CN107894020A - 一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了取暖设备技术领域的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，包括高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱、控制系统；所述高温蓄热堆包括蓄热箱，所述蓄热箱底部四周侧壁设有远红外线电热装置；蓄热箱内填充高温导热油，蓄热箱上设有高温导热油入口及高温导热油出口；蓄热箱中部设有隔网，所述隔网上方堆设有高温复合相变蓄热材料，所述高温复合相变蓄热材料浸泡在高温导热油内。本发明通过远红外线芯片对高温蓄热堆中的高温导热油加热，更加节能；采用蓄热换热器进行换热，且蓄热换热器内填充有中低温相变蓄热材料，在换热过程中，温度和热流恒定，换热平稳。
Description
技术领域
本发明涉及取暖设备技术领域，具体为一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置。
背景技术
随着我国工业与经济的发展，城市用电峰谷差值日趋拉大。如此大的电力峰谷差和高的峰值增长速度对电力调峰提出了更高的要求，并对电网的安全运行构成一定威胁。为了降低电网高峰期的负荷压力，各地修建了相应的调峰用的电站(如燃气轮机电厂、抽水蓄能电站)。但是这些措施并没有从根本上解决用电峰谷差的问题，而且随着工业与经济的发展、人们生活水平的提高，用电峰谷差的问题将将会更加严峻。要从根本解决这类问题，应采取推行峰谷段分时电价的措施，引导用户充分利用低谷电，达到削峰填谷，错峰调荷，平滑用电负荷曲线的目的，以此降低单位电能成本。现阶段给地已陆续实施了峰谷期分时段电价的政策。峰谷期分时段电价，实现了供需双赢，能够提升社会效益。为了用户能够更好得利用夜间用电谷期的廉价电，在设备上必须应用新的技术，开发新的产品。
此外，我国城市采暖形式以区域锅炉房和热电厂集中供热为主，燃料为煤，燃煤所造成的粉尘和有害气体排放是造成我国北方城市冬季污染的主要来源。在集中供热的系统中供热介质需通过长距离管网的输送，而且在输送末端没有有效的计量方式和调节手段，用户端无法根据需求调节供热量，这样就造成了热量损失较大，能源浪费严重的现象，近年来，我国南方部分地区出现了冬季温度较低天气，为了获得更好的舒适度，这些地区也在冬季开始采暖，因此我国居民的采暖面积随之增加。不仅在传统“三北”地区，在长江中下游地区的居民在冬季也开始应用了采暖技术。因此，这也带来了相应的环境污染与非集中供暖能源利用效率低的问题。为了有效改善城市环境并解决在非集中供暖地区的采暖问题，对新型的供暖装置的开发迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：包括高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱、控制系统；所述高温蓄热堆通过高温油泵系统与蓄热换热器相连；所述蓄热换热器通过水循环系统与供暖水箱相连，所述控制系统通过导线和线缆与高温蓄热堆、高温油泵系统、蓄热换热器、水循环系统、供暖水箱相连；所述高温蓄热堆包括蓄热箱，所述蓄热箱底部四周侧壁设有远红外线电热装置；蓄热箱内填充高温导热油，蓄热箱上设有高温导热油入口及高温导热油出口；蓄热箱中部设有隔网，所述隔网上方堆设有高温复合相变蓄热材料，所述高温复合相变蓄热材料浸泡在高温导热油内；所述蓄热箱外设有保温隔热外壳，所述保温隔热外壳下方设有承压底座。
进一步的，所述远红外电热装置为远红外线芯片；所述远红外线芯片包括镍丝、黑金圭基体、绝缘热缩管和耐高温导热芯，所述黑金圭基体将镍丝紧密包裹，所述耐高温导热芯焊接在镍丝的一端，所述绝缘热缩管紧密套装在耐高温导热芯与镍丝的焊接处。
进一步的，所述蓄热换热器采用管壳式；包括外壳，所述外壳内从下至上层叠设置有若干热流体层及若干冷流体层，所述热流体层夹在两个冷流体层之间；所述热流体层与冷流体层结构相同，分别包括依次相通的热流体进入通道/冷流体进入通道、热流体换热流道/冷流体换热流道和热流体流出通道/冷流体流出通道，且每一热流体层的热流体流出通道均与下一热流体层的热流体进入通道相通，每一冷流体层的冷流体流出通道与下一冷流体层的冷流体进入通道相通；外壳与热流体层及冷流体层的间隙内填充中低温相变蓄热材料。
进一步的，每一层的所述热流体换热流道/冷流体换热流道为多个，且内侧均设有内环肋，外侧均设有翅片。
进一步的，所述中低温相变蓄热材料为赤藻糖醇。
进一步的，所述高温油泵系统包括高温变频油泵和油管，所述高温变频油泵的一端通过油管与高温蓄热堆的高温导热油入口相接，另一端通过油管与蓄热换热器最下层热流体层的热流体流出通道相连；所述高温蓄热堆的高温导热油出口通过油管与蓄热换热器的最上层热流体层的热流体进入通道相连。
进一步的，所述供暖水箱上设有循环水入口、循环水出口、进水管路、出水管路，所述进水管路上设有双变频阻垢除垢器。
进一步的，所述水循环系统包括变频水泵和水管；所述变频水泵的一端通过水管与供暖水箱的循环水入口相接，另一端通过水管与蓄热换热器最下层冷流体层的冷流体流出通道相连；所述循环水入口通过水管与最上层冷流体层的冷流体流出通道连通。
进一步的，所述高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱中设有若干测温点，所述测温点处设有K式热电偶温度计，所述K式热电偶温度计、高温变频油泵及变频水泵均与控制系统相连。
进一步的，所述控制系统包括智能控制柜和配电柜，所述智能控制柜设置多组温度控制感应器，所述温度控制感应器与高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱中设有的若干测温点处的K式热电偶温度计对应连接；所述配电柜包括3组继电器，所述继电器通过控制系统控制且与高温蓄热堆的远红外电热装置连接，向远红外电热装置提供三相电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过远红外线芯片对高温蓄热堆中的高温导热油加热，相比传统电热器节能70％；而且远红外线芯片不直接和供暖水箱内的水接触，避免远红外线芯片发生结垢和断裂，使得远红外线芯片的工作寿命高于10000h，延长了电热水器的使用寿命，实现零维修；
2)主要采用高温复合相变蓄热材料进行蓄热，蓄热过程通过相变材料来实现，相变材料相变时潜热大，因此比显热蓄热密度要大得多，并且物质相变时是在等温或近似等温条件下发生的，因此在蓄热和放热过程中，温度和热流恒定；
3)采用蓄热换热器进行换热，且蓄热换热器内填充有中低温相变蓄热材料，在换热过程中，温度和热流恒定，换热平稳的同时也增加了本发明的蓄热量；
4)蓄热换热器的热流体换热流道和冷流体换热流道均为多个，且内侧均设有内环肋，外侧均设有翅片，强化了换热器的热量传递，提高了换热器在蓄热时的蓄热性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为热流体层/冷流体层的结构示意图；
图3为远红外电热装置的结构示意图；
图中：1-远红外电热装置、2-隔网、3-高温复合相变蓄热材料、4-高温导热油液位线、5-高温导热油、6-冷流体层、7-热流体层、8-中低温相变蓄热材料、9-供暖水箱、10-双变频阻垢除垢器、11-进水管路、12-出水管路、13-变频水泵、14-高温变频油泵、15-热流体进入通道/冷流体进入通道、16-内环肋、17-翅片、18-热流体换热流道/冷流体换热流道、19-热流体流出通道/冷流体流出通道、20-镍丝、21-黑金圭基体、22-绝缘热缩管、23-耐高温导热芯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明提供了一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：包括高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱9、控制系统；所述高温蓄热堆通过高温油泵系统与蓄热换热器相连；所述蓄热换热器通过水循环系统与供暖水箱9相连，所述控制系统通过导线和线缆与高温蓄热堆、高温油泵系统、蓄热换热器、水循环系统、供暖水箱9相连。
所述高温蓄热堆包括蓄热箱，所述蓄热箱底部四周侧壁设有远红外线电热装置；蓄热箱内填充高温导热油5，蓄热箱上设有高温导热油入口及高温导热油出口；蓄热箱中部设有隔网2，所述隔网2上方堆设有高温复合相变蓄热材料3，所述高温复合相变蓄热材料3浸泡在高温导热油5内；所述蓄热箱外设有保温隔热外壳，所述保温隔热外壳下方设有承压底座。
所述蓄热换热器采用管壳式；包括外壳，所述外壳内从下至上层叠设置有若干热流体层7及若干冷流体层6，所述热流体层7夹在两个冷流体层6之间；所述热流体层7与冷流体层6结构相同，分别包括依次相通的热流体进入通道/冷流体进入通道15、热流体换热流道/冷流体换热流道18和热流体流出通道/冷流体流出通道19，且每一热流体层7的热流体流出通道均与下一热流体层7的热流体进入通道相通，每一冷流体层6的冷流体流出通道与下一冷流体层6的冷流体进入通道相通；外壳与热流体层7及冷流体层6的间隙内填充中低温相变蓄热材料8。
所述高温油泵系统包括高温变频油泵14和油管，所述高温变频油泵14的一端通过油管与高温蓄热堆的高温导热油入口相接，另一端通过油管与蓄热换热器最下层热流体层7的热流体流出通道相连；所述高温蓄热堆的高温导热油出口通过油管与蓄热换热器的最上层热流体层7的热流体进入通道相连。
所述供暖水箱9上设有循环水入口、循环水出口、进水管路11、出水管路12，所述进水管路11上设有双变频阻垢除垢器10。
所述水循环系统包括变频水泵13和水管；所述变频水泵13的一端通过水管与供暖水箱9的循环水入口相接，另一端通过水管与蓄热换热器最下层冷流体层6的冷流体流出通道相连；所述循环水入口通过水管与最上层冷流体层6的冷流体流出通道连通。
所述高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱9中设有若干测温点，所述测温点处设有K式热电偶温度计，所述K式热电偶温度计、高温变频油泵14及变频水泵13均与控制系统相连。
其中：高温蓄热堆内的测温点设在高温导热油5处、高温复合相变蓄热材料3处；蓄热换热器内测温点设在中低温相变蓄热材料8处；供暖水箱9内的测温点设在出水管路12口处。
所述控制系统包括智能控制柜和配电柜，所述智能控制柜设置多组温度控制感应器，所述温度控制感应器与高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱9中设有的若干测温点处的K式热电偶温度计对应连接；所述配电柜包括3组继电器，所述继电器通过控制系统控制且与高温蓄热堆的远红外电热装置1连接，向远红外电热装置1提供三相电。
优选的，所述远红外电热装置1为远红外线芯片；所述远红外线芯片包括镍丝20、黑金圭基体21、绝缘热缩管22和耐高温导热芯23，所述黑金圭基体21将镍丝20紧密包裹，所述耐高温导热芯23焊接在镍丝20的一端，所述绝缘热缩管22紧密套装在耐高温导热芯23与镍丝20的焊接处。
值得说明的是，上述黑金圭基体21是经热压烧结而成，上述绝缘热缩管22用于接线密封，上述镍丝20通过银焊料与耐高温导热芯23真空焊接。远红外线芯片接通电流后，镍丝20产生高密度热能，使远红外线芯片的温度高达2000度，通过与黑金圭基体21结合产生远红外线能量，实现360度无死角放热，通过自身产生远红外线光能的广阔加热接触面，迅速把水加热。
优选的，每一层的所述热流体换热流道/冷流体换热流道18为多个，且内侧均设有内环肋16，外侧均设有翅片17。
优选的，所述中低温相变蓄热材料8为赤藻糖醇。
优选的，所述高温复合相变蓄热材料3采用申请号为201310175016.1中所述的高温复合相变蓄热材料。
优选的，所述蓄热换热器的外壳、供暖水箱9、油管、水管外侧均包覆有保温隔热材料。
整个供暖系统通过智能控制柜的电脑控制：首先在谷电时间给远红外电热装置1通三相电，远红外线芯片发热，使高温导热油5升温，进而加热高温复合相变蓄热材料3，高温复合相变蓄热材料3开始蓄热，当高温导热油5温度升至100度左右时，高温变频油泵14和变频水泵13开始在低频工作，将高温导热油5和冷水分别从高温蓄热堆和供暖水箱9中不断的抽入蓄热换热器进行热交换，当高温复合相变蓄热材料3温度升至800度左右时，高温变频油泵14和变频水泵13的工作频率达到最高，此时整个系统处于热平衡状态。当供暖水箱9的水加热到80度左右时，供暖系统开始向管网中循环热水供暖。
高温复合相变蓄热材料3的温度升至850度左右(升温时间为8小时左右)或谷电停止前系统会自动停止加热(启停方式为软启动)。通电结束后则由高温复合相变蓄热材料3来提供热量，直到高温复合相变蓄热材料3的温度降至50度以下，第二天的谷电时间重新加热蓄热。
高温蓄热堆中的高温复合相变蓄热材料3的升温温度控制在950度以下，蓄热换热器的工作温度控制在300度以下。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：包括高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱(9)、控制系统；所述高温蓄热堆通过高温油泵系统与蓄热换热器相连；所述蓄热换热器通过水循环系统与供暖水箱(9)相连，所述控制系统通过导线和线缆与高温蓄热堆、高温油泵系统、蓄热换热器、水循环系统、供暖水箱(9)相连；
所述高温蓄热堆包括蓄热箱，所述蓄热箱底部四周侧壁设有远红外线电热装置；蓄热箱内填充高温导热油(5)，蓄热箱上设有高温导热油入口及高温导热油出口；蓄热箱中部设有隔网(2)，所述隔网(2)上方堆设有高温复合相变蓄热材料(3)，所述高温复合相变蓄热材料(3)浸泡在高温导热油(5)内；所述蓄热箱外设有保温隔热外壳，所述保温隔热外壳下方设有承压底座。
2.根据权利要求1所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述远红外电热装置(1)为远红外线芯片；所述远红外线芯片包括镍丝(20)、黑金圭基体(21)、绝缘热缩管(22)和耐高温导热芯(23)，所述黑金圭基体(21)将镍丝(20)紧密包裹，所述耐高温导热芯(23)焊接在镍丝(20)的一端，所述绝缘热缩管(22)紧密套装在耐高温导热芯(23)与镍丝(20)的焊接处。
3.根据权利要求1或2所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述蓄热换热器采用管壳式；包括外壳，所述外壳内从下至上层叠设置有若干热流体层(7)及若干冷流体层(6)，所述热流体层(7)夹在两个冷流体层(6)之间；所述热流体层(7)与冷流体层(6)结构相同，分别包括依次相通的热流体进入通道/冷流体进入通道(15)、热流体换热流道/冷流体换热流道(18)和热流体流出通道/冷流体流出通道(19)，且每一热流体层(7)的热流体流出通道均与下一热流体层(7)的热流体进入通道相通，每一冷流体层(6)的冷流体流出通道与下一冷流体层(6)的冷流体进入通道相通；外壳与热流体层(7)及冷流体层(6)的间隙内填充中低温相变蓄热材料(8)。
4.根据权利要求3所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：每一层的所述热流体换热流道/冷流体换热流道(18)为多个，且内侧均设有内环肋(16)，外侧均设有翅片(17)。
5.根据权利要求4所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述中低温相变蓄热材料(8)为赤藻糖醇。
6.根据权利要求5所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述高温油泵系统包括高温变频油泵(14)和油管，所述高温变频油泵(14)的一端通过油管与高温蓄热堆的高温导热油入口相接，另一端通过油管与蓄热换热器最下层热流体层(7)的热流体流出通道相连；所述高温蓄热堆的高温导热油出口通过油管与蓄热换热器的最上层热流体层(7)的热流体进入通道相连通。
7.根据权利要求6所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述供暖水箱(9)上设有循环水入口、循环水出口、进水管路(11)、出水管路(12)，所述进水管路(11)上设有双变频阻垢除垢器(10)。
8.根据权利要求7所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述水循环系统包括变频水泵(13)和水管；所述变频水泵(13)的一端通过水管与供暖水箱(9)的循环水入口相接，另一端通过水管与蓄热换热器最下层冷流体层(6)的冷流体流出通道相连；所述循环水入口通过水管与最上层冷流体层(6)的冷流体流出通道连通。
9.根据权利要求8所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱(9)中设有若干测温点，所述测温点处设有K式热电偶温度计，所述K式热电偶温度计、高温变频油泵(14)及变频水泵(13)均与控制系统相连。
10.根据权利要求9所述的一种带远红外电热装置的谷电蓄热供暖装置，其特征在于：所述控制系统包括智能控制柜和配电柜，所述智能控制柜设置多组温度控制感应器，所述温度控制感应器与高温蓄热堆、蓄热换热器、供暖水箱(9)中设有的若干测温点处的K式热电偶温度计对应连接；所述配电柜包括3组继电器，所述继电器通过控制系统控制且与高温蓄热堆的远红外电热装置(1)连接，向远红外电热装置(1)提供三相电。
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