CN108645031B - 基于蓄热电锅炉的温度调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蓄热电锅炉的温度调节系统，涉及换热技术，能够解决蓄热电锅炉仅在采暖季使用导致的利用率低的问题。技术方案包括蓄热电锅炉、热交换器、导热油循环通道和风机盘管；热交换器包括换热腔与供水管道，供水管道贯穿换热腔与风机盘管连通；导热油循环通道包括吸热管道、供油管道和回收管道，吸热管道盘绕在储热介质上，吸热管道、供油管道、换热腔和回收管道依次首尾连通形成闭环通道。本发明将蓄热电锅炉和风机盘管结合，使蓄热电锅炉储蓄的热能既能用作室内供暖，又能用作室内制冷，与传统的蓄热电锅炉仅在采暖季中用作热水入户的热源相比，蓄热电锅炉能够在一年四季均作为室内温度调节系统的一环，利用效率得到了极大的提高。

Description

基于蓄热电锅炉的温度调节系统

技术领域

本发明涉及一项换热技术，更具体地说，它涉及一种基于蓄热电锅炉的温度调节系统。

背景技术

近年来，由于我国电力工业的持续发展，产业结构发生了很大变化，而且人民生活质量不断提高，尤其是一些中心城市对环境保护的特殊要求和某些电力供应较为充足的地方，对电锅炉在中国的应用培育了一片沃土。而且，前些年由于某些原因，产生了电供大于求的暂时现象，供电部门便出台了一些优惠政策(如有的地方许诺减免增容费、电价最低低至0.18元/KW)，从而使蓄热电锅炉在中国的诞生创造了各方面的条件。

蓄热电锅炉的工作原理：

1.高温固体蓄热电锅炉是利用夜间低谷电(23:00-7:00共8小时)将储热介质加热到八百度高温储存热量，在用电高峰时通过自控装置将热量按需释放，以可调温的循环水供暖或供给生活热水，以达到“移峰填谷”、降低采暖成本的效果。

2.高温固体蓄热电锅炉在技术上的重大突破在于采用固态储热材料和一体化结构设计，将加热、储热、换热、供热及控制功能组合在一起，形成一台真正的真空相变锅炉。

蓄热电锅炉的特点：

储热能力强，一体化结构设计，占地面积小。储热能力达到700Kcal/升，是常压水的20倍；系统采用一体化设计，占地面积小，锅炉整体面积是常压水箱锅炉的1/10。

系统热效率高，加热方式采用辐射传热，传热效果稳定，效率极高；保温方式采用了高科技保温材料，保温效果好；系统设计电热转换效率为95％。

控制系统采用可编程控制器(PLC)控制，可靠稳定、响应速度快精度高、抗干扰能力强，能在恶劣环境下长时间不间断运行并配有各类通讯接口与模块可方便各级连接和数据记录。

然而，现有的蓄热电锅炉一般用于采暖季热水入户，非采暖季时，蓄热电锅炉的利用率不高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够提高蓄热电锅炉利用率的温度调节系统，使其在一年四季均可在室内温度调控上发挥作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于蓄热电锅炉的温度调节系统，包括蓄热电锅炉、热交换器、导热油循环通道和风机盘管；

所述热交换器包括换热腔与供水管道，供水管道贯穿换热腔与风机盘管连通；

所述导热油循环通道包括吸热管道、供油管道和回收管道，所述吸热管道盘绕在储热介质上，吸热管道、供油管道、换热腔和回收管道依次首尾连通形成闭环通道；闭环通道内的导热油在吸热管道内与储热介质进行热交换后升温，升温后的导热油通过供油管道进入到换热腔内与供水管道内的水进行热交换后降温，通过回收管道回流至吸热管道。

优选地，所述热交换器包括制冷机组和供热机组，所述制冷机组和供热机组均包括换热腔；

所述制冷机组还包括导热管，制冷机组的换热腔通过隔热板分割为上腔室和下腔室，上腔室为水流通道；所述导热管贯穿隔热板，位于上腔室的管道为蒸发段，位于下腔室的管道为液-气相变段，导热管内填充制冷剂作为导热工质；

所述供热机组还包括贯穿供热机组换热腔设置的列管式流体通道；

在该优选的技术方案中，导热油分别与制冷机组和供热机组进行热交换。

优选地，在供热机组的换热腔底面开有进油口和出油口，供油管道连接进油口，回收管道连接出油口。

优选地，在制冷机组的下腔室底面开有进油口和出油口，供油管道连接进油口，回收管道连接出油口。

优选地，在供热机组的换热腔内设置有导热油喷淋管，所述导热油喷淋管与换热腔底面的进油口连通。

在该优选的技术方案中，导热油喷淋管将导热油喷淋至列管式流体通道上，高温导热油与列管式流体通道内的水进行热交换，使通道内的水升温，升温后的水再进入到风机盘管内，风扇吹出的风与风机盘管进行换热变成暖风，达到供暖的目的。

优选地，在制冷机组的下腔室内设置有导热油喷淋管，所述导热油喷淋管与下腔室底面的进油口连通。

在该优选的技术方案中，导热油喷淋管将导热油喷淋至导热管的液-气相变段，使液-气相变段内的液态制冷剂吸收热量产生相变成为气态，气态制冷剂上升至蒸发段后与水流通道内的水进行热交换，

优选地，所述导热油喷淋管的管壁上安装有多个喷淋头。

在该优选地技术方案中，喷淋头水平向外喷射导热油，从而大面积覆盖导热管的液-气相变段和列管式流体通道，换热面积大，换热效率高。

优选地，在所述供油管道上设置有阀门。通过阀门选取系统当前为制冷模式或供暖模式。

优选地，在所述出油口处设置有过滤网，所述过滤网的孔径为16-20μm。

在该优选的技术方案中，导热油进入到换热腔后再回流至回收管道之前，通过滤网滤除导热油在换热腔内可能掺入的杂质，延长导热油的利用周期。

优选地，所述制冷剂为混合制冷剂，所述混合制冷剂的沸点小于等于2℃。

在该优选地技术方案中，混合制冷剂通过分配两种单一组分制冷剂的比例来调整沸点。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明基于蓄热电锅炉的温度调节系统使蓄热电锅炉和中央空调的风机盘管相结合，使蓄热电锅炉储蓄的热能既能用作室内供暖，又能用作室内制冷，与传统的蓄热电锅炉仅在采暖季中用作热水入户的热源相比，蓄热电锅炉能够在一年四季均作为室内温度调节系统的一环，利用效率得到了极大的提高。

附图说明

图1为本发明基于蓄热电锅炉的温度调节系统的结构示意图；

图2为本发明基于蓄热电锅炉的温度调节系统中依托蓄热电锅炉形成的物联网系统示意图；

图3为本发明基于蓄热电锅炉的温度调节系统中对蓄热电锅炉进行温度预设的流程示意图；

图4为本发明基于蓄热电锅炉的温度调节系统中对蓄热电锅炉的温度进行临时修正的流程示意图。

附图标记：1-远程监控计算机，2-蓄热电锅炉控制用PLC，3-互联网，4-储热介质；5-风机盘管，6-供水管道，7-供热机组，8-制冷机组，9-隔热板，10-导热管，11-导热油喷淋管，12-供油管道，13-回收管道，14-阀门，15-列管式流体通道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于蓄热电锅炉的温度调节系统，包括蓄热电锅炉、热交换器、导热油循环通道和风机盘管5。

所述热交换器包括换热腔与供水管道6，供水管道6贯穿换热腔与风机盘管5连通。

所述导热油循环通道包括吸热管道、供油管道12和回收管道13，所述吸热管道盘绕在储热介质4上，吸热管道、供油管道12、换热腔和回收管道13依次首尾连通形成闭环通道；闭环通道内的导热油在吸热管道内与储热介质4进行热交换后升温，升温后的导热油通过供油管道12进入到换热腔内与供水管道6内的水进行热交换后降温，通过回收管道13回流至吸热管道。

所述热交换器包括制冷机组8和供热机组7，所述制冷机组8和供热机组7均包括换热腔。

所述制冷机组8还包括导热管10，制冷机组8的换热腔通过隔热板9分割为上腔室和下腔室，上腔室为水流通道；所述导热管10贯穿隔热板9，位于上腔室的管道为蒸发段，位于下腔室的管道为液-气相变段，导热管10内填充制冷剂作为导热工质。

所述供热机组7还包括贯穿供热机组7换热腔设置的列管式流体通道15。

在供热机组7的换热腔底面开有进油口和出油口，供油管道12连接进油口，回收管道13连接出油口。

在制冷机组8的下腔室底面开有进油口和出油口，供油管道12连接进油口，回收管道13连接出油口。

在供热机组7的换热腔内设置有导热油喷淋管11，所述导热油喷淋管11与换热腔底面的进油口连通。

在该优选的技术方案中，导热油喷淋管11将导热油喷淋至列管式流体通道15上，高温导热油与列管式流体通道15内的水进行热交换，使通道内的水升温，升温后的水再进入到风机盘管5内，风扇吹出的风与风机盘管5进行换热变成暖风，达到供暖的目的。

在制冷机组8的下腔室内设置有导热油喷淋管11，所述导热油喷淋管11与下腔室底面的进油口连通。导热油喷淋管11将导热油喷淋至导热管10的液-气相变段，使液-气相变段内的液态制冷剂吸收热量产生相变成为气态，气态制冷剂上升至蒸发段后与水流通道内的水进行热交换，

所述导热油喷淋管11的管壁上安装有多个喷淋头。喷淋头水平向外喷射导热油，从而大面积覆盖导热管10的液-气相变段和列管式流体通道15，换热面积大，换热效率高。

在所述供油管道12上设置有阀门14。通过阀门14选取系统当前为制冷模式或供暖模式。

在所述出油口处设置有过滤网，所述过滤网的孔径为16-20μm。导热油进入到换热腔后再回流至回收管道13之前，通过滤网滤除导热油在换热腔内可能掺入的杂质，延长导热油的利用周期。

所述制冷剂为混合制冷剂，所述混合制冷剂的沸点小于等于2℃。混合制冷剂通过分配两种单一组分制冷剂的比例来调整沸点。

在本系统中，导热油与蓄热电锅炉的储热介质4换热后升温，升温后的导热油经供油管道12进入至制冷机组8或供热机组7的换热腔内进行热交换。

需要供暖时，关闭连通制冷机组8的供油管道12，打开连通供热机组7的供油管道12，升温后的导热油被泵送至换热腔内，通过导热油喷淋管11上的喷淋头喷洒到列管式流体通道15上，列管式流体通道15内的水温升高后进入到风机盘管5中，气流与风机盘管5产生热交换后升温，热风通过连通室内的通风口进入到室内实现供暖；同时导热油放热后温度降低，通过出油口流入回收管道13并再次返回值吸热管道内与储热介质4进行热交换，循环往复。

需要制冷时，关闭连通供热机组7的供油管道12，打开连通制冷机组8的供油管道12，升温后的导热油被泵送至制冷机组8换热腔的下腔室内，通过导热油喷淋管11上的喷淋头喷洒到导热管10的液-气相变段，位于该管段内的液态制冷剂吸热后达到沸点(1-2℃)发生相变成为气态，气态制冷剂上升至蒸发段；同时导热油放热后温度降低，通过出油口流入回收管道13并再次返回值吸热管道内与储热介质4进行热交换，循环往复。蒸发段位于制冷机组8换热腔的上腔室内，流经上腔室内的水与气态制冷剂进行换热后温度降低，低温水进入到风机盘管5中，气流与风机盘管5产生热交换后降温，冷风通过连通室内的通风口进入到室内实现制冷；制冷剂在蒸发段放热之后，依次进入冷凝器和膨胀阀(冷凝器和膨胀阀在图中未示出)发生气-液相变，液态制冷剂重新回流至导热管10的液-气相变段。

上述的供水管道6中的水采用温度为18℃左右的地下水，换热过程中水温的变化随水流的流速和导热油单位时间内的喷射量的改变上下浮动。

此外，出于进一步的经济节能考虑，蓄热电锅炉的储热恰好能保证次日的制冷/供暖需求为宜。

基于以上考虑，本系统中的蓄热电锅炉还包括远程监控计算机1和蓄热电锅炉控制用PLC2，所述远程监控计算机1与蓄热电锅炉控制用PLC2基于互联网3进行通信形成物联网系统。

通过远程监控计算机1在互联网3上获取未来至少一天的气温，对应所述气温计算出蓄热电锅炉的设定温度，并将该设定温度发送至蓄热电锅炉控制用PLC2；蓄热电锅炉控制用PLC2根据设定温度对蓄热电锅炉进行温度设定。

所述气温的获取方式包括远程监控计算从互联网3上获取历年同一天气温，并计算出气温平均值。

计算历年同一天平均气温值的方法为：

以1℃为增量划分梯度，截取气温值最为密集的梯度作为基准，以相邻的上下两个梯度为界作为浮动范围，选取处于所述浮动范围内的所有气温值计算出气温平均值。

此外，当通过物联网系统以历年某日气温平均值为基准对蓄热电锅炉的温度设定完毕后，再通过气象台发布的天气预报获取对应当日的气温；当通过气象台发布的天气预报获取的当日气温与从互联网3上获取并计算的当日所述气温平均值差值大于2℃时，以气象台发布的天气预报提供的当日气温值为基准对蓄热电锅炉进行温度设定。

针对蓄热电锅炉温度的预设及临时修改细节如下：

1)通过大数据分析获得历年同一天的温度，选取分布较为集中的温度取平均值。通过该方法获取一年中每一天的气温平均值，通过该气温平均值计算蓄热电锅炉每天因供暖/制冷需求产生的热量消耗，在该热量消耗的基础上进行一个热量值的溢出计算(如120％-130％，进行溢出计算的目的在于一是保证足够应对日常负荷，二是考虑到储热介质4自身的热损失)，得到蓄热电锅炉对应的每天的设定温度。

2)将上阶段获得的设定温度通过远程监控计算机1发送至蓄热电锅炉控制用PLC2完成采暖季期间蓄热电锅炉每天温度的预设。

3)当气象台发布的天气预报报道采暖季中某一天的气温出现大幅度上升或下降时，远程监控计算机1可通过获取的该气温对蓄热电锅炉的设定温度进行适应性的修正。修正时，一般可根据气象台提前1-7天内发布的气温为修正依据，优选提前一天发布的气温作为修正依据，修正的截止时间为凌晨12点。需要说明的是，一般蓄热电锅炉从凌晨12点开始蓄热，凌晨12点至次日上午8点共计8个小时的时间足够使蓄热电锅炉升温至800℃。

上述具体实施例中所述历年为5-10年。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，包括蓄热电锅炉、热交换器、导热油循环通道和风机盘管（5）；

所述热交换器包括换热腔与供水管道（6），供水管道（6）贯穿换热腔与风机盘管（5）连通；

所述导热油循环通道包括吸热管道、供油管道（12）和回收管道（13），所述吸热管道盘绕在储热介质（4）上，吸热管道、供油管道（12）、换热腔和回收管道（13）依次首尾连通形成闭环通道；闭环通道内的导热油在吸热管道内与储热介质（4）进行热交换后升温，升温后的导热油通过供油管道（12）进入到换热腔内与供水管道（6）内的水进行热交换后降温，通过回收管道（13）回流至吸热管道；所述热交换器包括制冷机组（8）和供热机组（7），所述制冷机组（8）和供热机组（7）均包括换热腔；

所述制冷机组（8）还包括导热管（10），制冷机组（8）的换热腔通过隔热板（9）分割为上腔室和下腔室，上腔室为水流通道；所述导热管（10）贯穿隔热板（9），位于上腔室的管道为蒸发段，位于下腔室的管道为液-气相变段，导热管（10）内填充制冷剂作为导热工质；

所述供热机组（7）还包括贯穿供热机组（7）换热腔设置的列管式流体通道（15）；

需要供暖时，关闭连通制冷机组（8）的供油管道（12），打开连通供热机组（7）的供油管道（12）；需要制冷时，关闭连通供热机组（7）的供油管道（12），打开连通制冷机组（8）的供油管道（12）。

2.根据权利要求1所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，在供热机组（7）的换热腔底面开有进油口和出油口，供油管道（12）连接进油口，回收管道（13）连接出油口。

3.根据权利要求1所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，在制冷机组（8）的下腔室底面开有进油口和出油口，供油管道（12）连接进油口，回收管道（13）连接出油口。

4.根据权利要求2所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，在供热机组（7）的换热腔内设置有导热油喷淋管（11），所述导热油喷淋管（11）与换热腔底面的进油口连通。

5.根据权利要求3所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，在制冷机组（8）的下腔室内设置有导热油喷淋管（11），所述导热油喷淋管（11）与下腔室底面的进油口连通。

6.根据权利要求4或5中任一项所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，所述导热油喷淋管（11）的管壁上安装有多个喷淋头。

7.根据权利要求1所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，在所述供油管道（12）上设置有阀门（14）。

8.根据权利要求2或3中任一项所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，在所述出油口处设置有过滤网，所述过滤网的孔径为16-20μm。

9.根据权利要求1所述的基于蓄热电锅炉的温度调节系统，其特征在于，所述制冷剂为混合制冷剂，所述混合制冷剂的沸点小于等于2℃。