自加热式过热蒸汽加热装置及方法与流程

本发明涉及自加热装置领域，特别是涉及一种自加热式过热蒸汽加热装置及方法。

背景技术：

过热蒸汽加工是将饱和蒸汽在常压下进一步加热，使蒸汽温度更高，形成过热蒸汽，可以快速实现对物料进行加热处理。过热蒸汽与物料表面接触形成极薄的边界换热层，换热系数比常规热处理高出数倍，使物料在短时间内迅速换热。

市面上的过热蒸汽装置是蒸汽发生器提供的蒸汽通过再热器组件进行再加热，再热器内部安装有若干组空气加热管，当饱和蒸汽进入再热器，会被加热管加热至更高温度。现有的设备高能耗、体积大、使用不方便，在户外等无电力、无燃料环境无法使用。

在日常的食品加热过程中，很多时候不便直接使用明火，尤其是在野外环境中，既不安全，也不方便环保，出现食物加热难的问题。

自热食品解决食品加热的问题，自热食品是以无火焰自加热器对食品加热，复热至可食用状态，在军事、应急救援、户外运动等领域受到广泛关注。然而，现有无火焰自加热的自热食品只适合常温软包装罐头食品的复热，无法实现户外烤肉、炖煮等温度要求高的加热处理要求，不能满足人们的需求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一：现有的自热式加热过程达到的温度低、不能满足温度高的加热处理要求；现有的自热食品的加热装置多为一次性使用产品，不能重复使用。

本发明的目的是：提供一种通过过热蒸汽进行加热、使用寿命长、方便拆装、便携的自加热式过热蒸汽加热装置及方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自加热式过热蒸汽加热装置，包括壳体，所述壳体内设有相互连通的第一加热层、第二加热层和蓄热层，所述第一加热层内充填水流体并设有第一自发热包，所述第一加热层内的水流体吸热形成热蒸汽并向第二加热层方向流动，所述第二加热层内设有第二自发热包，热蒸汽进入所述第二加热层且所述第二自发热包吸收热蒸汽中的水分后对热蒸汽进行二次加热形成过热蒸汽，过热蒸汽进入蓄热层后加热物料。

优选的是，所述第一加热层与所述第二加热层之间设有缓冲过渡层，所述缓冲过渡层填充不吸水多孔材料。

在上述任意方案中优选的是，所述壳体内可拆卸连接有第一隔网、第二隔网和第三隔网，所述第一隔网分隔所述第一加热层与所述缓冲过渡层，所述第二隔网分隔所述缓冲过渡层与所述第二加热层，所述第三隔网分隔所述第二加热层与所述蓄热层。

在上述任意方案中优选的是，所述第一隔网、所述第二隔网、第三隔网旋转卡接在所述壳体内。

在上述任意方案中优选的是，所述壳体上可拆卸连接有能量板，所述能量板盖设在所述蓄热层上方，所述能量板上开设有通气孔。

在上述任意方案中优选的是，所述能量板设为波浪型板材，所述能量板上形成有波峰和波谷，所述通气孔开设在波峰上。

在上述任意方案中优选的是，所述壳体上设有注水口，所述注水口连通所述第一加热层与外界水流体，所述注水口开设在壳体的底面，所述注水口上连接有第四隔网，水流体通过所述注水口溢流到所述第一加热层内。

在上述任意方案中优选的是，所述壳体内设有保温隔热层，所述保温隔热层填充保温隔热棉。

在上述任意方案中优选的是，所述第一自发热包和所述第二自发热包均设为铝基发热包，所述第一自发热包的组分包括生石灰、碳酸钠、氯化镁、膨润土、二氧化锰、锡酸钠、硅酸钠和铝粉，所述铝粉的粒径为200-300μm；所述第二自发热包的组分包括生石灰、碳酸钠、沸石和铝粉，所述铝粉的粒径为300-600μm。

本发明还提供一种自加热式过热蒸汽加热方法，

第一加热层内填充水流体，水流体内按照质量分数添加氯化钠1％-15％、碳酸钠1％-5％；

第一加热层内置的第一自发热包接触水流体后迅速放热，水流体吸热后形成热蒸汽；

热蒸汽流动到缓冲过渡层，缓冲过渡层设有不吸水多孔材料，热蒸汽中的气泡在缓冲过渡层破裂；

热蒸汽穿过缓冲过渡层进入第二加热层，第二加热层内置的第二自发热包接触热蒸汽，第二自发热包吸收热蒸汽中的水分并发热，热蒸汽经过二次加热形成过热蒸汽；

过热蒸汽流入蓄热层，加热物料。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)利用在壳体内设有两个加热层的方式，在不利用火源和电源的情况下，将水加热形成过热蒸汽，对物料进行加热，可以用于食品复热、食品烹制等过程，还可以用于其他加热过程；

(2)在两个加热层之间加设缓冲过渡层，对一次加热后产生的气泡进行破碎，防止大量气泡干扰二次加热的效果；

(3)第一加热层独特的进水方式，使用户操作过程更加便捷，适用范围更广泛；

(4)在蓄热层上方盖设能量板，蓄热层的过热蒸汽能够通过能量板对其上的待加热物料进行加热，还能对其上的炒锅等烹饪器具加热进行食物烹煮，使用方式多样，适用于多种加热需求；

(5)能够重复使用，方便携带，尤其适用于军事、应急救援、户外运动等领域。

本发明提供的自加热式过热蒸汽加热装置及方法结合以下附图做进一步说明。

附图说明

图1为本发明自加热式过热蒸汽加热装置的剖视结构示意图；

图2为本发明自加热式过热蒸汽加热装置的俯视结构示意图；

图3为本发明自加热式过热蒸汽加热装置的第三隔网的结构示意图；

图中，1、水池；2、壳体；21、把手；22、支撑架；23、外壳；24、保温隔热层；25、注水口；26、第四隔网；27、卡接台；3、能量板；31、通气孔；4、第三隔网；5、第二隔网；6、第一隔网；7、第一加热层；8、缓冲过渡层；9、第二加热层；10、蓄热层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

现有燃料炉或电炉都需要能源输入，在野外环境中，电力很难获得，明火不安全、不方便环保，或在日常生活中，燃料炉或电炉使用受限的条件下，很难进行食物加工。因此，急需一种不需要电和火等能源输入的自加热装置，现有的自加热装置的加热温度仅适用于罐头类熟食或半熟产品，不能适用野外等对加热温度要求高的产品，并且现有的自加热装置多为一次性产品，不能重复使用，成本高、还会造成资源浪费。

结合图1-图3所示，本发明提供一种自加热式过热蒸汽加热装置的优选实施例，包括壳体2，壳体2内设有相互连通的第一加热层7、第二加热层9和蓄热层10，第一加热层7置于第二加热层9的下方，第二加热层9置于蓄热层10的下方，第一加热层7内充填水流体并设有第一自发热包，第一加热层7内的水流体吸热形成热蒸汽并向第二加热层9方向流动，第二加热层9内设有第二自发热包，热蒸汽进入第二加热层9且第二自发热包吸收热蒸汽中的水分后对热蒸汽进行二次加热形成过热蒸汽，过热蒸汽加热进入蓄热层10，以便进一步加热物料。

第一加热层7的第一自发热包的成分在水流体中发生放热反应，使水流体沸腾形成热蒸汽，水流体在第一加热层7加热成热蒸汽后，热蒸汽携带不饱和水上升到第二加热层9，第二加热层9的第二自发热包的成分吸收不饱和水并发生放热反应，使热蒸汽再次吸热形成过热蒸汽，过热蒸汽对蓄热层10内的物料进行加热。

通过双层自发热包进行两次加热的方式将液态水流体加热形成过热蒸汽，过热蒸汽的温度不低于200℃，过热蒸汽可以通过蓄热层10，对蓄热层10内或蓄热层10上方的物料进行高温加热，在无燃料炉或电炉等能量输入的情况下，实现高温加热物料的需求，尤其是适用于野外生存过程中的食物加热，可短时间复热食品，使用户在野外品尝到美味、多样的食物，提高野外生活的品质。

其中，第一加热层7放置一个或多个第一自发热包，第二加热层9也放置一个或多个第二自发热包。

通过在常压下产生过热蒸汽的方式，过热蒸汽的温度可达200℃以上，可短时间复热食品，实现普通燃料炉或电炉的功能。

同时，经过第一加热层7加热后会产生热蒸汽，还会产生氢气，氢气随热蒸汽一起上升到第二加热层9、蓄热层10并排出。

进一步的，第一加热层7与第二加热层9之间设有缓冲过渡层8，缓冲过渡层8填充不吸水多孔材料。水流体在加热产生热蒸汽的过程，水流体沸腾会产生气泡，气泡与热蒸汽一起上升，为了打破气泡设置缓冲过渡层8，气泡接触到缓冲过渡层8的不吸水多孔材料而破裂，防止气泡干扰热蒸汽在第二加热层9的吸热，保证热蒸汽的二次换热效率，保证第二加热层9产生的过热蒸汽能够达到200℃以上。

其中，缓冲过渡层8的材料选用具有多孔结构的泡沫塑料、具有多孔结构的石棉材料、具有一定厚度的交错金属网等，使缓冲过渡层8的材料能够破碎气泡且不吸水、耐高温，热蒸汽和氢气易于通过，保证热蒸汽中的不饱和水随热蒸汽上升到第二加热层9，保证第二加热层9能够发生放热反应。同时，缓冲过渡层8设置在第一加热层7与第二加热层9之间，还能起到有效分割两个加热层的作用，防止第一加热层7的水泡满溢到第二加热层9而干扰热蒸汽的二次加热，保证二次加热后产生的过热蒸汽的温度。

具体的，壳体2内可拆卸连接有第一隔网6、第二隔网5和第三隔网4，第一隔网6分隔第一加热层7与缓冲过渡层8，第二隔网5分隔缓冲过渡层8与第二加热层9，第三隔网4分隔第二加热层9与蓄热层10。第一隔网6、第二隔网5和第三隔网4将壳体2内的空间分隔形成三个连通的空间，第一隔网6、第二隔网5和第三隔网4由下向上依次连接在壳体2内的不同高度位置且均可拆卸连接，以便对壳体2内的第一自发热包、第二自发热包进行更换。第一自发热包置于壳体2底部，第一隔网6上放置缓冲过渡层8，第二隔网5上放置第二自发热包，第三隔网4上放置待加热物料。

第一隔网6、第二隔网5和第三隔网4的结构相同，优选为如图3所示的结构。第一隔网6、第二隔网5和第三隔网4的材料可以选用金属材料交叉编织形成的圆盘形网格结构，金属材料的导热效果好，网格结构的流通性能好。

壳体2的内部空间可以设为正方体、长方体、棱柱体等多种空间形状，第一隔网6、第二隔网5和第三隔网4卡接在壳体2内部，方便装卸。

优选的，壳体2的内部空间设为圆柱形空间，第一隔网6、第二隔网5、第三隔网4旋转卡接在壳体2内，方便拆卸和安装，壳体2内的不同高度位置设有若干个卡接台27，卡接台27在同一高度的周向均匀分布有若干个，保证各个隔网的固定稳定性。第一隔网6、第二隔网5、第三隔网4的周向均匀分布有若干个连接槽，连接槽的数量与同一高度的卡接台27数量相适配，以便隔网快速准确安装。

第一隔网6、第二隔网5、第三隔网4的旋转卡接过程，以第一隔网6为例，第一隔网6的周向设置4个连接槽，连接槽用来通过其安装位置上方的卡接台27，在第一隔网6到达其需要安装的位置时，旋转第一隔网6，使第一隔网6上的连接槽与卡接台27错位，即可进行支撑定位。

并且，壳体2内还可以只设置一个第一隔网6，在壳体2底部放置第一自发热包，待加热物料放置在第一隔网6上，通过单层加热直接对待加热物料进行加热，适用于要求较低的物料。

更进一步，壳体2上可拆卸连接有能量板3，能量板3盖设在蓄热层10上方，能量板3上开设有通气孔31。能量板3盖设在壳体2的顶部，蓄热层10起到积蓄过热蒸汽能量的作用，并且通过能量板3上的通气孔31使壳体2内部空间与外界环境连通，进一步加热能量板3上的各类容器，实现烹饪、烤制、食品复热等。

优选的，能量板3设为波浪型板材，能量板3上形成有波峰和波谷，通气孔31开设在波峰，利于过热蒸热和氢气散逸。相对于设置在波谷的通气孔，设置在波峰的通气孔31保证壳体2内的过热蒸汽充分集聚在波峰的通气孔31，利于加热。

能量板3可拆卸连接在壳体2内，能量板3的连接方式也可以设为旋转卡接的方式，壳体2内设有适于能量板3卡接的卡接台，操作方便、加工简便。

能量板3上可以直接放置待加热物料，能量板3上还可以放置盛放待加热物料的容器。

优选的，壳体2的顶部还连接有支撑架22，支撑架22用来支撑炒锅或平底锅，通过能量板3加热放在支撑架22上的炒锅或平底锅，来达到加热食品的功能。

能量板3的形状与壳体2的形状相适配，优选为壳体2内部为柱形、能量板3为圆盘型，能量板3的波峰、波谷呈环形设置，通气孔31形成圆环形，以便对能量板3上的物料进行均匀加热。

更进一步的，壳体2上设有注水口25，注水口25连通第一加热层7与外界水流体，通过注水口25向第一加热层7注入水流体，并且注水口25仅向第一加热层7注入水流体，保证水流体不会进入缓冲过渡层、第二加热层9。

其中，注水口25可以设为在壳体2内由壳体2顶部向第一加热层7贯通的管路，便于从壳体2上方直接向第一加热层7注入水流体。

优选的，注水口25开设在壳体2的底面，注水口25上连接有第四隔网26，水流体通过注水口25溢流到第一加热层7内。在壳体2的底面设置注水口25，将壳体2置于水环境中，水流体从注水口25溢流到第一加热层7内，使水流体从壳体2底部注入到第一加热层7，仅需具有水环境，就可以向第一加热层7注入水流体。还可以将壳体2置于水盆、水池1等容器中，容器中的水流体通过注水口25溢流到第一加热层7。并且，注水口25上连接第四隔网26，第一自发热包可以放置在第四隔网26上，以保证水流体流入第一加热层7即快速接触第一自发热包，使第一自发热包快速发生放热反应，缩短整体加热时间。

加入到第一加热层7的水流体，可以选用自然界水沟中的液态水、自己携带的液态水、雨水等多种来源的液态水；在低温环境(水温低于10℃)中，按质量百分数，水中加入氯化钠1％-15％，碳酸钠1％-5％，以利于第一自发热包快速激活，与水发生化学反应。

壳体2内设有保温隔热层24，保温隔热层24填充保温隔热棉，保温隔热层24外部围覆外壳23，外壳23对保温隔热层24起到保护的作用，也起到加强壳体2结构、便于携带、保证使用寿命的作用。

壳体2的外壳23上设有把手21，把手21对称设置在壳体2的两侧，方便抓取。

更进一步的，第一自发热包和第二自发热包均设为铝基发热包，第一自发热包的组分包括生石灰、碳酸钠、氯化镁、膨润土、二氧化锰、锡酸钠、硅酸钠和铝粉，铝粉的粒径为200-300μm；遇水之后，快速反应产生大量水蒸气。第二自发热包的组分包括生石灰、碳酸钠、沸石和铝粉，铝粉的粒径为300-600μm。水蒸气遇到第二自发热包，快速产热，第二自发热包的中心温度可达300℃以上，第二自发热包的厚度小于1cm，利于热量快速释放，100℃的水蒸气经过二次加热，形成温度可达200℃以上的过热蒸汽。

根据两次加热的需求不同，第一自发热包和第二自发热包选用不同组分的铝基发热包，满足两次加热的需求。

本实施例的自加热式过热蒸汽加热装置，通过在壳体2内设置四层空间的方式，利用第一加热层7将水流体加热形成热蒸汽，沸腾的热蒸汽产生过程中，会产生大量气泡，在缓冲过渡层8将气泡破碎，并且热蒸汽穿过缓冲过渡层8而进入第二加热层9，第二加热层9吸收热蒸汽中的不饱和水而放热，将热蒸汽加热形成过热蒸汽，过热蒸汽对蓄热层10内或其上层的待加热物料进行加热，使待加热物料在高温过热蒸汽中加热，适用于火源、电源受限的环境，尤其是野外生存环境，适用于军事、应急救援、户外运动等领域。

结合图1-图3所示，本发明提供一种自加热式过热蒸汽加热方法的优选实施例，包括第一加热层7、缓冲过渡层8、第二加热层9和蓄热层10，

第一加热层7内填充水流体，水流体内按照质量分数添加氯化钠1％-15％、碳酸钠1％-5％；

第一加热层7内置的第一自发热包接触水流体后迅速放热，水流体吸热后形成热蒸汽；

热蒸汽流动到缓冲过渡层8，缓冲过渡层8设有不吸水多孔材料，热蒸汽中的气泡在缓冲过渡层8破裂；

热蒸汽穿过缓冲过渡层8进入第二加热层9，第二加热层9内置的第二自发热包接触热蒸汽，第二自发热包吸收热蒸汽中的水分并发热，热蒸汽经过二次加热形成过热蒸汽；

过热蒸汽流入蓄热层10，加热蓄热层10上的物料。

本实施设计了一种不用火源和电源的炉子，采用四层设计，每层为不同的功能分区，最下层为第一加热层7，利用第一自发热包层的放热反应产生热量，向上为缓冲过渡层8，再上层为第二加热层9，利用第二自发热包产生过热蒸汽，最上层为蓄热层10，过热蒸汽为蓄热层10内或其上层的待加热物料加热。

其中，最下层的第一自发热包可放置铝粉自加热包，产生高温水蒸气；缓冲过渡层8是有一定疏水性、不吸水、耐高温的耐火材料，水蒸气和氢气等气体可以自由通过；再上层的第二自发热包，可以放置铝粉或镁铁自加热包，将高温水蒸气进一步加热，形成过热水蒸气，上下两层的自加热包具有不同的材料特征，利于过热蒸汽产生，同时减少安全风险，可以产生200℃以上的高温过热蒸汽，可用于野外等无火源、电源的环境加热食品，实现普通燃料炉或电炉的功能。

本实施例的自加热式过热蒸汽加热方法，可以利用上述自加热式过热蒸汽加热装置的实施例实施。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。