一种以压缩空气为能量来源的热水器或蒸汽发生器

1.本发明属于能源技术领域，涉及涡流管制热领域，特别涉及一种以压缩空气为能量来源的热水器或蒸汽发生器。


背景技术：

2.压缩空气储能技术是一种新型大规模储能技术，具有环境友好、灵活性强等特点。然而，当前对于压缩空气的利用形式较为单一，压缩空气储能系统的释能过程，大都仍然以补燃后推动汽轮机发电的形式。随着压缩空气储能的日益普及，压缩空气作为一种新的能量载体，探索其多样化利用方式，能够拓展压缩空气的使用范围，为压缩空气能量利用提供新的途径。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以压缩空气为能量来源的热水器或蒸汽发生器，通过合理的设备选取和连接，实现以压缩空气为能量来源产生热水/蒸汽的功能，产生的热水和蒸汽，一方面可以返回工业流程，降低成本；另外一方面可以用于区域供热。与推动汽轮机做功的形式相比，降低了投资成本，拓宽了适用范围。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种以压缩空气为能量来源的热水器或蒸汽发生器，包括带有压缩空气入口的涡流管，涡流管热端出口输出的热气流分为两路，一路通过气体分布器连接主水箱，将热气流以气泡形式送入主水箱，与水充分接触换热产生高温气水混合物，主水箱上部开有高温气水混合物出口，所述高温气水混合物出口接气液分离器，所述气液分离器的出水口接换热器的冷介质入口，换热器的热介质入口接涡流管的热端出口另一路，在换热器的冷介质出口处得到热水或者蒸汽，由此形成热水器或蒸汽发生器。
6.进一步地，所述涡流管的热端出口设置有调压阀，通过调节热端出口输出的热气流压力来调节其流速及温度。
7.进一步地，所述气体分布器设置于主水箱的底部，形成的气泡自下向上运动。
8.进一步地，所述气体分布器有多个，并联设置。
9.进一步地，所述高温气水混合物出口通过泵接气液分离器。
10.进一步地，所述气液分离器的出气口和换热器的热介质出口接位于预热水箱中的盘管，预热水箱的出水口接主水箱为其补水。所述盘管由金属制成，并通过翅片或波纹增大表面积。
11.进一步地，所述换热器为填充了蓄热材料的蓄热式换热器，所述气体分布器为多孔挡板或多孔介质。
12.本发明还提供了基于所述以压缩空气为能量来源的热水器或蒸汽发生器的热水或蒸汽制备方法，将压缩空气送入涡流管制备热气流，将所述热气流的一部分利用气体分布器以气泡形式送入主水箱，与水充分接触换热产生高温气水混合物，将所述高温气水混
合物利用气液分离器进行气液分离，得到的水经换热器以所述热气流的另一部分加热得到热水或者蒸汽。
13.进一步地，所述气液分离得到的气体和换热器加热后的气体均送至预热水箱对水预热，预热的水作为主水箱的补水。
14.进一步地，所述涡流管的压缩空气入口压力大于0.7mpa，通过调压阀调节所述热气流的温度至100℃以上，通过调整所述热气流的流量和主水箱的水量，使所述高温气水混合物的温度范围为60℃～100℃，气液分离得到的水的温度小于100℃，通过调节进入换热器的热气流温度、流量及通入换热器的水流量来调节得到热水或者蒸汽。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.1、本发明提供的系统形式简单，可操作性较强，有利于实现工业化应用，具有较高的经济效益。
17.2、本发明产生热蒸汽的整个流程中，压宿空气是主要的能量来源，无需消耗化石能源，不产生温室气体，有利于环境保护和可持续发展。
18.总之，在压缩空气储能日益普及的现阶段，本发明为压缩空气储的多元化利用提供参考；设备简单，成本低廉，有利于规模化生产及应用，具有较高的经济效益和和环境效益。
附图说明
19.图1是本发明结构示意图。
20.其中1为涡流管，2冷端出口，3为压缩空气入口，4为调压阀，5为气体分布器，6为主水箱，7为预热水箱，8为气体出口，9为盘管，10为补水口，11为泵，12为气液分离器，13为换热器，14为热水或蒸汽，15为补水管。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
22.如图1所示，本发明为一种以压缩空气为能量来源的热水器或蒸汽发生器，包括涡流管1，涡流管1有三个口，分别为冷端出口2、压缩空气入口3和热端出口，其中压缩空气入口3用于输入压缩空气，压缩空气在涡流管1中被分为热气流流和冷气流，冷气流从冷端出口2排出，热端出口则排出热气流。
23.涡流管1热端出口输出的热气流分为两路，一路通过气体分布器5连接主水箱6，气体分布器5将热气流分散为气泡，送入主水箱6，与水充分接触换热产生高温气水混合物。采用接触式换热方式的原因是高温气流的流速较快，温度通常在100
‑
150℃之间，接触式换热能够使热量的利用更为充分，克服通常采用的间壁式换热的不足。
24.另一路连接换热器13的热介质入口，也即高温气体入口。其中体分布器5可为多孔挡板或多孔介质，换热器13可为填充了蓄热材料的蓄热式换热器，以延长换热时间、提高温度均匀性，避免高温气体流速过快而导致的换热不充分。
25.主水箱6的上部开有高温气水混合物出口，并与气液分离器12的入口连接，在气液分离器12中进行气液分离，气液分离器12的出水口接换热器13的冷介质入口，也即水入口，由此即利用了另一路的热气流在换热器13中进一步对水加热得到热水或者蒸汽14，也就构
成了本发明所述的热水器或蒸汽发生器。
26.进一步地，为便于控制，本发明在涡流管1的热端出口设置调压阀4，通过调节热端出口输出的热气流压力来调节其流速及温度。
27.进一步地，本发明的气体分布器5有多个，并联设置于主水箱6的底部，使形成的气泡自下向上运动，更均匀地与水充分接触换热。
28.进一步地，为了更好地输出高温气水混合物，本发明的高温气水混合物出口通过泵11接气液分离器12。
29.进一步地，为充分利用热能，本发明气液分离器12分离的气体和换热器13排出的乏气均可用于水的预热，具体地，将气液分离器12的出气口和换热器13的热介质出口连接至接位于预热水箱7中的盘管9，预热水箱7的出水口通过补水管15接主水箱6为其补水。其中盘管9可由导热性能良好的金属等材料制成，并通过翅片或波纹增大表面积，较长的盘管9同时能够延长换热时间，一定程度上克服气体流速过快而导致的换热不充分。
30.本发明热水或蒸汽制备方法包括：
31.将压缩空气由压缩空气入口3送入涡流管1制备热气流，入口压力一般应大于0.7mpa；
32.将热气流的一部分利用气体分布器5以气泡形式送入主水箱6，与水充分接触换热产生高温气水混合物；
33.将热气流的一部分送至换热器13作为热介质；
34.将所得高温气水混合物利用气液分离器12进行气液分离，得到的水经换热器13以所述热气流的另一部分加热得到热水或者蒸汽14。
35.进一步地，可利用调压阀4调节所述热气流的压力，进而条件其温度和流量，入口的压缩空气为常温时，通过调压阀4的调节，热端出口热气流的温度可达100℃以上；压缩空气入口温度、压力进一步提升时，热端气流出口温度可以更高。
36.进一步地，可通过调整所述热气流的流量和主水箱6的水量，使所述高温气水混合物的温度范围为60℃～100℃，分离得到的水在换热器13中进行进一步加热。可通调节进入换热器13的热气流流温度、流量及通入换热器13的热水流率来调节产物状态；例如，如需要产出热水，则可通过降低热气流流温度、流量，增大换热器13的热水流率等措施实现；如需产出蒸汽，则可通过提升热气流流温度、流量，降低换热器13的热水流率等措施实现。
37.进一步地，可将气液分离得到的气体和换热器13加热后的气体均送至预热水箱7对水预热，预热的水作为主水箱6的补水。
38.由此可见，本发明实现仅依靠压缩空气就可获得热水或者蒸汽，能够拓展压缩空气的使用范围，为压缩空气能量利用提供新的途径。