CN104791893B - 一种ptc陶瓷电采暖装置及集中采暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PTC陶瓷电采暖装置，包括外壳及其中设置的至少一个加热组件、电源组件、控制组件、入水管、出水管、小功率泵送装置、软水装置、补水装置和自动排气阀。加热组件包括多根传热管和多个PTC陶瓷发热体，所述多根传热管并联连通，传热管为三层结构，最内层为铜层，中间层为合金铝层，最外层为电气绝缘层，在外壳内适当位置还设置有小功率泵送装置。本发明的PTC陶瓷电采暖装置进出水流量大，适合于多组构成集中供暖热源；传热管增加合金铝层，增大传热速率；传热管和PTC陶瓷发热体均设置电绝缘层，使得水电分离可靠，增加系统安全性和耐用性。此外，本发明还公开了一种集中采暖系统。

Description

一种PTC陶瓷电采暖装置及集中采暖系统

技术领域

本发明涉及电采暖加热技术领域，具体涉及PTC陶瓷电采暖技术领域。

背景技术

在冬季存在采暖需求的地域中，一部分采用燃煤集中供暖的方式，但这种方式存在供暖效率低造价成本高，管网普及率有限，不能满足城市发展需求等问题，而且尚有部分建筑物不能接入到集中供暖的管网中。在城市部分地区和广大农村地区家庭还是采用燃煤或天然气等方式以家庭为单位进行自采暖，这一方面存在着环境污染的问题，另一方面也容易因空气不够通畅而造成燃烧不充分，从而引起一氧化碳中毒事故时有发生。传统的燃煤采暖炉不便于分时段供暖，不利于节能，而且污染严重。

随着能源和环境问题的日益严峻，冬季采暖的发展趋势逐渐向电采暖方式转移。市面上也出现了电热暖气炉，但存在产品结构复杂，电热转换效率低等诸多问题，使这类产品未能得到普及推广。

PTC陶瓷加热技术使得水电分离的电采暖技术逐渐发展起来。PTC是一种优良的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质后加工而成，发热效率较高。PTC存在居里温度，当它的温度低于设定温度时，其电阻值会随它的温度升高而变小；当它的温度高于设定温度时，其电阻值随它的温度升高而变大。由于这种陶瓷材料的上述特性，不需要专门的温控器和热电阻热电偶等温度传感器进行温度反馈即能对加热器进行发热控制，它的温度调节是靠自身的材料特性，从而使产品能够自动控温且具有远大于其它加热器的使用寿命。并且，它能够根据环境温度的改变来调节自身的热功率输出，所以它能将加热器的电能消耗优化控制在最小，同时高发热效率的材料也大幅提升了电能的利用效率。

现有技术中以PTC陶瓷发热体为核心部件的电加热装置，通常包括外壳及其中设置的电控室、电加热室及出入水管，所述电加热室中设有至少一个PTC陶瓷发热体，PTC陶瓷发热体与加热管隔离并与外部电源联接，还设有一隔板将进水口和出水口分隔，隔板上设有水孔。这种PTC电加热装置具有无明火、无光耗、升温快、耗电低、热效高、寿命长等优点。

但是目前的PTC电采暖炉由于居里温度高于装置耐受温度，当电采暖炉出现水量不足时可能出现温度升高，从而出现未达到居里温度却因个别器件不耐受高温而出现损坏。

另外PTC电加热装置多用于少量生活用水的情况，如果要代替传统集中燃煤供暖方式，目前的PTC电加热装置功率不足、水量不够，无法满足集中供暖的需求。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提供一种改进结构的PTC陶瓷电采暖装置，从而实现足够用于集中供暖的供给水量并具有多重保护功能。

本发明提出如下技术方案：

一种PTC陶瓷电采暖装置，包括外壳及其中设置的至少一个加热组件、电源组件、控制组件、出入水管、软水装置、补水装置和自动排气阀，

所述加热组件包括并排设置的多根传热管、夹设在每两根传热管之间的多个PTC陶瓷发热体、以及包围所述传热管和PTC陶瓷发热体的保护罩，其中，

每两根传热管之间夹设有多个PTC陶瓷发热体，所述PTC陶瓷发热体分为三组，分别与电源组件电气连通构成回路，从而在控制组件的控制下发热和停止发热，PTC陶瓷发热体外部包覆有电气绝缘漆，

所述多根传热管与多个PTC陶瓷发热体外周覆盖的保护罩内表面设置有保温层，

软水装置连接于入水管的入口端，自动排气阀连接于出水管的出口端，

其特征在于：

所述多根传热管借助于位于其两端并与之垂直的入水管和出水管并联连通，传热管为三层结构，最内层为铜，中间层为合金铝层，最外层为电气绝缘漆层，

在外壳内适当位置还设置有小功率泵送装置，用于使PTC陶瓷电采暖装置内流体流动加速，防止阻塞，

控制组件借助于高温传感器对PTC陶瓷电采暖装置进行过热保护。

优选地，所述多根传热管竖直并排设置，出水管和入水管分别水平设置在传热管的上方和下方。

优选地，所述多根传热管水平并排设置，出水管和入水管分别竖直设置在传热管的两侧，并使入水口位于入水管的下端，出水口位于出水管的上端。

优选地，所述加热组件为三个，所述各加热组件相互电气并联且水路并联，控制组件可控制三个加热组件启动其中的一个、两个或三个。

优选地，控制组件包括分时控制模式，对发热组件进行分时段控制，使所述的PTC陶瓷电采暖装置在设定的时间段进行加热。

优选地，控制组件包括恒温模式，借助于温度传感器实现室内恒温控制。

优选地，控制组件包括防冻模式，在环境温度降至5摄氏度时启动防冻运行。

优选地，PTC陶瓷发热体外部包覆的电气绝缘漆采用高电阻无机晶体高温耐压成膜材料为基体，填料包括α-氧化铝、氮化硅或者高级云母片。

一种前述任一种PTC陶瓷电采暖装置的集中采暖系统，其包括一中央控制装置和串联在一起的至少两个所述PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：所述中央控制装置设有用于获得用户管道水温的本地温度传感器和用于获得总管道水温的远程温度传感器，所述远程温度传感器将采集到的总管道水温信息通过远传装置与所述中央控制装置中预设的第一水温阈值比较获得第一比较结果，所述本地温度传感器将采集到的用户管道水温信息通过远传装置与所述中央控制装置中预设的第二水温阈值比较获得第二比较结果，所述中央控制装置根据所述第一比较结果或所述第二比较结果启动或停止PTC陶瓷电采暖装置加热。

优选地，所述第一水温阈值设定为45℃-55℃并且所述第二水温阈值设定为35℃-45℃。

通过这样的设计，本发明的集中采暖系统具有以下优点：由于本发明串联多台PTC陶瓷电采暖装置，因此可以实现根据用户供暖面积有选择的设定PTC陶瓷电采暖装置的数量，方便合理地进行扩容；另外由于本发明同时设置有本地温度传感器和远程温度传感器，实现本地管网与远程管网水温双重检测，当所获得的第一比较结果即远程管网水温未达到预设第一水温阈值时，集中采暖装置开始供热，或者当所获得的第二比较结果即本地管网水温未达到预设第二水温阈值时，集中采暖装置也开始供热，这样的双重检测确保用户在供暖季节实现供暖保障。

附图说明

图1显示了本发明采暖炉的工作管网示意图。

图2显示了本发明采暖炉的内部结构示意图。

图3显示了本发明采暖炉传热管的联接关系及水流方向示意图。

图4为图2中A区放大剖视图，显示了本发明采暖炉发热组件的内部结构。

图5显示了本发明控制组件的示意图。

图6显示了本发明采暖炉壁挂用快速支架的示意图；以及

图7显示了本发明的集中采暖系统的结构示意图。

具体实施例

以下结合附图对本发明的实现方式进行详细描述。

在本发明的一个具体实施例中，本发明PTC陶瓷电采暖装置具体为一种带有多重保护功能的电采暖炉，图1显示了本发明的电采暖炉用于分户采暖时的工作管网示意图。图中可见，电采暖炉1接收经过软水装置2处理的水经过电加热后输送到管网中串联的多个暖气片5中，流经多个暖气片5的水逐渐降温，经水泵7泵送回到电采暖炉1。软水装置2保证了采暖炉管网内长期加热不结垢，延长采暖炉的使用寿命。在管网中会有少量水流失，因此在水泵7上游设置膨胀水箱4作为补水装置。在电采暖炉1的出水口处设置有自动排气阀3，以自动控制采暖炉管网内的蒸汽压力处于合适的水平。电采暖炉1的出水口和入水口的外侧分别设置维修水阀6，用于在维修采暖炉时切断水流。

下面结合图2、图3对电采暖炉1的内部结构进行描述。

电采暖炉1总体包括外壳111及其中设置的电源组件11、控制组件12、至少一个加热组件13、入水管15、出水管16、软水装置2、补水装置4和自动排气阀3。加热组件13整体呈扁平长方体，其内垂直并排设有多根传热管17，多根传热管17借助于分别水平布置在加热组件13的上方和下方的出水管16和入水管15实现并联连通。

多根传热管17或者也可以水平并排布置(如图3所示)，这时入水管15和出水管16分别设置在其两侧并与之垂直，只要保证入水口8在下方且出水口9在上方即可。

如图3所示，多根传热管17并联联通，水流从位于入水管15一端的入水口8经泵送进入，沿如图4中箭头所示的P方向同时流向所有的传热管，之后汇入位于出水管16的出水口9，被送入管网。由于多根传热管的并联布置，传热管道总面积远大于出水管16和入水管15的口径，能够对出水口形成一定水压，起到水流增速的作用。因此并联布置方式使得电采暖炉1进出水流量大，适合于大面积供热，特别适合于多组布置构成集中供暖热源。

在多根传热管17纵向并排设置的情况下，传热管17内部由于冷水在下方热水在上方，管道内出现涡流现象，有利于在短的管道长度内实现充分加热。

铝合金保护罩22设置和覆盖在多根传热管17与多个PTC陶瓷发热体20的外周。铝合金保护罩22整体上呈扁平长方体，其扁平表面上对应PTC陶瓷发热体2的位置，即对应两根传热管17之间的位置，设置有狭窄缝隙131(见图2)。

在铝合金保护罩22的内表面设置有保温层23，保温层23采用耐高温绝缘保温材料，例如高级离心玻璃纤维丝棉。

外壳111内适当位置布置小功率泵送装置14，用于使电采暖炉1内流体流动加速，防止阻塞管网以及避免干烧。

软化水装置2和膨胀水箱4布置在外壳111的内部，而图2中虚线示出的水泵7出于装置紧凑的考虑布置在装置外部。

下面参考图4对电采暖炉1的加热组件13的内部结构进行描述。

如图4所示，传热管17为三层结构，最内层为铜管18，中间层为合金铝层19，最外层为电气绝缘层191。传热管增加合金铝层19，增大热传导效率，使得所有并联的传热管能在极短的时间内将管内的水加热到适当的温度。传热管的横截面为圆形、椭圆形或者方形等适合的截面形状。出水管16和入水管15优选为圆形铜管。

传热管17通过现有的管件成形工艺制成，例如拉伸、注射工艺，优选采用固液辊扎技术成形。出水管16和入水管15采用现有的管件成形工艺，在传热管相应位置设孔与传热管法兰连接，连接部位设置密封件。

每两根传热管17之间夹设有多个PTC陶瓷发热体20，在每两个PTC陶瓷发热体20之间设置有电极24,电极24通过引线将PTC陶瓷发热体20分为三组，分别与电源组件电气连通构成回路，电源组件受控制组件控制从而使得在适当的条件下PTC陶瓷发热体受控发热和停止发热。如果某PTC陶瓷发热体20的引线发生断线，则系统断电予以断相保护。

PTC陶瓷发热体20外部包覆有电气绝缘层21。电气绝缘层21采用高电阻无机晶体高温耐压成膜材料为基体，以α-氧化铝、氮化硅或者高级云母片等为填料。水电分离可靠，增加系统安全性和耐用性。

本发明的电采暖炉1可以在外壳111内前后层叠设置三个加热组件13，各加热组件13相互电气并联且水路并联，从而使得控制组件12可分别控制三个加热组件13启动其中的一个、两个或三个，从而满足人们的不同采暖需求。控制组件12采用步进式分时投入法控制加热组件13，这样加热组件13可根据负荷变化随机投入或停止工作，减少对电网的冲击。控制组件12同样也可以手动启、停加热组件个数，方便用户自行调整电采暖炉1的功率。

控制组件12与电采暖炉1的电路连接设计如图5所示。由图可见，控制组件12与控制面板25、温度传感器27、高温传感器28、水泵电机29、PTC陶瓷发热体20电气连接，完成以下控制模式：在电采暖炉1待机状态下，用户通过控制面板25的不同控制按钮而采用三种方式控制电采暖炉1进行加热，第一种为恒温模式，通过设置温度设定点进行控制；第二种为分时控制模式，通过设置发热时段进行控制；以及第三种为防冻模式，即电采暖炉1默认处于待机状态，下面将进行详细介绍。

在第一种启动恒温控制按钮模式下，温度传感器27采集室温，当室温低于温度设定点，电采暖炉1的控制组件12使PTC陶瓷发热体20的电极回路接通，PTC陶瓷发热体20发热，为管网提供热循环水，从而达到加热采暖的目的。

在第二种启动分时控制按钮模式下，控制组件12在设置的发热时段内使PTC陶瓷发热体20电极回路接通，PTC陶瓷发热体20发热，为管网提供热循环水，从而达到加热采暖的目的。第二种分时模式的具体运行时段可以由用户自行设定，例如用户可以设置在不同加热时段进行加热，可以为4:00-7:00,16：00-20:00和23:00-0:00时间段进行加热,或者也可以为3:00-7:00,10:00-12:00和17:00-21:00时间段进行加热。在第二种工作模式下，如果在非发热时段时环境温度降至5摄氏度，则控制组件12启动防冻运行，使PTC陶瓷发热体20电极回路接通一段时间，防止采暖炉管网冻损。

第三种启动防冻按钮模式，即采暖炉默认处于待机状态，当环境温度低于5摄氏度则启动加热，防止采暖炉管网冻损。各控制模式采用现有技术中的电路设计手段实现。

本采暖炉包括三重过热保护功能。设置在电采暖炉1的外壳111内的小功率水泵14能够使电采暖炉1的内循环水加速流动，防止管网堵塞、干烧，从而能够保护管网不易过热，此为第一重保护。当高温传感器28采集到电采暖炉1高温信号，例如105℃时，控制组件12强制断开PTC陶瓷发热体20电极回路，从而达到进一步过热保护的目的，此为第二重保护。PTC陶瓷发热体20本身的居里温度可以过热保护，通常PTC陶瓷发热体本身的居里温度高于高温传感器设定的高温信号温度值，此为第三重保护。

本电采暖炉1还具有漏电保护功能，控制组件20检测到电源电器漏电后，自动切断电采暖炉1的电源；干烧保护功能，当水位低于设定的最低极限水位时停机；电源电压异常保护功能，当电源电压出现异常波动，自动断电。

当本电采暖炉1用于改造传统形式的燃煤供暖锅炉房时，通常多台采暖炉串联并联使用，进一步增加出水量，形成集中采暖系统。采暖炉配备的数量根据采暖面积来确定，也与采暖区域的房屋保温性能有关。大致来讲，每平米采暖面积需要配备60w采暖设备。一台电采暖炉1的额定功率为15-40kw。为了便于控制，还设置中央控制器对串联在一起的采暖系统进行监控，中央控制器能够监控管网中各自用户的室温，当管网中某用户的室温低于设定温度时启动电采暖炉1，当管网中所有用户的室温均高于设定温度时停止运行电采暖炉1；中央控制器也可以设定加热时段，从而在每天的固定时间段进行加热操作。

本电采暖炉1可进行落地式安装或借助于快速安装支架300实现壁挂式安装。如图6所示，所述快速安装支架300包括横向的连接支架34和定位支架35，以及纵向的固定臂32。一个连接支架34用来连接两个纵向的固定臂32形成一个安装组，一个安装组用来安装一台电采暖炉1。定位支架35用于将多个安装组连接定位，从而将多台采暖炉以固定间隔定位安装在一起。每个所述固定臂32下部设置有用于支撑所述外壳111的三角支撑件30，该三角形支撑件具有一个水平支撑顶面，采暖炉在安装状态下底部稳定放置在三角形支撑件的水平支撑顶面上。采暖炉1借助于顶部的固定结构，如固定孔，固定在位于快速安装支架的横向支架上方的两个快速安装结构33上，快速安装结构例如为钩状结构。快速安装支架300借助于穿过多个支架安装孔31的螺栓固定在诸如承重墙壁的待安装面上。

下面对本发明的集中采暖系统进行介绍：

如图7所示，本发明的集中采暖系统40，包括串联的至少两台前述的PTC陶瓷电采暖装置100以及一中央控制装置403，中央控制装置403设有用于获得用户管道405的水温信息的本地温度传感器401和用于获得总管道406的水温信息的远程温度传感器402，远程温度传感器402将采集到的总管道406的水温信息通过远传装置404与中央控制装置403中预设的第一水温阈值比较获得第一比较结果，本地温度传感器401将采集到的用户管道水温信息通过远传装置404与中央控制装置403中预设第二水温阈值比较获得第二比较结果，当第一比较结果和第二比较结果之一达到启动温度时，中央控制装置403启动PTC陶瓷电采暖装置进行加热工作。在一个优选实施方式中，冬季时打开本发明的集中采暖系统40令其处于待机状态，预设的第一水温阈值为25℃，预设的第二水温阈值为40℃，当远程温度传感器402所采集到的总管道406的水温信息低于25℃时，或者当本地温度传感器401将采集到的用户管道水温信息低于40℃时，中央控制装置403启动PTC陶瓷电采暖装置100进行加热工作，否则集中采暖系统40处于待机状态。而且可选择的是，第一水温阈值设定为35℃-45℃，第二水温阈值设定为35℃-45℃。由于本发明串联多台PTC陶瓷电采暖装置100，因此可以实现根据用户供暖面积有选择的设定PTC陶瓷电采暖装置100的数量，方便地进行扩容；另外由于本发明同时设置有本地温度传感器和远程温度传感器，实现本地管网与远程管网水温双重检测，当所获得的第一比较结果即远程管网水温未达到预设第一水温阈值时，集中采暖装置40开始供热，或者当所获得的第二比较结果即本地管网水温未达到预设第二水温阈值时，集中采暖装置40也开始供热，这样的双重检测确保用户在供暖季节实现供暖保障。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种PTC陶瓷电采暖装置，包括外壳及其中设置的至少一个加热组件、电源组件、控制组件、出入水管、软水装置、补水装置和自动排气阀，

所述加热组件包括并排设置的多根传热管、夹设在每两根传热管之间的多个PTC陶瓷发热体、以及包围所述传热管和PTC陶瓷发热体的保护罩，其中，

每两根传热管之间夹设有多个PTC陶瓷发热体，所述PTC陶瓷发热体分为三组，分别与电源组件电气连通构成回路，从而在控制组件的控制下发热和停止发热，PTC陶瓷发热体外部包覆有电气绝缘漆，

所述多根传热管与多个PTC陶瓷发热体外周覆盖的保护罩内表面设置有保温层，

软水装置连接于入水管的入口端，自动排气阀连接于出水管的出口端，

其特征在于：

所述多根传热管借助于位于其两端并与之垂直的入水管和出水管并联连通，传热管为三层结构，最内层为铜，中间层为合金铝层，最外层为电气绝缘漆层，

在外壳内适当位置还设置有小功率泵送装置，用于使PTC陶瓷电采暖装置内流体流动加速，防止阻塞，

控制组件借助于高温传感器对PTC陶瓷电采暖装置进行过热保护。

2.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于:所述多根传热管竖直并排设置，出水管和入水管分别水平设置在传热管的上方和下方。

3.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：所述多根传热管水平并排设置，出水管和入水管分别竖直设置在传热管的两侧，并使入水口位于入水管的下端，出水口位于出水管的上端。

4.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：所述加热组件为三个，所述各加热组件相互电气并联且水路并联，控制组件可控制三个加热组件启动其中的一个、两个或三个。

5.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：控制组件包括分时控制模式，对发热组件进行分时段控制，使所述的PTC陶瓷电采暖装置在设定的时间段进行加热。

6.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：控制组件包括恒温模式，借助于温度传感器实现室内恒温控制。

7.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：控制组件包括防冻模式，在环境温度降至5摄氏度时启动防冻运行。

8.根据权利要求1所述的PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：PTC陶瓷发热体外部包覆的电气绝缘漆采用高电阻无机晶体高温耐压成膜材料为基体，填料包括α-氧化铝、氮化硅或者高级云母片。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的PTC陶瓷电采暖装置的集中采暖系统，其包括一中央控制装置和串联在一起的至少两个所述PTC陶瓷电采暖装置，其特征在于：所述中央控制装置设有用于获得用户管道水温的本地温度传感器和用于获得总管道水温的远程温度传感器，所述远程温度传感器将采集到的总管道水温信息通过远传装置与所述中央控制装置中预设的第一水温阈值比较获得第一比较结果，所述本地温度传感器将采集到的用户管道水温信息通过远传装置与所述中央控制装置中预设的第二水温阈值比较获得第二比较结果，所述中央控制装置根据所述第一比较结果或所述第二比较结果启动或停止PTC陶瓷电采暖装置加热。

10.根据权利要求9所述的集中采暖系统，其特征在于：所述第一水温阈值设定为45℃-55℃并且所述第二水温阈值设定为35℃-45℃。