CN103791613B - 低功率加热大功率供热的节约型供热装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种低功率加热大功率供热的节约型供热装置，其技术特征是：箱体内侧设置保温隔热层，所述箱体内储热球层和电加热器竖向或横向排列；所述储热球间隙构成供热通道或供热通道的前段，所述供热通道的出风口设置在所述箱体上部或所述箱体一侧，进风口设置在所述箱体底部。其可有效降低加热功率，而能满足工农业生产和生活中供热量大、供热速度快的要求，有用电移峰填谷功能，有利于节约用电成本。也可逆向运行进行大功率加热然后小功率放热，而运用于用电移峰填谷，节约用电成本。

Description

低功率加热大功率供热的节约型供热装置

技术领域

本发明涉及供热技术领域，尤其是电加热供热装置。

背景技术

公开号为CN2482650的专利申请，提出一种一种静态储热式电加热器，其是在一罩壳1内竖向排列多根加热棒，该加热棒2的两侧贴砌有耐高温极限达1600℃的储热砖体，以将热量储存起来，罩壳的上方设有出风口，并由活动的风门控制其开口大小或关闭，罩壳的底部设有进风口。可充分利用价格低的低谷电能加热，将热量储存起来，需要时打开风门，将热量放出，对室内空气加热供暖，可节省电费。

其实在工农业生产和人们生活用电中，经常出现电网不能负荷的情况。或是干线电网不能负荷、或是用户自己的配电容量不够。而配电扩容改造又投资大，加上两部制电价中315千瓦以上大工业用电加收的基本电费，造成企业电费费用负担很大，企业进行大功率配电改造可能性几乎为零，导致无法在生产和生活中采用清洁的能源——电能。如：

1、茶叶生产中综合做青。纬度在闽中以上的乌龙茶产区，采用直接电加热

供热，投叶量为180千克左右的综合做青机，单台峰值功率配置要在20千瓦左右。完成一筒青做青过程时间长，生产效率比较低，因此各企业综合做青机数量配备很大，一般中等规模茶企配备数量都在20-30台上下。如武夷山市某茶企有综合做青机60台，就这样规模的茶企而言，仅综合做青机电加热用电功率配置就在1300千瓦以上，而其供电变压器容量只有200千瓦，要使用电加热做青，要对配电进行大规模改造。配电大规模改造牵涉到投资，大容量配电提高的电价等诸多因数，还有整个电网的容量限制等。

闽北茶叶综合做青机保有量7.5万台左右，每年还在以3000-4000台的增速递增。闽北如果采用直接电加热方式改造，每台综合做青机加热功率20千瓦，配电改造总功率150万千瓦，相当于加装3000台500千瓦的配电变压器，企业配电扩容改造投资在7亿元以上，315千瓦以上配电加收基本电费每年4.6亿元以上。需新增用电容量150万千瓦，相当于宁德核电站一台核电机组发电量。所以直接电加热改造是极不现实的。闽北茶叶生产综合做青环节就只好停留在“炭火盆”供热时代，“炭火盆”供热做青环境缺氧、大量炭灰吸进做青桶，影响茶叶品质。

全国纬度在闽中以上需进行烧炭改造的乌龙茶综合做青机保有量在20万

台。采用直接电加热方式改造，配电改造总功率400万千瓦以上，企业配电扩容改造投资18.69亿元以上，315千瓦以上配电加收基本电费，每年需多支付电费12.3亿元以上，需新增用电容量400万千瓦，相当于宁德核电站三台核电机组发电量。

2、红茶生产中的萎调和烘干机的供热。15米至20米长的大型萎凋槽，采用直接电加热，每台加热功率40千瓦至60千瓦。全国主要红茶产区有大型萎凋槽10-15万条，采用直接电加热进行烧柴或烧煤改造，新增配电容量在600万千瓦以上，企业在配电扩容中，要增加投资28亿以上，315千瓦以上配电加收基本电费，每年需多支付电费18.4亿元以上。需新增用电容量600千瓦，相当于宁德核电站4台核电机组发电量。直接电加热改造是极不现实的。现在全国范围内，大型红茶萎凋槽基本上是烧柴或烧煤。红茶萎凋烧柴对森林的破坏是非常严重的。茶叶初制烘干机直接使用电加热加热功率是很大的。中等产量的烘干机加热功率一般在70-80千瓦。

3、在我国北方农村中小学，配电容量不足的问题大量存在。为节能减排，目前北方农村中小学供暖政策是提倡建设安全节能环保电力设备供暖为主，但农村中小学校的现有配电容量普遍不足，采用直接电加热供热，需要大量的资金对配电进行扩容改造，在各地教育经费普遍短缺的情况下，这也是不现实的。

这种情形的供热领域还很多，不一一例举。

在这些供热供暖领域中，其实有一种规律很值得研究分析，那就是都不要求在时间分布上进行连续的供热。如闽北茶叶生产综合做青的供热，在十几个小时的做青过程中，只需要在开始的一个多小时时间内大功率供热，做青过程中有八九个小时时间是不需要大功率供热的；在北方农村中小学的供热供暖中，只要求在教室上学的7、8个小时里供热供暖，放学后的十几个小时时间，教室是不需要继续供热供暖的。烘干机供热和红茶生产中萎调供热，在夜间不生产时不需要供热。

从以上分析，我们提出一种全新的“低功率加热大功率供热的节约型电加热供热”原理。这种全新的电加热供热原理，还从来没有人提出过，我们也是在逐步摸索中才形成清晰概念的，单是专利申请方案就修改了很多次，才逐渐得以完善，毋庸置疑是电加热供热领域的开创性技术发明。按照上述原理能够开发一种出“低功率加热大功率供热的节约型供热装置”，就可以在基本不改变现有配电容量的前提下，解决上述领域的电加热供热供暖这一棘手的问题。

但上述公开的技术方案是不能满足上述应用中的技术要求的，有三大技术障碍：

一是这种结构的静态储热式电加热器，采用在加热棒两侧贴储热砖储热，储热容量小、有效热交换面积很小，是静态自发式热流上升供热，供热功率很小、供热速度很慢，用于家用取暖尚可，不能满足工农业生产中供热量大、供热速度快的供热供暖的要求。

二是公开技术方案所述的供热出风口结构，在工农业生产中箱体内处于高温储热状况下，出风口温度很高可达到400-600摄氏度，需要价格昂贵的保温材料来制作出风口和风门，致使产品生产成本很高，如我们在茶机中使用了航天类型耐高温保温涂料，一台供热装置风门和出风口要用耐高温涂料15公斤以上，生产成本太高无法在生产实际中应用。

三是即使用这些价格昂贵的保温材料来制作出风口和风门，经我们实际试验，使用一定时间磨损后，即出现密封性能不好的问题，漏气跑热影响供热控制，如茶叶综合做青机中，漏气跑热会破坏茶叶综合做青过程。在其他应用领域漏气跑热也造成设备后期维护成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能满足上述领域供热供暖要求的克服上述技术症结的低功率加热大功率供热的节约型供热装置。

采用的技术方案是：

1、立式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，其特征是：箱体内侧设置保温隔热层，所述箱体内储热球层和电加热器竖向或横向排列，储热球间隙构成供热通道或供热通道的前段，所述供热通道的出风口设置在所述箱体上部或所述箱体上部一侧，进风口设置在所述箱体底部。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述供热通道前段为储热球间隙，后段是由设置箱体内和外的两段供热通道组成的U型供热通道。则由于热气流上升原理，在储热而不抽热风时，位于箱体外的供热通道和供热出风口温度处于较低温度状态。所述U型供热通道的构成是多种多样的，如设置连接所述箱体内外的U型供热管道等。特别提出一种最为简单的结构：在所述保温隔热层内胆的内侧设置隔板，其与保温隔热层内胆表面构成U型供热通道的一段；由所述箱体外设置的供热通道构成所述U型供热通道的另一段；在所述保温隔热层内胆的内侧设置的所述隔板的上部为储热球隔离金属网。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中：

所述供热通道的出风口或所述进风口设置热风流量控制装置；

所述箱体包括主箱体、箱体上部箱盖，或包括主箱体、箱体上部箱盖、供热出风口部箱盖；

所述箱体安装在底座上；所述底座装置所述储热球承重支架。

2、卧式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，其特征是：箱体内侧设置保温隔热层，所述箱体内储热球层和电加热器竖向或横向排列；所述储热球间隙构成供热通道或供热通道的前段，所述供热通道的出风口设置在所述箱体上部或所述箱体上部一侧，进风口设置在所述箱体底部。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述供热通道前段为储热球间隙，后段是由设置在箱体内和外的两段供热通道组成的U型供热通道。则由于热气流上升原理，在储热而不抽热风时，位于箱体外的供热通道和供热出风口温度处于较低温度状态。所述U型供热通道的构成是多种多样的，如设置连接所述箱体内外的U型供热管道等。特别提出一种最为简单的结构：在所述保温隔热层内胆的内侧设置隔板，其与保温隔热层内胆表面构成U型供热通道的一段；由所述箱体外设置的供热通道构成所述U型供热通道的另一段；在所述保温隔热层内胆的内侧设置的所述隔板的上部为储热球隔离金属网。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述供热通道的出风口或进风口设置热风流量控制装置。在这种结构的大型的低功率加热大功率供热的供热装置中，为实现热交换均衡，可在所述箱体内设置若干热气流调整板。

在上述两种结构的低功率加热大功率供热的供热装置中，所述保温隔热层采用双层结构，向外为耐高温隔热纤维材料、向内为金属内胆或铝酸盐水泥与闭孔珍珠岩混凝土板。在后一种保温隔热层结构中可以省去金属内胆，避免整机形成热桥，也能降低与耐高温隔热纤维材料隔热层接触面的温度。

上述两种结构的低功率加热大功率供热的供热装置中，为增大热交换面积、提高热交换速度，所述储热球采用单开孔或多开孔的储热球或扁状储热球，单开孔、多开孔储热球以及扁状储热球都具有比较大的比表面积、储热球中心热惰性区小、热交换速度快的优良性能。

上述低功率加热大功率供热的节约型供热装置，在使用中只要在出风口形成空气负压区，或在进风口部形成空气高压区，就能大功率快速供热。

本发明所提供的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，克服了公开的技术方案的三大技术缺点：

一是采用大量储热球储热，特别是采用开孔储热球或扁状储热球储热，具有很大的热交换面积，能满足工农业生产中供热量大、供热速度快的供热供暖的要求。如在茶机供热中采用数万粒直径为1.2厘米扁状储热球储热，储热球表面构成的有效热交换面积可达数十平方米，远远超过储热砖的热交换面积，因而热交换速度很快。

如在闽北茶叶综合做青机的供热应用中，配置一台上述装置，以4千瓦的功率预热储热6小时储热24千瓦时，在一个小时工作时间供热，供热时加热功率4千瓦，则该低功率加热间歇式大功率供热的电加热供热装置其供热能力相当于一台28千瓦大功率直接电加热供热装置，与28千瓦加热功率相比，该茶叶综合做青机加热功率降低了85.7%。这样就可以基本不改变现有配电容量而在综合做青生产中使用清洁能源电能。可为社会节约大量投资，社会经济效益极为显著。

在我国北方农村中小学供热供暖中，为节能减排，提倡建设安全节能环保电力设备供暖为主，但农村中小学校的现有配电容量普遍不足，采用直接电加热供热，需要大量的资金对配电进行扩容改造，在各地教育经费普遍短缺的情况下，是不现实的。采用本发明所提供的低功率加热间歇式大功率供热的电加热供热装置，在放学不供热时间段进行小功率电加热储热，在上学时间段就可以以小功率电加热进行较大功率的供热供暖。如在放学后的十六个小时时间里进行较小功率电加热储热，在上学的7、8个小时里进行较大功率供热供暖，对配电容量的要求可以降低三分之二。

在红茶生产中的萎调和烘干机的供热中，利用不生产的时段进行预加热，同样可有效降低加热功率。

二是设置由箱体内和外的两段供热通道组成的U供热通道，则由于热气流上升原理，在储热而不抽热风时，位于箱体外的供热通道和供热出风口温度处于低温状态。在工农业生产中箱体内处于高温储热状况下，位于箱体外的供热通道和供热出风口温度处于低温状态，不需要价格昂贵的保温材料来制作出风口和风门，能大大降低设备的生产成本。

三是设置由箱体内和外的两段供热通道组成的U供热通道，则由于热气流上升原理，在储热而不抽热风时，位于箱体外的供热通道和供热出风口温度处于低温状态；在工农业生产中箱体内处于高温储热状况下，位于箱体外的供热通道和供热出风口温度处于低温状态，不需要价格昂贵的耐高温保温涂料来制作出风口和风门，而可以使用耐久性好的密封性能好的耐一般高温的硅胶和橡胶来制作出风口和风门，避免使用耐高温保温涂料制作的出风口和风门，使用一定时间磨损后，出现密封性能不好、漏气跑热的问题。大大减轻了设备运行后期维护的压力。

特别需要指出的是：

上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，由于将储热加热和供热进行分离，具有用电移峰填谷的功能，可在电价低谷时储热，有利于节约用电成本。

上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，也可逆向运行，即进行大功率加热然后小功率放热运行，而主要运用于用电移峰填谷，运用在家用、办公、营业场所等供暖领域，有利于节约用电成本。

附图说明

图1和2是立式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置立体图；

图3是一种立式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置沿供热出风口轴向的剖切图；

图4是另一种立式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置沿供热出风口轴向的剖切图。

图5是一种大型卧式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置结构示意图。

图中，1、5、6均为箱体构件（其中1是主箱体、5是箱体上部箱盖、6是供热出风口部的箱盖，供热出风口部箱盖为选择性装置部件，有的机型可不装置）；2是设置在箱体内侧的保温隔热层、3是电加热器、4是储热球、7是固定的扇形叶片、8是可转动的扇形叶片、9是双金属元件、10是装置在箱体底座上的储热球承重支架、11是箱体底座、12是供热通道的出风口、13是进风口、14是热气流调整板、15是储热球隔离金属网、16是保温隔热层内胆、17是在保温隔热层内胆的内侧设置的隔板，其与保温隔热层内胆表面构成U型供热通道的一段、18是由设置在箱体内和外的两段供热通道组成的U型供热通道、19是设置在箱体外的供热通道。

具体实施方式

如附图1、2、3、4所示的立式结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，其技术特征是：箱体内侧设置保温隔热层（2），所述箱体内储热球（4）层和电加热器（3）竖向或横向排列；所述储热球间隙构成供热通道或供热通道的前段，所述供热通道的出风口（12）设置在所述箱体上部或所述箱体上部一侧，进风口（13）设置在所述箱体底部。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述供热通道前段为储热球（4）间隙，后段是由设置在所述箱体内和外的两段供热通道组成的U型供热通道（18）。则由于热气流上升原理，在储热而不抽热风时，位于箱体外的供热通道（19）和供热出风口（12）温度处于较低温度状态。所述U型供热通道（18）的构成是多种多样的，如设置连接所述箱体内外的U型供热管道等。特别提出一种最为简单的结构：在所述保温隔热层（2）内胆（16）的内侧设置隔板（17），其与保温隔热层（2）内胆（16）表面构成所述U型供热通道（18）的一段；在所述箱体外设置的供热通道（19）构成所述U型供热通道（18）的另一段；在所述保温隔热层（2）内胆（16）的内侧设置的所述隔板（17）的上部为储热球隔离金属网（15）。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中：

所述供热通道的出风口（12）或所述进风口（13）设置热风流量控制装置。

所述箱体根据不同的机型，可采用两种结构，一种是包括主箱体（1）、箱体上部箱盖（5）；另一种是包括主箱体（1）、箱体上部箱盖（5）、供热出风口部箱盖（6）。

所述箱体安装在底座（11）上；所述底座（11）装置所述储热球（4）承重支架（10）。

如附图5所示的卧式结构的大型的低功率加热大功率供热的节约型供热装置，其技术特征是：箱体内侧设置保温隔热层（2），所述箱体内储热球（4）层和电加热器（3）竖向或横向排列；所述储热球（4）间隙构成供热通道或供热通道的前段，所述供热通道的出风口（12）设置在所述箱体上部或所述箱体一侧，进风口（13）设置在所述箱体底部。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述供热通道前段为储热球间隙，后段是由所述箱体内和外的两段供热通道组成的U型供热通道（18）。则由于热气流上升原理，在储热而不抽热风时，位于箱体外的供热通道（19）和供热出风口（12）温度处于较低温度状态。所述U型供热通道（18）的构成是多种多样的，如设置连接所述箱体内外的U型供热管道等。特别提出一种最为简单的结构：在所述保温隔热层（2）内胆（16）的内侧设置隔板（17），其与保温隔热层（2）内胆（16）表面构成所述U型供热通道（18）的一段；在所述箱体外设置的供热通道（19）构成所述U型供热通道（18）的另一段；在所述保温隔热层（2）内胆（16）的内侧设置的所述隔板（17）的上部为储热球隔离金属网（15）。

在上述结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述供热通道的出风口（12）或所述进风口（13）设置热风流量控制装置。

在这种结构的大型的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，为实现热交换均衡，可在所述箱体内设置若干热气流调整板（14）。

在上述两种结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述箱体采用金属板材加工；所述电加热器（3）为耐高温干烧电加热管；所述保温隔热层（2）采用双层结构，向外为耐高温隔热纤维材料、向内为金属内胆或铝酸盐水泥与闭孔珍珠岩混凝土板。在后一种保温隔热层（2）结构中可以省去金属内胆节约成本，还可避免整机形成热桥，也能降低与耐高温隔热纤维材料隔热层接触面的温度。

在上述两种结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，所述热风流量控制装置可采用如下结构：双金属片装置在出风口，温度变化时双金属片弯曲而改变出风口面积；或为双扇形叶片结构，一片扇形叶片（7）固定，另一片扇形叶片（8）可在双金属元件带动下转动。可转动的扇形叶片（8）固定在支撑座上、双金属元件嵌套于一端焊接在支撑座的连杆上，连杆的一端装置在轴承上，轴承由支撑座固定，温度变化时双金属元件带动扇形叶片（8）旋转，控制控制出风口面积。当然，热风流量控制装置还可以采用阀门、金属百叶翻板等等结构，无论采用何种结构，都落入本发明的保护范围。

上述两种结构的低功率加热大功率供热的节约型供热装置中，为增大热交换面积、提高热交换速度，所述储热球（4）采用多孔储热球最为合适，具有大的比表面积、中心热惰性区小、热交换面积大、热交换速度快的优良性能。但这种储热球生产成本较高，采用扁状储热球，也具有比较大的比表面积、储热球中心热惰性区小、热交换速度快的优良性能，而且生产成本明显降低。无论采取那种形状结构的储热球（4）都落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.低功率加热大功率供热的节约型供热装置，其箱体内侧设置保温隔热层（2），所述箱体内储热球（4）层和电加热器（3）竖向或横向排列；所述储热球（4）间隙构成供热通道前段；所述供热通道的出风口（12）设置在所述箱体上部或所述箱体上部一侧，进风口（13）设置在所述箱体底部；所述箱体包括主箱体（1）、箱体上部箱盖（5）；或包括主箱体（1）、箱体上部箱盖（5）、出风口部箱盖（6）；所述主箱体（1）安装在底座（11）上；所述底座（11）装置所述储热球（4）承重支架（10）；所述储热球（4）为多孔储热球或扁状储热球；其技术特征是：所述供热通道的后段是由设置在箱体内和外的两段供热通道组成的U型供热通道（18）；所述U型供热通道（18）的结构是：在保温隔热层（2）内胆（16）内侧设置的隔板（17），其与保温隔热层（2）内胆（16）表面构成U型供热通道（18）的一段，在箱体外设置供热通道（19），构成U型供热通道（18）的另一段；所述保温隔热层内胆（16）内侧设置的隔板（17）的上部为储热球隔离金属网（15）。