一种水汽发生控制方法和装置及高温炉系统

本发明涉及蒸汽发生和样品氧化测试，具体涉及一种水汽发生控制方法和装置及高温炉系统。

背景技术：

1、在材料的抗高温水蒸气氧化性能的科学试验中，通常需要高温炉用来容纳样品，而高温炉中需要通入高温水蒸气才能对样品进行测试。在该试验中，往往都是搭建简易的蒸汽发生装置，即将载气通入90℃至100℃的水中，产生鼓泡将水汽送进高温炉。然而这种水汽发生装置通常存在两种问题：首先，常压条件下，100℃的饱和水汽密度较低，通过管道输送至高温炉后，高温炉的水蒸气分压会大幅降低，达不到试验的环境需求；其次饱和的水汽会在管道通往高温炉的行程中凝结成液态水珠，沾附在炉管中导致炉管炸裂，严重影响使用安全。

2、现有技术中，如申请公布号为cn103335937a、申请公布日为2013年10月02日的中国发明专利申请公开了一种抗高温水蒸气氧化氧化性能模拟和加速测试装置，包括蒸汽产生机构和高温反应炉，蒸汽产生机构包括装有去离子水的蒸汽发生容器和用于蒸汽发生容器的加热装置，蒸汽发生容器设有进气口、出气口和进水口，进气口通过进气管接有氩气瓶且进气管伸至液面以下，进水口接有自动补水机构，出气口通过管道与高温反应炉的入口连接；并且蒸汽发生容器内还设置有超声波加湿装置。该设置使得蒸汽发生容器中的去离子水变成水蒸气后与经过去离子水脱氧的氩气混合并通入高温反应炉中形成实验氛围，金属试样在高温反应炉中加热至合适的温度并持续设定的时间后即能开展其氧化性能模拟和加速的测试。

3、该技术虽然能够利用超声波加湿装置和加热装置对水蒸气的湿度和温度提供保障，使得其能够满足实验所需的环境条件。其湿度计、流量计和温度计、减压阀和混合气体控制阀的设置能够反映其实验条件所需的指标，用以提高实验的准确性和可靠度。但是存在以下问题，满足以上的实验环境需要盯紧的指标过多，需要手动调节参数，带来操作繁琐的问题，特别是湿度和温度的调节，满足实验条件后保持开启，长时间的加热且雾化导致使用少、生产多，不仅带来载气的浪费增加了使用成本，水汽发生装置内部压力过大很容易带来安全隐患，而满足实验条件后关闭又会带了水蒸气的温度、饱和水汽的密度的下降，无法达到实验的环境条件，需要每时每刻调节蒸汽产生机构产生的水蒸气—氩气混合气体的湿度；并且除非保持蒸汽发生容器内部湿度恒定，否则依旧还是会产生饱和水汽在管道通往高温炉的行程中凝结成液态水珠粘附在炉管中导致炉管炸裂，带来安全隐患。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水汽发生控制方法，以解决现有技术中需要实时人工调节水汽发生容器内部的湿度以及解决饱和水汽在管道通往高温炉的行程中凝结成液态水珠粘附在炉管中导致炉管炸裂的技术问题。

2、同时，本发明的目的还在于提供一种水汽发生装置，以解决相同的技术问题。

3、同时，本发明的目的还在于提供使用了上述水汽发生装置的高温炉系统，以解决相同的技术问题。

4、为实现上述目的，本发明提供的水汽发生控制方法的技术方案是：

5、水汽发生控制方法：

6、1)将蒸汽发生容器内加入去离子水，并持续通入载气将蒸汽发生容器内的空气排出；

7、2)在控制器上设定湿度的预设区间，湿度传感器检测蒸汽发生容器内的湿度，并将湿度信号传输给控制器；

8、3)控制器自动控制加热器的开关和雾化器的开关或功率大小，使得蒸汽发生容器内的湿度保持在设定的区间内。

9、有益效果是：使得蒸汽发生容器的内腔湿度始终保持在设定的数值区间，用以满足实验所需的湿度环境条件。当蒸汽发生容器的内腔湿度小于设定值时，控制器自动启动加热器，控制器自动启动雾化器或调高雾化器的功率，直至蒸汽发生容器的内腔湿度达到设定数值区间，当蒸汽发生容器的内腔湿度处在设定的区间时，控制器控制加热器处于开启状态，控制器控制雾化器开关或功率大小，达到定频或变频的效果，使得蒸汽发生容器的内腔湿度始终保持在设定的区间。而蒸汽发生容器的内腔湿度大于设定值时，控制器则自动调整雾化器的关闭或调低功率，直至满足蒸汽发生容器的内腔湿度达到设定的区间内。

10、为实现上述目的，本发明提供的水汽发生装置的技术方案是：

11、水汽发生装置，包括有蒸汽发生容器，蒸汽发生容器设置有加热器和雾化器，蒸汽发生容器内设置有用于检测蒸汽发生容器内部湿度的湿度传感器，所述湿度传感器电连接有控制器，所述控制器用于通过湿度传感器的信号自动控制加热器的开关和雾化器的开关或功率大小。

12、有益效果是：本发明通过改进现有技术，通过控制器与湿度传感器的湿度信号配合，自动调节蒸汽发生容器内水蒸气—载气混合气体的湿度，以满足实验所需的环境条件。使用时，将蒸汽发生容器充入所需的去离子水，再通过进气口将进气管道连接，进气管道端口插入液面以下，将载气充入水中，将载气脱氧并将蒸汽发生容器的内腔的空气从出气口中排出，直至载气充满整个蒸汽发生容器的内腔，此时，湿度传感器采集的数据反馈给控制器，蒸汽发生容器的腔内的湿度小于设定湿度时，控制器启动加热器运行，使其保持实验所需的温度，并调节雾化器的运行，此时蒸汽发生容器的腔内仅有水蒸气和载气的混合气体，达到设定湿度时，通过出气管道与出气口连接，出气管道的另一端与高温炉连接导通，即可开始实验。在实验过程中，湿度小于设定湿度时，湿度传感器将该数据反馈给控制器，控制器会自动开启加热器运行，并且控制器控制雾化器的开启或增加雾化器的输出功率；当湿度大于设定湿度时，湿度传感器将该数据反馈给控制器，控制器则自动减小雾化器的输出功率或自动关闭雾化器，并且在实验过程中，蒸汽发生容器的腔内的湿度保持在预设区间内时，控制器主动调节雾化器的输出功率或主动调节雾化器的开启与关闭，使得蒸汽发生容器的腔内的湿度时刻保持在设定区间内。该设置实现了蒸汽发生容器内水蒸气—载气混合气体的湿度自动调节，使得蒸汽发生容器的腔内的去离子水通过雾化器雾化加湿，达到实验环境所需要的水汽湿度条件，并且通过加热器使得水汽始终保持高温，简化了操作流程，精准的控制了蒸汽发生容器的内腔的湿度，避免了人工调节的误差，进而减少了载气的使用量，节省了使用成本；在设定的湿度条件下，水蒸气—载气混合气体通过出气口进入到出气管道中，在出气管路的管壁上产生的液态凝结水得以减少，进而减少了液态水输入进高温炉中导致炉管炸裂的可能，增强了安全性能。

13、作为进一步地改进，所述湿度传感器的检测点设置在蒸汽发生容器的出气口处。

14、有益效果是：在实验过程中，湿度受雾化器和加热器的位置影响，蒸汽发生容器的腔内各个位置的湿度会产生一定的偏差，湿度传感器的检测点放在出气口处，保证采集的水蒸气—载气混合气体的湿度数据足够精准。

15、作为进一步地改进，所述蒸汽发生容器还设置有密封盖，所述蒸汽发生容器的出气口、蒸汽发生容器的进气口和湿度传感器皆设置在密封盖上。

16、有益效果是：去离子水能够从密封端盖处装入蒸汽发生容器内，且将出气口、进气口和湿度传感器皆设置在密封端盖上，保证部件的可替换性，出气口、进气口和湿度传感器经过长时间的高温高压水蒸气-载气混合气体的氧化腐蚀导致的损坏，仅需更换密封端盖或者湿度传感器即可。

17、作为进一步地改进，所述雾化器设置在加热器的下方且在加热器垂直投影覆盖范围内；所述蒸汽发生容器的出气口设置在加热器的上方且在加热器的垂直投影覆盖范围内。

18、有益效果是：保持雾化器、加热器和出气口在一条垂直与水平面的垂线上，使得水蒸气—载气混合气体到达出气口的行程最短。在实验开始前，能够快速的形成预设的温度和湿度直接通往出气口，使得实验准备时间减少，节省了时间成本。在实验过程中，由于该设置的水蒸气—载气混合气体行程最短，可使得其保持设定的温度，避免水蒸气—载气混合气体在蒸汽发生容器的腔内中游走贴附到蒸汽发生容器的壁上带来的热度损失。

19、为实现上述目的，本发明提供的高温炉系统的技术方案是：

20、高温炉系统，包括有水汽发生装置、与水汽发生装置的进气口密封连接的进气管道和与水汽发生装置的出气口密封连接的出气管道，水汽发生装置包括有蒸汽发生容器，蒸汽发生容器设置有加热器和雾化器，蒸汽发生容器内设置有用于检测蒸汽发生容器内部湿度的湿度传感器，所述湿度传感器电连接有控制器，所述控制器用于通过湿度传感器的信号自动控制加热器的开关和雾化器的开关或功率大小。

21、有益效果是：本发明通过改进现有技术，通过控制器与湿度传感器的湿度信号配合，自动调节蒸汽发生容器内水蒸气—载气混合气体的湿度，以满足实验所需的环境条件。使用时，将蒸汽发生容器充入所需的去离子水，再通过进气口将进气管道连接，进气管道端口插入液面以下，将载气充入水中，将载气脱氧并将蒸汽发生容器的内腔的空气从出气口中排出，直至载气充满整个蒸汽发生容器的内腔，此时，湿度传感器采集的数据反馈给控制器，蒸汽发生容器的腔内的湿度小于设定湿度时，控制器启动加热器运行，使其保持实验所需的温度，并调节雾化器的运行，此时蒸汽发生容器的腔内仅有水蒸气和载气的混合气体，达到设定湿度时，通过出气管道与出气口连接，出气管道的另一端与高温炉连接导通，即可开始实验。在实验过程中，湿度小于设定湿度时，湿度传感器将该数据反馈给控制器，控制器会自动开启加热器运行，并且控制器控制雾化器的开启或增加雾化器的输出功率；当湿度大于设定湿度时，湿度传感器将该数据反馈给控制器，控制器则自动减小雾化器的输出功率或自动关闭雾化器，并且在实验过程中，蒸汽发生容器的腔内的湿度保持在预设区间内时，控制器主动调节雾化器的输出功率或主动调节雾化器的开启与关闭，使得蒸汽发生容器的腔内的湿度时刻保持在设定区间内。该设置实现了蒸汽发生容器内水蒸气—载气混合气体的湿度自动调节，使得蒸汽发生容器的腔内的去离子水通过雾化器雾化加湿，达到实验环境所需要的水汽湿度条件，并且通过加热器使得水汽始终保持高温，简化了操作流程，精准的控制了蒸汽发生容器的内腔的湿度，避免了人工调节的误差，进而减少了载气的使用量，节省了使用成本；在设定的湿度条件下，水蒸气—载气混合气体通过出气口进入到出气管道中，在出气管路的管壁上产生的液态凝结水得以减少，进而减少了液态水输入进高温炉中导致炉管炸裂的可能，增强了安全性能。

22、作为进一步地改进，所述湿度传感器的检测点设置在蒸汽发生容器的出气口处。

23、有益效果是：在实验过程中，湿度受雾化器和加热器的位置影响，蒸汽发生容器的腔内各个位置的湿度会产生一定的偏差，湿度传感器的检测点放在出气口处，保证采集的水蒸气—载气混合气体的湿度数据足够精准。

24、作为进一步地改进，所述蒸汽发生容器还设置有密封盖，所述蒸汽发生容器的出气口、蒸汽发生容器的进气口和湿度传感器皆设置在密封盖上。

25、有益效果是：去离子水能够从密封端盖处装入蒸汽发生容器内，且将出气口、进气口和湿度传感器皆设置在密封端盖上，保证部件的可替换性，出气口、进气口和湿度传感器经过长时间的高温高压水蒸气-载气混合气体的氧化腐蚀导致的损坏，仅需更换密封端盖或者湿度传感器即可。

26、作为进一步地改进，所述雾化器设置在加热器的下方且在加热器垂直投影覆盖范围内；所述蒸汽发生容器的出气口设置在加热器的上方且在加热器的垂直投影覆盖范围内。

27、有益效果是：保持雾化器、加热器和出气口在一条垂直与水平面的垂线上，使得水蒸气—载气混合气体到达出气口的行程最短。在实验开始前，能够快速的形成预设的温度和湿度直接通往出气口，使得实验准备时间减少，节省了时间成本。在实验过程中，由于该设置的水蒸气—载气混合气体行程最短，可使得其保持设定的温度，避免水蒸气—载气混合气体在蒸汽发生容器的腔内中游走贴附到蒸汽发生容器的壁上带来的热度损失。

28、作为进一步地改进，所述出气管道与蒸汽发生容器之间连通有回水管道。

29、有益效果是：使得水蒸气—载气混合气体在管壁上凝结成液态水时，液态水能够沿着回水管道处流回蒸汽发生容器的内腔中，避免了将液态水随着水蒸气—载气混合气体一起送入高温炉中，进而避免了高温炉的炉管附着液态水带来的炉管炸裂的问题。

30、作为进一步地改进，所述出气管道与回水管道的连接处为下沉弯折管道结构。

31、有益效果是：利用气体轻、液体重的原理，水蒸气—载气混合气体随着下沉弯折管道结构持续前进直至高温炉中，而在下沉弯折管道结构前就已在出气管道凝结的液态水被水蒸气—载气混合气体推动下落直至下沉弯折管道结构的底部，再从其底部流进回水管道中；而在下沉弯折管道结构的管壁上凝结的液态水也会因为液体自身的重力流到底部进入回水管道中。

32、作为进一步地改进，所述下沉弯折管道结构设置为u型或v型结构。

33、有益效果是：u型或v型的结构保证水蒸气—载气混合气体仅需通过一次下沉弯折路径，即可实现将液态水沉入u型或者v型结构的底部，使得水蒸气—载气混合气体在下沉弯折管道结构中的行程得到缩短，减少水蒸气—载气混合气体在下沉弯折管道结构中凝结出液态水的可能，进而保证出气管道的湿度与出气口的湿度保持一致，以达到实验所需的湿度环境条件。

34、作为进一步地改进，所述出气管道插入至出气口的一端的形状为喇叭口形状。

35、有益效果是：喇叭口的设置使得水蒸气—载气混合气体在此处聚集形成高压，对进入出气管道的水蒸气—载气混合气体产生加速的作用，减少了在水蒸气—载气混合气体在出气管道的通过时间，进而减少了水蒸气—载气混合气体在出气管道上凝结成液态水的可能。