CN1022132C - 蓄热器中的管道设备 - Google Patents

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Abstract

有改良的蓄热器或加热器体的热交换器系统，加热器体用嵌有电热线的高导热材料。加热器流体管位于贯穿加热器体的通道内，例如水的传热流体流过热交换器体。加热器流体管侧壁与通道壁间的密封材料有相宜热膨胀系数，加热器体加热时，密封材料补偿加热器体与流体管间膨胀差，避免二者龟裂。流体循环泵使加热器体与加热房间用的各热交换器相流通。加热器体可加热至约850℃，其电源与时钟相耦接，使热交换器可在获得过量公用电力、一天的非颠值期工作。

Description

迄今为止，对于现有的热交换系统，例如热交换系统中使用的热锅炉结构，有效和永久地建立蓄热器仍存在着问题，因为它在完成后的短期内就会龟裂和毁坏。
此外，由于能量价格的日益提供，节能的研究促使在白天利用便宜的夜间电能，并把它投入实际应用。在PCT专利申请№.0183327和№.0183328中对将廉价的夜间电能转换成热并储蓄起来以便在白天使用的方法进行了研究，在№0183327专利申请中介绍了一种接触式蓄热器装置，而在№0183328专利申请中公开了一种与冷却/加热机以热交换关系而设置的蓄热器。
现有技术的EPO专利申请№.83903597.9是关于蓄热器与热交换器相结合的更有效的蓄热器。这种已知的方法例如利用了一个水箱作为存贮容器，为了提供合理水平的能量存贮能力，需要具有空间大和费用高的结构。其它已知的结构也是基于复杂的装置上，费用昂贵，并且对于解决利用廉价的夜 间能源来说是值得怀疑的方案。在该现有技术中，该蓄热器与一加热系统串联连接，并在一大容量的蓄热器设备中设置了腔室型的大容积传热管道。
这些管道的尺寸制成为在该设备不传热时使蒸汽在所述腔室中形成。在重新开始传热时，将蒸汽连续地从各腔室中压出。这种工作涉及到一些控制问题。
为了减低蒸汽不受控制的散布的危险，建议在蓄热器的出口和/或各腔室单独的蒸汽排气道设置一个冷凝器。另一种系统需要有一包括水系统的辅助冷凝器装置，该水系统包括一膨胀容器、水泵和该泵所用的检测由蓄热器加热的系统中的温度的控制装置。
本发明涉及将作为这种蓄热器的传热材料的水蒸发状态的水蒸汽压出的管道。除水之外，也可用其他的材料作为传热材料。为了简便地说明本发明，下面用水来作为传热材料。该蓄热器包括一用具有高热容量和高熔点材料例如铸铁、陶瓷等制成的主体。该主体用来在从下午10点到第二天早上6点由电能加热至比热交换器的最高温度还要高许多的高温。由电能加热的蓄热器主体用一绝热材料覆盖以保持其中的热量。
白天，从早上9点到下午6点绝大部分电能用于工厂和商业部门，而储存在蓄热器中的热量便产生向家庭提供的热水。在从上午12点到下午1点的午休期间，可用电能给蓄热器加热，就象利用夜间廉价电能一样。
设置了含有较低沸点的液态相的流体（例如水）的管道，以与热交换器和蓄热器主体连接进行热量的传送。
在管道中设置了一个循环泵，用以在蓄热器主体和热交换器之间输送水，在该泵的抽水侧具有与膨胀容器连通的管道，以便承受最大的压力。设置了一温度检测装置使得当热交换器到达预定的温度时水泵停止工作。从而使蓄热器主体的管道中的无水蒸汽保持为在该膨胀容器中所产生的适度压力状态。或者，温度检测装置也可以是一室温自动调节器，它在该蓄热器连接至一地板加热系统时使用。
因此，当水泵从所述温度测检装置接收到一起动信号，以重新开始蓄热器主体与热交换器之间的热传送时，蒸汽立刻被输送出去而充满管道。热交换器可以有一个敞开式的或闭环式的膨胀容器以承受膨胀压力。水泵的控制装置最好采用温度自动调节器或半导体闸流管装置来检测热交换器系统中或在热交换器进口或出口处的水温。
蓄热器主体例如可以用大约具有下列成分的陶瓷材料来制造，该陶瓷材料包括重量百分比为90%的MgO，4%的SiO2，4%的CaO和2%其他不同的种类的氧化物。蓄热器是由陶瓷材料所组成的。电发热线安置在陶瓷材料的孔中，并与电源串联连接。在畜热器主体中设置了热管道。蓄热器主体用厚的绝热材料覆盖，并复有热反射层或反射膜以便能更好地保持热量。管道插入蓄热器中，水在其中流过，以便在蓄热器主体和管道系统之间进行热交换。系统中的温度自动调节器和半导体闸流管根据入口管温度或流入和流出水温之间的温差来控制循环泵的循环速度。
从下面的详细描述和示例性的附图，可以更充分地理解本发明，附图中，
图1是根据本发明蓄热器的示意图，
图2是根据本发明的管道设备的剖面图，
图2（A）（B）（C）是根据本发明的蓄热器中管道实施例的示意图。
图中的标表示下列部件：标号1表示蓄热器，标号2表示电发热线，标号3和8表示管道，标号4表示绝热材料，标号5和6表示循环泵，标号18表示一蒸汽冷凝设备，标号7表示一辅助蓄热箱，标号30表示热水箱，标号16表示散热器，标号20表示控制单元，标号24表示温度自动调节器，标号14表示蓄热系统，标号25表示膨胀室，标号17表示连接器，标号19表示冷水阀。
图1示出热交换系统的示意图，该热交换系统包括根据本发明的蓄热器和热交换器。蓄热器（1）中的蓄热材料由连接至控制电源的控制单元（20）的电发热线（2）加热。蓄热器（1）可加热至600℃有时甚至达850℃，热能储存在诸如铸铁或陶瓷的蓄热材料中。
为了利用所储存的热能，通过循环泵（5）（6）的工作使蓄热器（1）的管道（3）中的水循环，储藏-通过蒸汽冷凝设备（18）送至热水箱（30）。通过进口（34）充入热水箱的冷水由管道（3）中的热水在螺旋桨（5）的帮助下加热，然后从出口（35）供应到厨房或浴室和其他需要的地方。管道（3）也可以连 接至散热器（16），以便暖和睡房和起居室。如上所述，膨胀室（25）可以以封闭的形式装在管道（3）中，或以敞开的形式单独安装在外面。
循环泵（5）（6）将低温水供应到蓄热器（1）中。此外也控制夜间电能供应的控制单元（20）与蓄热器（1）一起构成蓄热系统（14）。在加热至超过蓄热器（1）的容量，或者高于850℃时，多余的热量存储在辅助蓄热箱7中，辅助蓄热箱可以设置多个，以提高蓄热能力。根据房间或加热空间的大小，蓄热器（1）可以串联连接或并联连接，以控制热储存的能力。
在本发明中，蓄热器（1）中的管道（3）可被加热至高达600℃，有时甚至达850℃，并被形成为“ ”形，以便将蒸汽长时间地保持在蓄热器（1）的顶部。
结果，蒸汽可从管道附近吸收高温热量，并且通过温度自动调节器（24）（33）的工作，将管道（3）中的水温控制成与热水箱和蓄热器（1）中的水温相对应，并保持在预定的温度。当水温降低时，循环泵（6）的速度提高，经便将水温保持在预定的温度，例如70℃。
根据本发明，可在管道（3）与蓄热材料（1）之间的孔（3a）中充填具有高热引导能力的粉末3b，以供蓄热器随着温度变化膨胀，具有高热引导能力的粉末（3b）例如可由铜粉、水泥粉或碳化硅组成，它们可以根据管道的温度变化补偿不同材料之间的温度膨胀常数的差别，从而预先保护根据本发明的热交换系统中蓄热器不发生开裂和破碎的事故。管道（3）中的流体可以是具有高沸点和低沸点的液态的热传输材料。
本发明在用陶瓷，或瓷料制成的蓄热器（1）的进口和出口之间还设置了管道连接器（17）（17′），通过在管道（3）和蓄热系统（14）中的循环泵（5）之间的非导电材料制成的连接器来防止热损耗和漏电。
图3（A）（B）（C）中示出了根据本发明的设备的实施例，可将管道（3）垂直或水平地安装在系统中，根据地方和状况有效地加以利用。根据本发明的系统（14）可用来将冷却机（16）或加热机（16）连接在蓄热器（1）中，根据建筑物或房间的大小，若干个系统可以串联或并联安排。
根据本发明的蓄热器（1）的管道设备即使由于根据高温在不同材料之间的膨胀-收缩常数的差异，也可以永久使用而不会产生龟裂或破裂。而且垂直或水平安装的设备可以用作为适合于各种情况或环境的经济和高热效率的系统。

Claims (12)

1、一种热交换器系统，它具有流体加热器，后者包括由高导热率材料构成的本体，以及包括位于所述本体内的电热线，用来对所述本体加热，所述电热线适合于工作时与电源相连接，所述本体设有贯穿其中的通道以及贯穿所述通道延伸且与所述本体热接触的加热器流体管，所述加热器流体管具有各位于所述块体外部的入口和出口，该加热器配有外绝热层，热交换器系统还配有至少一个热交换单元，后者借助于与所述加热器流结管的入口和出口相接的管道系统而连接到所述流体加热器，所述热交换器包括工作上与所述管道系统相连接的流体循环装置，用以使传热流体在所述流体加热器及所述至少一个热交换单元之间循环，其改进包括：
所述流体加热器配置了导热密封材料，用以充填所述加热器流体管外侧壁与所述本体内的通道壁之间的空间，从而形成所述热接触，所述密封材料是从具有适当热膨胀系数的那类材料中选出的，据此当所述本体加热时，所述密封材料能补偿所述本体与所述加热器流体管之间的膨胀差，其改进还包括所述出口和入口之间的连接件和所述管道是电绝缘和绝热体，其改进还包括流体循环控制装置，后者包含安装成用来检测传热流体温度的温度检测装置，所述流体循环控制装置工作上与所述流体循环装置相连接，且当所述传热流体处于预置温度时响应所述传热流体的温度而起动及中止所述流体循环装置。
2、根据权利要求1的热交换器系统，其特征在于，所述电源工作上与时钟装置相耦接，所述电源对所述时钟装置的输出作出响应。
3、根据权利要求2的热交换器系统，其特征在于包括以流体与所述管道系统和所述出口相流通的流体膨胀容器。
4、根据权利要求3的热交换器系统，其特征在于所述热交换流体是水。
5、根据权利要求4的热交换器系统，其特征在于所述流体加热器可加热至大约850℃。
6、根据权利要求5的热交换器系统，其特征在于，所述本体是由一种从具有包含陶瓷和铁的高导热率的那类材料所构成的。
7、根据权利要求6的热交换器系统，其特征在于，所述本体是陶瓷块体，所述陶瓷块体是由包含90%MgO、4%SiO2及4%CaO的陶瓷氧化物的混合物所构成的。
8、根据权利要求1的热交换器系统，其特征在于，所述密封材料是从含有铜粉、碳化硅及陶瓷的那类材料中选出的。
9、根据权利要求6的热交换器系统，其特征在于，所述流体循环控制装置包括温度自动调节器。
10、根据权利要求1的热交换器系统，其特征在于包括一个辅助蓄热装置，后者包括一个密封其内流体的绝热箱，所述流体管道系统的一部分路经所述绝热箱内的所述流体，从而使从所述加热器本体放出的加热流体对所述绝热箱内的所述流体进行加热。
11、根据权利要求10的热交换器系统，其特征在于，所述辅助蓄热装置是第一蓄热装置，以及包括多个与所述加热器本体串联流通的辅助蓄热装置。
12、根据权利要求10的热交换器系统，其特征在于，所述辅助蓄热装置是第一蓄热装置，以及包括多个与所述加热器本体并联流通的辅助蓄热装置。
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