包括丝网加热元件的蒸汽发生器的制造方法
【专利说明】包括丝网加热元件的蒸汽发生器
[0001 ] 2008年12月30日提交的名称为"丝网热辐射元件和在辐射炉中的使用"的美国专 利申请No. 12/345，939的公开内容为所有目的通过引用在此全部并入。 【背景技术】 技术领域
[0002] 本发明的示例性实施例涉及一种包括丝网加热元件的蒸汽发生器。
【发明内容】
[0003] 根据各个实施例，提供了一种蒸汽发生器，包括：电路，用于输送来自能量设备的 DC电流;丝网加热元件，接收该DC电流；以及喷洒器，用于引导液体的细小喷液在丝网加热 元件处，以蒸发该液体，其中丝网加热元件的电阻对丝网加热元件的黑体辐射面积的比小 于2欧姆/m 2。
[0004] 根据各种实施例，提供了一种蒸汽发生器，包括：电路，配置为输送DC电流;丝网加 热元件，配置为接收该DC电流;喷洒器，配置为引导液体的细小喷液在丝网加热元件处，以 蒸发该液体，其中当丝网加热元件不与液体或其他加热负载接触时，丝网加热元件能够在 小于10.3秒内从室温达到约1400K。根据各个实施例，提供了一种蒸汽发生器，包括：电路， 输送DC电流;丝网加热元件，接收该DC电流;喷洒器，用于引导液体的细小喷液在丝网加热 元件处，以蒸发该液体;以及喷液接收表面布置为与丝网加热元件相邻，其中丝网加热元件 布置在喷洒器和喷液接收表面之间。
[0005] 在示例性实施例中，蒸发器可以在不使用喷洒器的情况下产生蒸汽，例如通过沿 通道引导水到丝网加热元件上或附近。在示例性实施例中，水可以被栗浦到玻璃纤维网中。
[0006] 根据各个实施例，提供了一种蒸汽发生器套装，包括:DC电源;丝网加热元件，从DC 电源接收DC电流;喷洒器，配置为引导液体的细小喷液在丝网加热元件处，以蒸发该液体； 以及喷液接收表面，布置为与丝网加热元件相邻，其中丝网加热元件布置在喷洒器和喷液 接收表面之间。
[0007] 在示例性实施例中，喷液接收表面包括玻璃纤维。在示例性实施例中，喷液接收表 面为亲水性的。在示例性实施例中，喷液接收表面包括电绝缘部。在示例性实施例中，在丝 网加热元件和喷液接收表面之间平均距离为l〇mm或更小，5mm或更小，3mm或更小，2mm或更 小，1mm或更小等。在示例性实施例中，一个或多个丝网加热元件或喷液接收表面可相对于 彼此运动。
[0008] 应该理解前述综述和下面的详细描述都是示意性和说明性的，且意图提供对所要 求的发明的进一步说明。其他特征和方面将从下列详细描述、附图和权利要求而变得明显。 【附图说明】
[0009] 被包括在本文中用于提供对本发明的进一步理解和结合并构成本说明书中的一 部分的附图示出了本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0010] 相同的参考标号在所有附图上表示相同的元件。应该注意到附图并不必须是按比 例的。前述和其它目的、方面和益处根据参考附图对实施例的下列详细描述会被更好地理 解，在附图中：
[0011] 图1示出了根据示例性实施例的包括丝网加热元件的蒸汽发生器的透视图；
[0012] 图2示出了根据示例性实施例的包括丝网加热元件的蒸汽发生器的侧视图；
[0013]图3示出了根据示例性实施例的蒸汽发生器的系统视图；
[0014] 图4示出了根据示例性实施例的包括丝网加热元件的汽流发生器的侧视图；
[0015] 图5示出了根据示例性实施例的包括丝网加热元件的汽流地面清洗器的功能视 图。 【具体实施方式】
[0016] 本发明在后文中参考附图进行更全面的描述，其中附图中示出了本发明的实施 例。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，且应该不被解释为限制到本文所阐述的实施 例。相反，这些实施例被提供以使得本公开是全面的，且向本领域技术人员充分表达本发明 的范围。在附图中，为了清楚起见，层和区域的尺寸和相对尺寸被夸大。附图中相似的参考 标号指示相同的元件。
[0017] 应该理解，当一元件被提及为"连接到"另一元件，它可以被直接连接到该另一元 件，或中间元件可以存在。
[0018] 当考虑在炉中镍铬合金(Nichrome)的使用，重要的是不仅考虑电阻特性，而且还 考虑当加热时元件的黑体辐射。
[0019] 关于电阻元件的通用特性，电阻正比长度和电阻率，且反比于导体的面积。
[0020] r = l/A · P = L/A · P〇(a(T-TO)+l) EQ1 [0021 ] 其中P是电阻率：
[0022] ρ = 1/σ.,
[0023] L是导体的长度，Α是横截面面积，Τ是其温度，ΤΟ是参考温度(通常为室温），Ρ〇是在 Τ0处的电阻率，且a是每单位温度的电阻率改变(作为Ρ0的百分比）。在上述表达式中，假设L 和A在温度范围中保持不变。还注意到P0和a是常数，取决于被考虑的导体。对于镍铬合金，P 0是在20摄氏度下的电阻率，或1.10X 10-6且a = 0.0004。从上文可见，电阻元件的半径以因 数2增大将导致电阻以因数4减小，反之亦然。
[0024] 关于从电阻元件消耗的功率，I为电流且R为以欧姆为单位的电阻，v为跨元件的电 压，根据欧姆法则可知，由于v = iR，
[0025] P = i2R
[0026] 在元件具有恒定电压源（譬如蓄电池）的情况下，穿过元件的电流为其电阻的函 数。从上式置换R，并且使用欧姆法则，
[0027] P = v2/R=v2A/p〇L EQ2
[0028] 在诸如镍铬合金线的电阻元件的情况下，在元件中产生的热量作为辐射快速地消 散，冷却整个元件。
[0029] 现在，考虑元件的黑体特性:假设元件表现为黑体，斯蒂芬-玻尔兹曼方程描述了 作为辐射消散的功率：
[0030] ff=o * A · T4 EQ3
[0031 ]此外，福射强度最高的波长λ由维恩定律给出为：
[0032] Amax = b/T EQ4
[0033] 其中，
[0034] σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数5.670X10-8W · m-2 · K-4以及，
[0035] b为维恩位移常数，2.897 X 10-3m · K。
[0036] 在诸如烤炉的应用中，为了最大效率要求优选操作波长2微米(2 X 10E-6)，基于维 恩定律元件的温度应该接近1400K或1127摄氏度。根据斯蒂芬-玻尔兹曼方程，具有两个加 热侧的小炉将具有约4 X 0.25m X 0.25m或0.25m2的操作表面面积。由此，对于该炉，W将达到 20,000 瓦特。
[0037] 在构造安全大功率烤箱或烤炉的情况下，需要系统在不大于24伏的低电压之下操 作。由此，将EQ2用于20，000瓦特，如果在操作温度下100 %效率，则该元件将具有约0.041欧 姆的电阻。基于EQ1，操作温度到室温的降低(从1400到293k)表示元件的电阻率降低约1.44 倍，且由此需要在室温下电阻率为约0.0284欧姆的元件。
[0038] 现在，考虑元件的电阻和元件作为黑体的特性的关系：
[0039] 加热器的电阻对同一加热器的黑体辐射面积的比成为对于烤炉的关键设计约束； 此处称为德卢卡元件比。在0.25平方米面积下2微米波长下操作的用于食物的理想烤炉具 有0.1137欧姆/m2(0.0284欧姆/0.25m2)的德卢卡元件比（在室温下）。德卢卡元件比仅依赖 于材料的电阻和辐射表面面积，但是独立于系统操作电压。此外，对于线，线的长度将不会 改变该比。
[0040] 表1列出了几种常用镍铬合金线的每米的电阻以及对于这些元件的德卢卡元件 比。重要的是注意到所有这些线具有远大于操作在1400K，24V和在0.25m2上的烤炉所需的 0.1137的德卢卡元件比。显然，使用单根线利用从一端到另一端的电压以实现功率需求是 不可行的。
[0041 ] 相反，在120V和1500W下，500K下较小的0.338m2上操作的家用烤炉将需要35.5的 德卢卡元件比。由此，0.001m半径的1米镍铬合金线（具有跨过它的120V电压）将适当地工 作。
[0042]表 1
[0043]
[0044] 显然，较低的电阻或较高的表面面积被需要以实现接近0.1137的德卢卡元件比。
[0045] 实现0.1137的德卢卡元件比的一个方式是使用2cm半径的较大的元件。这样的问 题与元件的固有热容量相关。注意根据表1，从室温升高到1400K的温度将需要65.4秒，且由 此约0.36KWH的能量。
[0046] 该计算源自关于热能对比热容量的方程，其中根据质量的单位数量为：
[0047] AQ=mcAT
[0048] 其中AQ为输入到或从元件提取的热能(其中PX时间=AQ)，m为元件的质量，c为 比热容量，且Δ T为从最终温度减去初始温度的温差。
[0049] 由此，加热元件所需的时间将相当长且不能实现快速烹饪时间的目标。
[0050] 降低电阻的另一方式是设置平行的多个电阻器。Kirkoff定律预测并联设置的电 阻器的累积结果