CN105465879A - 一种基于电热储能装置的供暖系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供暖装置、具有该供暖装置的供暖系统及其控制方法，该供暖装置包括：蓄热体、换热装置和控制器。所述炉体的上设有用于连接电源的电缆接口和用于对炉体内部空间加热的加热装置；所述蓄热体设在所述炉体内用于储存热量；所述换热装置的至少一部分设在所述炉体内，所述换热装置具有适于连接热水循环装置的进水口和出水口；所述控制器分别与所述电缆接口和所述加热装置相连。根据本发明实施例的供暖装置，可以通过蓄热体蓄热，将加热装置产生的一部分热量储存起来，并可以通过蓄热体储存的热量来供暖。

Description

一种基于电热储能装置的供暖系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电气和热力工程技术领域，特别涉及一种供暖装置，具有该供暖装置的供暖系统以及该蓄热、换热控制方法。

背景技术

当前，雾霾天气已成为城市污染的普遍现象，冬季尤为严重，其中燃煤供暖是最重要的污染源。北方地区风力资源丰富，是我国开展风力发电的最主要区域，受电网调度的影响，北方地区冬季为保障供暖需要，热电厂处于满负荷运行，弃用风电现象严重，造成大量风资源浪费，制约影响了风电产业的进一步发展。另一方面，北方城市冬季供热能力不足，供热以燃煤为主，清洁供热比例低，燃烧大量煤炭。既严重污染了大气环境，又增加城市交通运输压力，影响城市景观形象。

在北方城市大规模地推广利用风电的清洁热源解决城市供热及工业生产热源，完全符合国家产业支持方向，可以最大限度地利用风力资源，实现风电全部就近消纳，优化平衡电网。实现风电清洁供热，减少燃煤污染物排放，对于改善我国的大气环境，实现节能减排目标，促进风电产业健康发展都具有十分重要的意义。

基于电加热装置能在国外发达国家已普遍应用。其比较其它热源形式的供热设备具有以下优点：对环境没有污染、无三废排放、清洁无噪音，并且操作简单、维修方便、自动化程度高、常压运行、安全可靠、便于控制等优点。基于电加热装置的供热在国外发展得很快。我国在相当长的一段时间内用电供求存在着相当大的矛盾，电力生产满足不了用电需要。这就决定不能把电力这种宝贵的高品位能源通过用电供热设备转化为低品位的热能，因为那将是极大的浪费。但是随着电力事业的发展，人民生活水平的提高和产业结构的变化。电有了其存在和发展的“空间”。首先白天高峰时段的用电量不断增加而夜晚的用电量又很小，用电的峰、谷差值很大，这给电网的运行、管理带来了直接的困难和经济损失。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种供暖装置，该供暖装置内设有可以蓄热的蓄热体。

本发明还提出了一种具有该供暖装置的供暖系统。

本发明还提出了一种该供暖装置的控制方法。

根据本发明实施例的供暖装置，包括：蓄热体、蓄热体、换热装置和控制器。所述炉体的上设有用于连接电源的电缆接口和用于对炉体内部空间加热的加热装置；所述蓄热体设在所述炉体内用于储存热量；所述换热装置的至少一部分设在所述炉体内，所述换热装置具有适于连接热水循环装置的进水口和出水口；所述控制器分别与所述电缆接口和所述加热装置相连。

根据本发明实施例的供暖装置，可以通过蓄热体蓄热，将加热装置产生的一部分热量储存起来，并可以通过蓄热体储存的热量来供暖。

另外，根据本发明上述实施例的供暖装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述炉体上还设有压力调节装置，所述压力调节装置包括连接管、压力控制阀门、安全阀门、放空阀门和膨胀箱，所述连接管的一部分伸入所述炉体内，所述压力控制阀门、所述安全阀门、所述放空阀门和所述膨胀箱设在所述炉体外且分别与所述连接管相连。

根据本发明的一个实施例，所述供暖装置还包括蓄热体温度安全控制器和用于检测蓄热体温度的蓄热体温度传感器，所述蓄热体温度传感器和所述蓄热体温度安全控制器中的任一个均与所述控制器和所述蓄热体相连。

根据本发明的一个实施例，该供暖装置还包括室外温度传感器和室内温控装置，所述室外温度传感器和所述室内温控装置中的任一个均与所述控制器相连。

根据本发明的一个实施例，所述换热装置包括风机、热风循环道和换热器，所述风机与所述控制器相连，所述风机与所述热风循环道相连，所述热风循环道与所述换热器相连，且所述换热器具有适于连接热水循环装置的所述进水口和所述出水口，所述风机包括风机电机和变频器。

根据本发明的一个实施例，所述换热器为涡流热膜管壳式换热器。

根据本发明的一个实施例，所述炉体包括：炉壳和设在所述炉壳内的隔热层，所述隔热层包括保温砖，且所述保温砖的表面涂覆有耐高温隔热保温涂料和耐高温远红外辐射涂料。

根据本发明的一个实施例，所述炉壳为钢制喷塑炉壳。

根据本发明的一个实施例，所述蓄热体包括蓄热体壳和设在所述蓄热体炉壳内的蓄热介质，所述蓄热介质为氧化镁或磁性蓄热砖。

根据本发明的一个实施例，所述加热装置为电阻式管状电热元件和电极式管状加热装置中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述加热装置包括相互独立地与所述控制器相连的多组加热丝。

根据本发明实施例的供暖系统，包括：供暖装置和热水循环装置。所述供暖装置为根据本发明前述实施例所述的供暖装置；所述热水循环装置与所述供暖装置的所述换热装置的进水口和出水口相连。

根据本发明实施例的供暖系统，可以通过蓄热体蓄热，将加热装置产生的一部分热量储存起来，并可以通过蓄热体储存的热量来供暖。因此，本发明的供暖装置可以选择打开加热装置加热的时间，在加热装置关闭时，可以采用蓄热体储存的热量来进行供暖。鉴于在现有用电的实际情况中，白天的用电量大供电负荷大，晚上的用电量小供电负荷小，因此，本发明的蓄热装置可以选择在晚上打开加热装置加热，并通过蓄热体蓄能，白天仅通过蓄热体进行供暖，从而避开用电高峰降低供电的负担。

根据本发明的一个实施例，所述热水循环装置包括热水循环管路、热水管道膨胀阀、阻挡阀门、放气阀门、压力检测装置和水箱，所述热水循环管路与所述换热器的进水口和出水口相连形成水路循环，所述热水循环管路包括热水循环泵，所述热水管道膨胀阀、所述阻挡阀门、所述放气阀门、所述压力检测装置和所述水箱分别与所述热水循环管路相连。

根据本发明的一个实施例，所述热水循环泵为无刷直流热水循环泵。

根据本发明实施例的供暖系统的控制方法，该供暖系统为根据本发明前述实施例所述的供暖系统，该方法包括：启动供暖系统并对供暖系统进行初始化，初始化完成后启动加热装置加热炉体、蓄热器以及水循环系统，检测炉体温度及热水循环装置内的循环水温度，当炉体温度达到预定温度范围后停止加热装置或降低加热装置的功率，并根据所述供暖系统的热水循环装置中的水压、流量和出水温度调节热水循环系统的水压、流量、出水温度以及换热装置的换热效率。

根据本发明实施例的供暖系统的控制方法，可以方便控制加热装置启动和停止，便于对供暖系统进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述加热装置包括多组加热丝，多组所述加热丝采用手动控制或自动控制，且多组所述加热丝采用陆续启动的方式启动。

根据本发明的一个实施例，所述供暖系统的换热装置包括风机、热风循环道和换热器，所述风机与所述热风循环道相连，所述热风循环道与所述换热器相连，且所述换热器具有适于连接热水循环装置的所述进水口和所述出水口，根据热风循环道的回风温度以及热水循环装置的回水温度和水流速度调节所述风机的转速，且所述风机转速通过变频的方式调节。

根据本发明的一个实施例，所述热水循环装置的循环水温度、循环水压力以及循环水流量通过闭环控制的方式调节。

根据本发明的一个实施例，所述热水循环装置的循环水温度的调节方法包括：检测循环水温度并将检测到的循环水温度与循环水温度的预定值进行比较获得温度偏差信号，根据温度偏差信号执行控制算法计算得出水温调节控制量，并根据该水温调节控制量调节循环水温度。

根据本发明的一个实施例，所述热水循环装置的循环水的水压的调节方法包括：检测循环水的水压并将检测到的循环水的水压与循环水水压的预定值进行比较获得水压偏差信号，根据水压偏差信号执行控制算法计算得出水压调节控制量，并根据该水压调节控制量调节所述热水循环装置的循环水的水压。

根据本发明的一个实施例，所述热水循环装置的循环水流量的调节方法包括：检测循环水流量并将检测到的循环水流量与循环水流量的预定值进行比较获得流量偏差信号，根据流量偏差信号执行控制算法计算得出流量调节控制量，并根据该流量调节控制量调节所述热水循环装置的循环水的流量。

根据本发明的一个实施例，所述控制算法为数字PID控制算法、自校正控制算法或模糊控制算法。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的供暖系统的示意图。

图2是本发明一个实施例的供暖系统的温度控制流程图。

图3是本发明一个实施例的供暖系统的压力控制流程图。

图4是本发明一个实施例的供暖系统的系统流程图。

图5是本发明一个实施例的供暖系统的热水循环装置的温度控制流程图。

图6是本发明一个实施例的供暖系统的热水循环装置的压力控制流程图。

图7是本发明一个实施例的供暖系统的热水循环装置的流量控制流程图。

附图标记：室外温度传感器1，电缆接口2，室内温控装置3，控制器4，电源保险5，隔热层6，蓄热体外壳7，蓄热介质8，加热装置9，蓄热体温度安全控制器10，蓄热体温度传感器11，炉壳12，换热器13，热风循环道14，风机15，风机电机16，出水温度安全调节件17，放气阀门18，调压阀19，温度计20，压力控制阀门21，热水循环泵22，压力表23，安全阀门24，热水管道膨胀阀25，放空阀门26，连接管箍27，膨胀箱28，炉体100，蓄热体200，换热装置300，压力调节装置400，连接管401，热水循环管路501，水箱502。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参照附图详细描述本发明实施例的供暖装置。

如图1所示，根据本发明实施例的供暖装置，包括：炉体100、蓄热体200、换热装置300和控制器4。

炉体100的上设有用于连接电源的电缆接口2和用于对炉体100内部空间加热的加热装置9。蓄热体200设在炉体100内用于储存热量，在加热装置9加热过程中，一部分热量用于供暖，另一部分热量由蓄热体200储存。换热装置300的至少一部分设在炉体100内，换热装置300具有适于连接热水循环装置的进水口(未示出)和出水口(未示出)。控制器4分别与电缆接口2和加热装置9相连，控制器4可以控制加热装置9断电或通电。

根据本发明实施例的供暖装置，可以通过蓄热体200蓄热，将加热装置9产生的一部分热量储存起来，并可以通过蓄热体200储存的热量来供暖。

因此，本发明的供暖装置可以选择打开加热装置9加热的时间，在加热装置9关闭时，可以采用蓄热体储存的热量来进行供暖。鉴于在现有用电的实际情况中，白天的用电量大供电负荷大，晚上的用电量小供电负荷小，因此，本发明的蓄热装置可以选择在晚上打开加热装置9加热，并通过蓄热体蓄能，白天仅通过蓄热体进行供暖，从而避开用电高峰降低供电的负担。

在本发明的一些实施例中，电缆接口2连接有电源保险5，从而提高了供暖装置的安全性能，且便于维护。

供暖装置还包括用于调节供暖装置的出水温度的出水温度安全调节件17，出水温度安全调节件17与控制器4相连。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，炉体100上还设有压力调节装置400，压力调节装置400包括连接管401、压力控制阀门21、安全阀门24、放空阀门26和膨胀箱28，连接管401的一部分伸入炉体100内，压力控制阀门21、安全阀门24、放空阀门26和膨胀箱28设在炉体100外且分别与连接管401相连。可以通过压力调节装置400的调节，避免炉体100内的压强过大或过小，从而保证炉体100的安全。

进一步地，如图1所示，供暖装置还包括蓄热体温度安全控制器10和用于检测蓄热体温度的蓄热体温度传感器11，蓄热体温度传感器11和蓄热体温度安全控制器10中的任一个均与控制器4和蓄热体200相连。从而有效控制蓄热体200温度，避免蓄热体200温度过高。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，该供暖装置还包括室外温度传感器1和室内温控装置3，室外温度传感器1和室内温控装置3中的任一个均与控制器4相连。从而，可以根据室内外温度情况调节供暖温度。

如图1所示，换热装置300包括风机15、热风循环道14和换热器13，风机15与控制器4相连，风机15与热风循环道14相连，热风循环道14与换热器13相连，且换热器13具有适于连接热水循环装置的进水口和出水口。从而便于热风与水的换热，提高能源利用效率，便于供暖。

另外，风机15包括风机电机16和变频器。

进一步地，如图1所示，换热器13为涡流热膜管壳式换热器。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，炉体100包括：炉壳12和设在炉壳12内的隔热层6，隔热层6包括保温砖，且保温砖的表面涂覆有耐高温隔热保温涂料和耐高温远红外辐射涂料。从而使炉体100保温，且提高炉体100的使用寿命。

有利地，炉壳12为钢制喷塑外壳。

进一步地，蓄热体200包括蓄热体外壳7和设在蓄热体外壳7内的蓄热介质8，蓄热介质8为氧化镁或磁性蓄热砖。

优选地，加热装置9为电阻式管状电热元件和电极式管状加热装置9中的至少一种。

另外，加热装置9包括相互独立地与控制器4相连的多组加热丝。其中，相互独立是指一组加热丝对另一组加热丝没有影响，控制器4分别单独地控制每一组加热丝的通断电。

下面参照附图描述本发明实施例的供暖系统。

如图1所示，根据本发明实施例的供暖系统，包括：供暖装置和热水循环装置。供暖装置为根据本发明前述实施例的供暖装置。热水循环装置与供暖装置的换热装置的进水口和出水口相连，热水循环装置用于对室内供暖。

根据本发明实施例的供暖系统，可以通过蓄热体200蓄热，将加热装置9产生的一部分热量储存起来，并可以通过蓄热体200储存的热量来供暖。因此，本发明的供暖装置可以选择打开加热装置9加热的时间，在加热装置9关闭时，可以采用蓄热体储存的热量来进行供暖。鉴于在现有用电的实际情况中，白天的用电量大供电负荷大，晚上的用电量小供电负荷小，因此，本发明的蓄热装置可以选择在晚上打开加热装置9加热，并通过蓄热体蓄能，白天仅通过蓄热体进行供暖，从而避开用电高峰降低供电的负担。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，热水循环装置包括热水循环管路501、热水管道膨胀阀25、阻挡阀门19、放气阀门18、压力表23和水箱502，热水循环管路501与换热器13的进水口和出水口相连形成水路循环，热水管道膨胀阀25、阻挡阀门19、放气阀门18、压力表23和水箱502分别与热水循环管路501相连，热水循环管路501包括热水循环泵22。

热水循环管路501与水箱502之间通过连接管箍27连接到一起。

优选地，热水循环泵22为无刷直流热水循环泵。

其中热水循环管路501上设有用于检测循环水的水温的温度计20，从而可以方便地查看循环水的温度，而且还可以方便根据温度计20调节循环水温度。

下面参照附图描述本发明实施例的供暖系统的控制方法。

如图1至图7所示，根据本发明实施例的供暖系统的控制方法，该供暖系统为根据本发明前述实施例所述的供暖系统，该方法包括：启动供暖系统并对供暖系统进行初始化，初始化完成后启动加热装置加热炉体、蓄热器以及水循环系统，检测炉体温度及热水循环装置内的循环水温度，当炉体温度达到预定温度范围后停止加热装置或降低加热装置的功率，并根据所述供暖系统的热水循环装置中的水压、流量和出水温度调节热水循环系统的水压、流量、出水温度以及换热装置的换热效率。

根据本发明实施例的供暖系统的控制方法，可以方便控制加热装置启动和停止，便于对供暖系统进行控制。

对于根据所述供暖系统的热水循环装置中的水压、流量和出水温度调节热水循环系统的水压、流量、出水温度的调节方式是本领域的普通技术人员可以理解的，其中，这里所述的调节方式是指对根据检测结果判定调大或调小水压、流量、出水温度，例如，根据热水循环装置中的水压调节循环水的水压，调节方式如下述，在循环装置中的水压过大时调小水压，在循环装置中的谁呀过小时升高水压，这些均是本领域的普通技术人员容易理解的。

另外，根据所述供暖系统的热水循环装置中的水压、流量和出水温度调节换热装置的换热效率的调节方式也是本领域普通技术人员可以理解的，例如在出水温度过高时，可以降低换热装置的换热效率。

在本发明的一些实施例中，所述加热装置包括多组加热丝，多组所述加热丝采用手动控制或自动控制，且多组所述加热丝采用陆续启动的方式启动。

如图1和图2所示，所述供暖系统的换热装置包括风机、热风循环道和换热器，所述风机与所述热风循环道相连，所述热风循环道与所述换热器相连，且所述换热器具有适于连接热水循环装置的所述进水口和所述出水口，根据热风循环道的回风温度以及热水循环装置的回水温度和水流速度调节所述风机的转速，且所述风机转速通过变频的方式调节。

进一步地，所述热水循环装置的循环水温度、循环水压力以及循环水流量通过闭环控制的方式调节。

优选地，所述热水循环装置的循环水温度的调节方法包括：检测循环水温度并将检测到的循环水温度与循环水温度的预定值进行比较获得温度偏差信号，根据温度偏差信号执行控制算法计算得出水温调节控制量，并根据该水温调节控制量调节循环水温度。

进一步地，所述热水循环装置的循环水的水压的调节方法包括：检测循环水的水压并将检测到的循环水的水压与循环水水压的预定值进行比较获得水压偏差信号，根据水压偏差信号执行控制算法计算得出水压调节控制量，并根据该水压调节控制量调节所述热水循环装置的循环水的水压。

有利地，所述热水循环装置的循环水流量的调节方法包括：检测循环水流量并将检测到的循环水流量与循环水流量的预定值进行比较获得流量偏差信号，根据流量偏差信号执行控制算法计算得出流量调节控制量，并根据该流量调节控制量调节所述热水循环装置的循环水的流量。

优选地，所述控制算法为数字PID控制算法、自校正控制算法或模糊控制算法。

下面参照附图简略描述本发明一个具体实施例的供暖系统及其控制方法。

本发明提供了一种加热、储热、取热、换热及控制一体化相变电蓄热装置，实现无压的内循环储热，具有高焓、高潜热和高转换效率的特点，从根本上解决相关设备效率低下的行业难点问题。

装置的加热采用耐高温的电加热装置9通电发热，加热特制的蓄热体200——高比热容、高比重的磁性蓄热砖，再用耐高温、低导热的保温材料将贮存的热量保存住，按照取暖人的意愿调节释放速度，慢慢地将贮存的热量释放出来。贮存热量的多少可根据室外温度的高低人为加以调节。钢制喷塑的外壳则对整个设备起到保护和美化作用。

电热储能装置是利用夜间(23时至次日7时)电网低谷时段的低价电能，在6-8小时内完成电、热能量转换并贮存，在电网高峰时段，以辐射、对流的方式将贮存的热量释放出来，实现全天24小时室内供暖。也就是说，每天只用通电6-8小时，就能实现全天24小时取暖，达到了节省取暖费用的目的。

电蓄热装置就是利用午夜低谷时段电力将蓄热体(分为水蓄热和固体蓄热)加热到一定的温度(水90℃、固体材料小于800℃)，同时也要满足低谷时段建筑物的供暖负荷，在平电时段和峰电时段靠被加热的蓄热体余温来供暖的一种供暖方式。其中室外温度传感器就是用来检测温度的实时变化，以此来控制装置内加热装置的启停，以及控制何时切换供暖开关，采用蓄热装置供暖。

电缆接口用来连接交流市电来为蓄热装置系统进行供电，以完成系统的加热和启停等功能。

由装置、热水循环装置、固态继电器电加热装置(DGT)、热水循环泵等组成。整个系统有两个检测变量(装置温度TT1、循环水TT2)，一般选择装置温度为被控变量。有两个控制变量(电动阀门VC1、VC2的开度控制和固态继电器DGT的通断)可以选为操作变量，另外可选择进水/出水电磁阀VD1/VD2的通断作为系统的扰动量，模拟实际生产工程中的冲击进水/排水对温度的扰动。其系统框图如图2所示。

电热装置控制系统的控制核心为PLC，它负责所有信息的处理。所有监测开关量送入PLC(控制器)输入口，传感器将测得的水温信号送入PLC专用A/D转换模块进行数据处理。PLC按照预置程序完成对水温控制系统的自动测量控制，实现加热器的投退和热水循环泵电机、补热水循环泵电机的自动启停，以及各热水循环泵的工作、备用运行状态的自动切换，以维持装置水温的正常。

系统中带有电源保险，当电源故障放生短路、过压、过流等现象时，电源保险会自动对整个系统起到保护作用。

装置高温隔热保温材料一部分是保温砖的，保温砖在高温装置里工作3-5年后，保温砖会发酥脱落，严重影响装置的安全和隔热保温性。装置保温砖的节能做法是在保温砖的表面先涂刷ZS-1耐高温隔热保温涂料，减少保温砖的受热温度和腐蚀介质的侵蚀，在耐高温隔热保温涂料外再涂刷ZS-1061耐高温远红外辐射涂料，增加装置的燃烧温度，降低排烟温度，使能源充分燃烧。这样装置节能率可以提高10％-15％，延长装置使用年限，减少装置热量流失。

本系统的蓄热介质采用高纯、高致密的氧化镁材料，它在高温下具有优良的耐酸碱性和电绝缘性，光透过性好，导热性高，热膨胀系数大。氧化镁陶瓷是典型的碱性耐火材料，在氧化气氛或氮气保护下可稳定工作到2400℃，Fe、Zn、Pb、Cu、M等金属对它不起还原作用。

电热装置的加热元件主要是电阻式管状电热元件和电极式，由此分为电阻装置和电极装置。电阻装置功率一般小于2MW，电压220～380V；电极装置功率范围是1～50MW，工作电压3～20kV。目前国内电热装置厂家一般采用电阻式管状电热元件，也称为电热管，在接线方式上有单相(两个接线端子)和三相(三个接线端子)之分。电源电压为220V或380V，Y或星接法，一般为星接法。电热装置的电加热功率一般是靠多个电热管的功率量叠加而成的。在使用三相电源时，应根据三相平衡原则设计电热管的个数，否则会影响电网及热水循环泵等电器的正常工作。对于单相接线方式的电热管，建议选用3×N个，对于三相接线方式的电热管，则可任意选择。

蓄热体温度安全控制器用来检测蓄热体温度的实时变化，当温度超出预设温度范围时，相应的发出控制信息，控制系统对温度进行调节，以满足当前温度需求。

本系统的蓄热体采用高比热容、高比重的磁性蓄热砖，蓄热体的温度信号传送到蓄热体温度传感器，传感器检测蓄热体当前温度值并回传到温度控制器对其进行温度控制，以此控制电加热元件的启停。

钢制喷塑的机组外壳则对整个设备起到保护和美化作用。

系统中的热交换采用涡流热膜的管壳式热交换器。这种换热器采用最新的涡流热膜传热技术，通过改变流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。最高可达10000W/m2℃。同时这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、耐高压、防结垢功能。其它类型的换热器的流体通道为固定方向流形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和安全性统一。由于考虑了换热管之间，换热管和壳体之间的流动关系，不再使用折流板强行阻挡的方式逼出湍流，而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流，并在保证换热管不互相摩擦的前提下保持应有的颤动力度。换热管的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器之间相互碰撞造成损伤的问题，又避免了普通管壳式换热器易结垢的问题。此外，涡流热膜的管壳式热交换器由全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上。而且换热速度快，耐高温(400℃)，耐高压(2.5Mpa)，应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。其维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗方便。

热风循环系统采用风机循环送风方式，风循环均匀高效。风源由循环送风电机(采用无触点开关)带动风轮经由加热器，而将热风送出，再经由风道将热风送至储热内室，再将使用后的空气吸入风道成为风源再度循环，加热使用。确保室内温度均匀性。为确保炉膛内保持恒温，以热力学为基础，通过热平衡计算来校核各结构尺寸设计的合理性与确定加热元件。而当因开关门动作或其他干扰现象引起温度值发生摆动时，则通过温度控制系统来调整加热元件的功率，从而调整炉内温度，保证恒温。

对电热水装置而言，热水温度是其运行的主要控制参数。对用于电蓄热取暖的热水装置，主要调节的目标是出水温度。电热装置智能控制器水温调节的任务，就是从通过分级调节循环流量来调节出水温度。由于电热装置连接了一个复杂的管路系统，并且水体循环供热是一个复杂的很难量化计算的过程，所以电热装置水温是一个大惯性大滞后的难控系统。当用户用热量变化或者室外气温变化时，目标出水温度和循环流量将发生变化。影响电热装置水温的因素很多，加热功率，循环流量以及室外气温，供暖面积等。蓄热器和管路中的水体质量远大于装置内水体的质量，管路系统的时滞性和惯性也远大于装置水体，所以出水温度对回水温度的影响滞后很大。

放气阀门采用自动放气阀门，自动放气阀门就是一种安装在供暖或供水系统上具有自动放气功能的阀门，也叫自动排气阀或放风阀。自动放气阀主要由阀帽、阀盖、浮桶、连杆、阀体组成，浮桶连着连杆，可以上下自由运动。当系统有气体产生时，进入自动放气阀的阀腔内，随着气体的增加压力增大，把阀腔内的水挤出，浮桶随着水面下降，打开排气口，气体从排气口排出，气体排出后水面上升，浮桶随之上升，连杆堵住排气口，阻止系统水从排气口流出。

阻断阀门则是用于对紧急事故的快速处理，当系统发生严重故障而不能迅速恢复正常运行时，蒸汽热流和热水等继续供给高温可能造成严重的事故，阻断阀门就是在这时及时切断管路系统内的气流流通，避免事故的发生，待系统故障恢复后，阻断阀门打开，系统继续正常工作。

温度计正是用来实时显示装置体内水流的温度，通过显示的温度信息控制电加热元件的启停。以及放气阀门的开关，

压力控制阀门是压力控制系统的组成部分，压力控制系统由装置、热水循环泵、变频器(MMV)、电动阀门VC1、压力变送器、电磁阀VD1等组成，通过调节电动阀的开度和变频器的输出来控制装置的进水压力PT2。另外可选择电动调节阀VC1的开度和电磁阀VD1的通断为系统的扰动量，模拟实际生产过程中的用水量的变化和冲击负荷的扰动。其系统框图如图3所示。

本系统中的热水循环泵采用无刷直流热水循环泵(磁力驱动隔离式)。无刷直流热水循环泵采用了电子组件换向，无需使用碳刷换向，采用高性能耐磨陶瓷轴及陶瓷轴套，轴套通过注塑与磁铁连成整体也就避免了磨损，因此无刷直流磁力式热水循环泵的寿命大大增强了。磁力隔离式热水循环泵的定子部分和转子部分完全隔离，定子和电路板部分采用环氧树脂灌封，100％防水，转子部分采用永磁磁铁，热水循环泵机身采用环保材料，噪音低，体积小，性能稳定。可以通过定子的绕线调节各种所需的参数，可以宽电压运行。

无刷直流磁力驱动泵的磁铁与叶轮注塑成一体组成电机的转子，转子中间有直接注塑成型的轴套，通过高性能陶瓷轴固定在壳体中，电机的定子与电路板部分采用环氧树脂胶灌封于泵体中，定子与转子之间有一层薄壁隔离，无需配以传统的机械轴封，因而是完全密封。电机的扭力是通过矽钢片(定子)上的线圈通电后产生磁场带动永磁磁铁(转子)工作运转。对磁体进行n(n为偶数)级充磁使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。当定子线圈产生的磁极与磁铁的磁极处于异极相对，即两个磁极间的位移角Φ＝0，此时磁系统的磁能最低；当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角Φ＝2π/n，此时磁系统的磁能最大。去掉外力后，由于磁系统的磁极相互排斥，磁力将使磁体恢复到磁能最低的状态。于是磁体产生运动，带动磁转子旋转。无刷直流热水循环泵通过电子换向，无需使用碳刷，磁体转子和定子矽钢片都有多级磁场，当磁体转子相对定子旋转一个角度后会自动改变磁极方向，使转子始终保持同级排斥，从而使无刷直流磁力隔离泵有较高的转速和效率。

磁力隔离泵的定子与转子完全隔离，完全避免了传统的电机式无刷直流热水循环泵存在的液体泄漏问题。而且可以完全潜水使用并且完全防水，有效的提高了泵的使用寿命及性能。

压力表通过表内的敏感元件(波登管、膜盒、波纹管)的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。膜盒压力表的敏感元件由两块连接在一起的半圆形波浪的膜片组成。测量介质的压力作用在膜盒腔内侧，由此所产生的变形可用来间接测量介质的压力。压力值的大小由指针显示。膜盒压力表一般用来测量气体的压力，并能测量微压、过压保护在一定程度上也是可以的。当几个膜盒敏感元件叠在一起后会产生较大的传递力来测量极微小的压力。

安全阀门不仅仅起到开关的作用，更重要的是起到保护设备的安全。安全阀(又称泄压阀)是根据压力系统的工作压力(工作温度)自动启闭，一般安装于封闭系统的设备或管路上保护系统安全。当设备或管道内压力或温度超过安全阀设定压力时，自动开启泄压或降温，保证设备和管道内介质压力(温度)在设定压力(温度)之下，保护设备和管道正常工作，防止发生意外，减少损失。本系统的安全阀采用弹簧微启式安全阀。它是利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力。螺旋圈形弹簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺母来调节，利用这种结构就可以根据需要校正安全阀的开启(整定)压力。弹簧微启式安全阀结构轻便紧凑，灵敏度也比较高，安装位置不受限制，而且因为对振动的敏感性小，所以可用于移动式的压力容器上。这种安全阀的缺点是所加的载荷会随着阀的开启而发生变化，即随着阀瓣的升高，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力也跟着增加。这对安全阀的迅速开启是不利的。另外，阀上的弹簧会由于长期受高温的影响而使弹力减小。用于温度较高的容器上时，常常要考虑弹簧的隔热或散热问题，从而使结构变得复杂起来。

热水管道膨胀节是为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。蓄热电装置的膨胀节采用套筒式膨胀节。套管伸缩节由能够作轴向相对运动的内外套管组成。内外套管之间采用填料函密封。使用时保持两端管子在一条轴线上移动。它主要有套筒(芯管)，外壳，密封材料等组成。用于补偿管道的轴向伸缩及任意角度的轴向转动。具有体积小补偿量大的特点适用于热水、蒸气、水脂类介质，通过滑动套筒对外套筒的滑移运动，达到热膨胀的补偿。套筒式补偿器的内套筒与管道连接，采用高性能自压式动密封的原理与结构，它可以随着管道的伸缩在外壳内进行自由滑动，能适应任何管道的密封要求。外壳与内套筒之间采用新型合成材料密封，能耐高温，防腐蚀抗老化，适用温度-40至150，特殊情况下可达350。既能保证轴向滑动，又能保证管内介质不泄漏。

放空阀门必须在运行刚开始时将余热装置的主蒸汽排放到大气中，以确保机组温度不会上升太快。在放空阀门工作过程中，高温主蒸汽(高压/中压/低压)被旁路到大气中，在余热装置点火开始，压力和温度上升到某一特定点时。由于控制阀承受了全压差，阀门和下游管道会产生高噪音和高振动。因此，下游通常会安装如扩散器或消音器等限流设备。这样设计是为阀门提供一个背压，以限制压降以及随后产生的噪音和振动。它还可用于在离开系统被引入到大气中之前减轻噪音。控制阀噪声的要求通常是85分贝。在某些情况下，保温层可以用来满足噪声的要求。然而，在许多应用中，下游的管道阀门没有任何保温。远场噪声要求取决于工厂的所在地，但一般在围栏线要求为60分贝。除了噪音和振动外另一个问题是严密关断。由于这些阀通常用于在启动过程中或工厂跳车的情况，他们必须在正常运行期间保持关闭。如果阀门有明显的泄漏，蒸汽就会损失。

连接管箍是用来连接两根管子的一段短管。也叫外接头。管箍因为其使用方便，广泛应用于民用建筑、工业、农业等领域。

膨胀箱一般是高温蒸汽管道才用到，当蒸汽通过管道预热的过程中，有一部分蒸汽会冷凝成水，但这部分水是不能够进入装置的管道储水系统的，所以要排掉，膨胀箱位于管道的底部，其作用就是收集这部分水，不影响蒸汽品质。

本发明需要调节的变量包括：炉体温度：T1；出风温度：T2；回风温度：T3；出水温度：T4；回水温度：T5；水流速：V；出风压力：P1；回风压力：P2；出水压力：P3；回水压力：P4

本发明的控制器包括报警模块：当T1大于800时报警；当P1或P2大于风机承受的压力时报警；当回风温度大于风机承受的温度T风时报警；当流速过大时报警。

屏接受信息包括：屏需要接受的数据包括17路温度检测，4路压力检测，1路流量检测；plc返回的报警信号；发出信息包括：屏发给plc的数据包括急停，启动命令，为保护传感器设置的温度或压力阈值；外部输入命令包括加热时间段选择命令，手动启动加热命令。

加热丝设有手动和自动控制，在当日22:00到次日5点时，给三组加热丝加热，三组加热丝启动时采用陆续启动的方式，减小冲击电流。采用同时全开、全闭的方式工作，利用一个温度阈值T_炉max控制三组加热丝的启停。

本发明的风机采用变频器控制：接收信息包括：接收plc发出的命令，使变频器调整风机转动速度，炉子正常工作时要求的风机转速未知；当回风温度大于阈值T3max，或者水流速大于Vmax时PLC命令变频器调节风机转速，使转速降低；变频器采用PID控制方式，输入参数为出水温度T4，使其调整风机转速，让回水温度保持在140摄氏度；发出的信息包括：根据回水温度，流速；回风温度等情况，调节风机转速。

本发明的风机受变频器控制，当回风温度高于140℃时要求风机转速降低，这时需要变频器动作，降低风机出风温度。

PLC接收信息包括：来自屏的控制命令包括急停，启动，加热丝操作命令，加热时间段选择命令；接收传感器的上传数据(17路温度检测，4路压力检测，1路流量检测)，来自变频器返回的参数，返回的具体参数没确定。发出信息包括：PLC发给屏的信号报警信号；PLC发给加热丝的启动、停止命令；PLC发给变频器控制命令。

本控制系统由加热控制系统、温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统四大模块组成。系统的整体控制流程图如图4所示。

如图2至图7所示，首先对系统进行初始化。启动加热控制系统，对装置的炉体，水箱内储存的水，蓄热砖进行加热，并由温度检测装置和温度计实时监测加热温度，当加热到规定温度时，暂停加热控制系统，将产生的热量由蓄热砖储存起来，储存的热量还要通过温度传感器对其进行温度检测，传感器的温度检测信号发送给温度控制系统对其温度进行进一步控制。储存的热量要进入热交换炉进行热交换。把高温蒸汽携带的热量传递给炉内液体，同时要对待加热的液体实时进行温度、压力、流量的监测，当各项参数符合预定要求时，将产生的热量应用于用热设备。在蒸汽排入热交换炉时，蒸汽不可能被完全利用全部将热量传递给液体，期间必然会有热量损失，这时，对没有被热量交换的剩余蒸汽排出热交换炉，对其进行温度检测，控制温度控制系统对其进行温度控制，如果温度满足预设要求，则将这部分蒸汽经由风机，在压力满足系统要求时，将其循环排入蓄热炉，以此对剩余蒸汽循环利用，提高了系统的工作效率。

电热装置温度控制系统实验原理如图5所示，图中DTG电加热器和热水循环装置水温组成广义对象。热水循环装置水温为系统被控量，记为Ty(t)。温度变送器检测值4～20mA的电流反馈信号Ty(t)由PLC模拟量输入模块定时采样，经A/D转换成数字信号Tr(t)，输入到PLC的CPU进行处理。再与温度给定值Tr(t)比较，得到偏差信号ΔT。PLC根据偏差信号ΔT，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法等，计算出控制量u(t)，经PLC模拟量输出模块的D/A转换成4～20mA的电流控制信号u(t)输出，控制广义对象的输出Ty(t)，使其跟踪给定值Tr(t)。扰动信号f1表示热水循环装置进水的水流量，表示夹套循环水对装置温度的影响；f2表示进水电磁阀VD1的通断，表示冲击负荷对装置温度的扰动。

微型电热装置压力控制系统实验原理如图6所示。

图中调节阀VC1和管道进水压力组成广义对象。管道进水压力为系统被控量，记为Py(t)。压力变送器检测值4～20mA的电流反馈信号Py(t)，由PLC模拟量输入模块经A/D转换成数字信号Pr(t)输入到PLC的CPU进行处理。与上位机传递过来的给定值Pr(t)比较，得到偏差信号ΔP。PLC根据偏差信号ΔP，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法等，计算出控制量U(t)，经PLC模拟量输出模块的D/A转换成4～20mA的电流控制信号U(t)。控制广义对象的输出Pv(t)，使其跟踪给定值Pr(t)。扰动信号f1表示装置进水阀门VC1的开度，模拟装置水位控制系统调节过程中对进水压力的影响；f2表示进水电磁阀VD1的通断，表示冲击负荷对进水压力的扰动。

微型电热装置流量控制系统实验原理如图7所示，图中电动调节阀VC1和管道进水流量组成广义对象。管道进水流量为系统被控量，记为Fy(t)。流量变送器检测值4～20mA的电流反馈信号Fy(t)。由PLC模拟量输入模块定时采样，经A/D转换成数字信号Fr(t)，输入到PLC的CPU进行处理。再与上位机传递过来的流量给定值Fr(t)比较，得到偏差信号ΔF。PLC根据偏差信号ΔF，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID功控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法等，计算出控制量U(t)，经PLC模拟量输出模块的D/A转换成4～20mA的电流控制信号u(t)输出，控制广义对象的输出Fy(t)，使其跟踪给定值Fr(t)。扰动信号f1表示进水电磁阀VD1的通断，表示冲击负荷对进水流量的扰动。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种供暖装置，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体的上设有用于连接电源的电缆接口和用于对炉体内部空间加热的加热装置；

蓄热体，所述蓄热体设在所述炉体内用于储存热量；

换热装置，所述换热装置的至少一部分设在所述炉体内，所述换热装置具有适于连接热水循环装置的进水口和出水口；

控制器，所述控制器分别与所述电缆接口和所述加热装置相连。

2.根据权利要求1所述的供暖装置，其特征在于，所述炉体上还设有压力调节装置，所述压力调节装置包括连接管、压力控制阀门、安全阀门、放空阀门和膨胀箱，所述连接管的一部分伸入所述炉体内，所述压力控制阀门、所述安全阀门、所述放空阀门和所述膨胀箱设在所述炉体外且分别与所述连接管相连。

3.根据权利要求1或2所述的供暖装置，其特征在于，所述供暖装置还包括蓄热体温度安全控制器和用于检测蓄热体温度的蓄热体温度传感器，所述蓄热体温度传感器和所述蓄热体温度安全控制器中的任一个均与所述控制器和所述蓄热体相连。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的供暖装置，其特征在于，该供暖装置还包括室外温度传感器和室内温控装置，所述室外温度传感器和所述室内温控装置中的任一个均与所述控制器相连。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的供暖装置，其特征在于，所述换热装置包括风机、热风循环道和换热器，所述风机与所述控制器相连，所述风机与所述热风循环道相连，所述热风循环道与所述换热器相连，且所述换热器具有适于连接热水循环装置的所述进水口和所述出水口，所述风机包括风机电机和变频器。

6.根据权利要求5所述的供暖装置，其特征在于，所述换热器为涡流热膜管壳式换热器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的供暖装置，其特征在于，所述炉体包括：炉壳和设在所述炉壳内的隔热层，所述隔热层包括保温砖，且所述保温砖的表面涂覆有耐高温隔热保温涂料和耐高温远红外辐射涂料。

8.根据权利要求7所述的供暖装置，其特征在于，所述炉壳为钢制喷塑炉壳。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的供暖装置，其特征在于，所述蓄热体包括蓄热体炉壳和设在所述蓄热体炉壳内的蓄热介质，所述蓄热介质为氧化镁或磁性蓄热砖。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的供暖装置，其特征在于，所述加热装置为电阻式管状电热元件和电极式管状加热装置中的至少一种。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的供暖装置，其特征在于，所述加热装置包括相互独立地与所述控制器相连的多组加热丝。

12.一种供暖系统，其特征在于，包括：

供暖装置，所述供暖装置为根据权利要求1-11中任一项所述的供暖装置；

热水循环装置，所述热水循环装置与所述供暖装置的所述换热装置的进水口和出水口相连。

13.根据权利要求12所述的供暖系统，其特征在于，所述热水循环装置包括热水循环管路、热水管道膨胀阀、阻挡阀门、放气阀门、压力检测装置和水箱，所述热水循环管路与所述换热器的进水口和出水口相连形成水路循环，所述热水循环管路包括热水循环泵，所述热水管道膨胀阀、所述阻挡阀门、所述放气阀门、所述压力检测装置和所述水箱分别与所述热水循环管路相连。

14.根据权利要求13所述的供暖系统，其特征在于，所述热水循环泵为无刷直流热水循环泵。

15.一种供暖系统的控制方法，该供暖系统为根据权利要求12-14中任一项所述的供暖系统，其特征在于，该方法包括：启动供暖系统并对供暖系统进行初始化，初始化完成后启动加热装置加热炉体、蓄热器以及水循环系统，检测炉体温度及热水循环装置内的循环水温度，当炉体温度达到预定温度范围后停止加热装置或降低加热装置的功率，并根据所述供暖系统的热水循环装置中的水压、流量和出水温度调节热水循环系统的水压、流量、出水温度以及换热装置的换热效率。

16.根据权利要求15所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述加热装置包括多组加热丝，多组所述加热丝采用手动控制或自动控制，且多组所述加热丝采用陆续启动的方式启动。

17.根据权利要求15或16所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述供暖系统的换热装置包括风机、热风循环道和换热器，所述风机与所述热风循环道相连，所述热风循环道与所述换热器相连，且所述换热器具有适于连接热水循环装置的所述进水口和所述出水口，根据热风循环道的回风温度以及热水循环装置的回水温度和水流速度调节所述风机的转速，且所述风机转速通过变频的方式调节。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的供暖系统的控制方法，其特征在于，所述热水循环装置的循环水温度、循环水压力以及循环水流量通过闭环控制的方式调节。