；

（4）本发明与同功率的电热管的蒸汽发生器相比，其体积小，重量轻，可以作为一个部件安装在使用蒸汽的设备中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明电极连接交流电的结构框图；

图中：1、水泵，2、单向阀，3、容器，4、电极，5、绝缘体，6、调节阀，7、热电阻，8、控制器，9、进水管，10、蒸汽输出管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

根据附图1可知，本发明具体涉及一种用水流控制电流的电热转换系统，包括一个密封的容器3，容器3为一段不锈钢管。不锈钢管两端封闭，其中上端可拆卸以便电极安装，容器能承受所需蒸汽温度和压力。容器3设有进口和出口，其中进口设于容器3下部，其出口设于上部，进口用于为容器3供水，出口用于输出蒸汽。要求容器3内的水平面不超过其出口。

蒸汽产生是利用电加热，在容器3的顶部设有至少一根电极4，电极4穿入容器3的内部，电极4的接线端处于容器3外部，并与交流电源连接。在电极4和容器3之间通过绝缘体5密封固定，以保证容器3的绝缘和密封。绝缘体5为聚四氟垫，聚四氟垫由上下平垫组成，其中一个平垫带有电极套管，确保电极与容器的绝缘，通过压紧螺栓与容器3连接。

容器3的供水部分是，容器3的进口与进水管9连接，进水管9上设有水泵1，在水泵1和容器3进口之间设有单向阀2；容器3的蒸汽输出部分是，容器3的出口与蒸汽输出管10连接，在蒸汽输出管10上设有调节阀6。

在上述结构中，其具体是利用电极4连接交流电对容器3内的水进行加热，产生蒸汽，由蒸汽输出管10输出。本发明中的电阻与电极4插入水中的深度成反比，所以控制水位就是控制电阻。又因为电流=电压/电阻，所以控制电阻就是控制电流。而水位又是由注水流量控制的，所以实质上是用水流控制电流。当需要蒸汽量较大时，给水泵1加速，使容器3内的液面上升，提高水位，水与电极4接触面积增大，加热电流流过电极4和水。水位越高，电极和水的接触面积越大，加热电流越大，电汽转换功率越大。

另外，本发明包括控制器8，控制器8与设于容器3进口处的热电阻7连接，采集容器3内的蒸汽温度，可用温度换算压力，或直接测量压力。控制器8还与水泵1连接，控制水泵1的转速。

在具体实施过程中，自控系统根据温度控制注水泵的转速，并且可根据表1来换算压力。

表1 饱和蒸汽温度压力对照表

本自控系统的工作过程如下：

1）当设定温度提高时：自控系统使水泵加速，注水流量上升，水位上升，电流增加，功率增加，温度、压力上升；

2）当温度或压力达到设定值时，自控系统使水泵停止加速，水位停止上升，电流停止增加，温度、压力停止上升；

3） 当设定温度降低时：自控系统使水泵减速，注水流量下降，水位下降，电流增下降，功率下降，温度、压力下降；

4）当蒸汽输出增加或电压降低使温度下降时：自控系统使水泵加速，水位上升，电流增加，功率增加，温度、压力上升；

5）当蒸汽输出减少或电压升高使温度上升时：自控系统使水泵减速，水位下降，电流减小，温度、压力下降。

根据以上原理，自控系统不仅能使温度跟踪设定值，还能自动补偿蒸汽输出波动和电源电压波动引起的温度波动。

本发明中，电极4的个数根据需要设定，电极4为一根时，其交流电源为单相交流电，其中电极4接单相交流电的火线端，单相交流电的零线端与容器1连接。电极4为两根时，其交流电源为单相交流电，其中两根电极4分别接单相交流电的火线端和零线端。电极4为三根及以上时，其交流电源为三相交流电，其中三根电极4分别接三相交流电的三个火线端。

附图2为本发明的供电模块，其中在电极4与交流电源之间设有交流接触器，交流接触器由继电器控制，其中继电器线圈电流小于人体安全电流，而且以接地线作为线圈电源的一端，形成供电模块。当接地线断开时，电极4自动脱离电源，以确保安全。

上述的交流接触器利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。继电器是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”， 在本发明中起安全保护的作用，线圈电流小于人体安全电流即可。

本发明通过检测温度与设定温度的比较，控制水泵的转速，用水泵转速控制控制水位，用水位控制电流，用电流控制功率，进而控制温度或压力。由于蒸汽的输出决定水的消耗，水的消耗速度与水泵的转速保持平衡，并决定水位的高低，因此蒸汽输出越多，水位就越高，功率就越大，反之蒸汽输出越少，水位就越低，功率就越小。功率可随用汽量自动调整。通过水位调节功率，不仅安全可靠，还可以省掉可控硅，降低成本，不产生电磁干扰。

本发明在使用时也具有安全保证：1）把地线作为供电模块中继电器线圈电源的一极，无论何种原因导致接地不良都会自动断电。而且供电继电器线圈电流小于人体安全电流，以保证安全。2）把水作为加热电流的必经之路，无论何种原因导致缺水或断水，只会使电流减小或为零，不会发生干烧现象。

本发明与传统电热管蒸汽发生器相比，其具有以下优势：

1、体积小，重量轻，可以作为部件安装在使用蒸汽的设备中

以10千瓦的电热蒸汽发生器为例：使用电热管的蒸汽发生器：长约50厘米，宽约60厘米，高约120厘米，重约300公斤。本发明同样为10千瓦：直径不到10厘米，高不到30厘米，重不到2公斤。

2、即开即用，不需预热

使用电热管的蒸汽发生器需要预热两小时以上，才能达到使用的蒸汽压力。本发明预热时间不超过5秒钟，可以即开即用。

3、功率随用汽量自动调节，压力稳定

使用电热管的蒸汽发生器一般采用开关控制，压力大时停止加热，压力低时启动加热，压力波动大，需蒸汽包储存蒸汽。本发明的蒸汽随用随产，不用不产，功率自动调节，压力稳定，不需蒸汽包储存蒸汽。

4、不用可控硅，不用调压器，降低成本。