CN109838831A - 水蓄热电暖器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水蓄热电暖器，从下到上依次包括底座、水箱和顶帽，底座安装有进风口，进风口处设置有循环风机，水箱包括水箱外壳和水箱内壳，水箱内壳里面灌装有蓄热水体，并在下部安装有电发热管，水箱设置有一个或多个贯通于水箱上下两端的风管，风管采用中空薄壁金属构造，顶帽上设置有出风口，风管连通进风口和出风口。本发明为家庭冬季采暖充分利用低谷电价，降低运行费用提供了一种良好的方法，同时本发明具有常压运行，安全可靠，自动化程度高，造价低，适用范围广等特点。

Description

水蓄热电暖器

技术领域

本发明涉及一种家庭采暖装置，尤其是涉及一种蓄热式电采暖装置。

背景技术

目前，国家在大力推广“清洁供热”技术，随着对空气的治理，消除雾霾要求的加大，减少和禁止烧煤供热，采取清洁供暖措施是目前及今后的供暖政策，其中，采用电力取暖代替燃煤取暖是政府大力推广的技术措施。特别是北方地区的城郊、农村居民目前还是主要以家庭为单位散烧燃煤为主要取暖方式，如要对这种取暖方式进行统一集中供热的改造，则投资大、工期长，回收周期长。

为解决这些地区的“清洁取暖”问题，市场上出现了多种家庭房间型的采暖设备，这类设备主要包括：蓄热式电暖器、电暖风机、电热油汀、发热电缆、电热膜……等。其中，蓄热式电暖器与其它家庭房间型的采暖设备相比，具有使用低谷电运行(成本低)、不需要设计和建造区域供热管网、不需要设计和建造区域供热能源站、实施周期短、方便各房间独立调控等优点，所以，在目前农村的清洁供热工作中成为主要解决方案之一。

目前市场上这种蓄热式电暖器主要是“固体蓄热式电暖器”，其主要特点是：使用固体镁砖进行蓄热，蓄热温度较高，最高可达到700℃，所以，单位体积蓄热量大，体积较小；但其缺点也较为明显：使用国家控制的矿物资源做为原材料，这将会导致环境进一步破坏；由于蓄热温度过高，放热口处的温度高，加之固体蓄热电暖器高度只有700mm左右，因此，极易发生烫伤事件；另外，固体蓄热材料存在性能衰减问题，随着蓄放热次数的增加，其性能会降低，因此产品使用寿命较短。固体蓄热电暖器存在运输重量较重的问题，为减少安装过程中人员的投入数量，不得不采用现场安装蓄热介质(蓄热砖)的方法，这就会导致：运输成本高、安装人工成本高、产品安装质量难以控制等问题。

固体蓄热电暖器的蓄热温度高，并且没有自动控制方式来自动控制放热量或放热速度，这就导致蓄热完成后初期放热速度快、后期放热速度慢等放热速度不均匀、放热量难以被有效控制的问题，这种问题会进一步导致其它问题(主要指运行能耗高、费用高)。

据查相关类似专利，其中专利申请号为201910001734.4的一种水蓄热电暖器，其蓄热温度能达到180℃，属于承压蓄热方式，因此，设备带有相关泄压装置和爆破装置、高温保护等安全装置，造成产品所用保温和结构材料增多，成本增大，结构复杂性增加。

发明内容

本发明提供了一种水蓄热电暖器，解决了蓄热式电暖器对环境资源的破坏、蓄热温度过高可能导致的烫伤、放热量与放热速度不受控、运输安装成本高或工作量大等等问题；也解决了背景技术中涉及专利存在的高压安全问题、产品复杂与成本高的问题。本发明的水蓄热电暖器的蓄热介质与大气相连通，因此工作过程为常压运行，安全性好、造价低；通过安装可强化放热的风管并采用风机强化空气循环的方法，使本发明水蓄热电暖器可以实现快速放热，并做到慢速放热到快速放热之间的放热量调控，做到放热量根据热负荷大小快速和精确的匹配，有利于节能并提高舒适度。

其技术方案如下所述：

一种水蓄热电暖器，从下到上依次包括底座、水箱和顶帽，底座安装有进风口，进风口处设置有循环风机，水箱包括水箱外壳和水箱内壳，水箱内壳里面灌装有蓄热水体，并在下部安装有电发热管，水箱设置有一个或多个贯通于水箱上下两端的管状风管，管状风管采用中空薄壁金属构造，金属为易传热构件，可为钢制、铝制或铜制等，顶帽上设置有出风口，管状风管连通进风口和出风口。

顶帽采用送风罩，为薄壁钢制结构，送风罩上部和/或侧面设有热风口格栅，能够将热量均匀地释放到房间内，避免局部过热。底座的壳体为钢制结构，底座壳体的下部和/或侧面设有冷风口或进风格栅。

水箱外壳和水箱内壳之间能够安装保温材料或不安装保温材料。保温材料为耐高温型；不填充保温材料时，双层壳体间充满空气。水箱采用双层壳体结构的目的一是防止人员碰触烫伤，二是减小水箱壳体外表面的散热量，同时还可将其做为辅助放热装置，以减少主放热装置(风管)的成本。所述不填充材料而是充满空气，是利用在密闭空间内空气对流速度极低而具备的高热阻特性进行隔热保温。

水箱的顶部设置有向水箱内壳灌注蓄热水体的充水口，充水口为圆形或方形，偏下部设置有排水口。蓄热介质为水；与传统的固体蓄热介质、相变蓄热介质相比，具有成本低、无性能衰减等重要优势，并且由于不必安装较厚的保温隔热材料，所以，整套水蓄热装置的占地面积也并无劣势。

进一步地，作为蓄热介质的水的最高蓄热温度可接近当地大气压所对应的水的饱和温度(例如95℃)。

充水口可设在水箱顶部，也可设在水箱侧面，须高于水箱内水位；充水口使用频率较低，第一次使用为给水箱灌装蓄热介质的水体，之后每年采暖季前检查蓄热水量，如有不足，可适量补充，补充量为每个采暖季蓄热水体的蒸发损失量；由于呼气量不大，所以通过呼吸而损失的水量很少，因此，使用过程中的补水量很少。

充水口配置有用于封闭充水口的盖板，盖板上设置有呼气孔，呼气孔为圆形或方形(当然也可以采用其它形状)，使水箱内部始终为常压状态。

顶帽可拆卸地安装在水箱上方。

底座上安装有控制装置，控制装置和循环风机、电发热管相连接。

水箱内安装有高水位和低水位的两个水位传感器，水位传感器和控制装置相连接。

底座壳体内设置的循环风机，具有调速功能，由控制器根据房间空调温度调节风机的转速，使水蓄热电暖器的放热量得到良好的控制并与房间温度更精确匹配，一方面提升了温度舒适度，另一方面还有利于减少热量的消耗(节能)。循环风机运行时，房间的空气从底座的冷风口格栅吸入，经过作为放热装置的管状风管的中空所流通道，空气被加热而升温，然后从风管顶部通过顶帽将热空气送入房间，从而快速提升房间温度；风机低速或停止运行时，可以将放热量调节到低速或调节到最小放热量，从而使本发明的水蓄热电暖器实现受控放热。

控制装置为集成化组件型式，为整个水蓄热电暖器的一个模块，包括电源插头、通电开关、温度控制装置、时间控制装置、风机控制装置等部份，控制装置与循环风机、电发热管相连接，对其进行全面的控制和保护。水蓄热电暖器还配置有高水位开关、低水位开关，两者均与控制装置相连接，为水蓄热电暖器提供高水位保护和低水位保护；高水位保护主要用于防止充水过多，从顶部溢出；低水位保护主要用于防止电热管干烧损坏。时间控制装置用于设置电加热器的开停时间，使电加热器仅在低谷电时间段或低价电时间段工作，以起到降低运行的电费或平衡电网负荷的作用。

水箱的横截面为圆形或矩形，管状风管的横截面为圆形或矩形，当然，某些时候，也可以根据某些需要(例如为了外观造型需要)而做成其它形状。

充水口的直径或宽度推荐为50mm-100mm，呼气孔的直径或宽度可以为5mm左右。

水箱外壳和水箱内壳均为钢制结构，两层之间采用支撑件隔离和固定，或内壳壁板制作成凹凸形结构，一方面起到结构加强的作用，另一方面可以起到支撑作用，同时可以做到两层之间的间隔均匀。

管状风管可为圆柱体，长方体、棱柱体或其它异形柱体结构，其下端口与水箱外壳的底板平齐，并与水箱内壳和水箱外壳的底板焊接密封，保证不漏水；其上端口与水箱外壳顶板平齐，并与水箱外壳的顶板焊接密封。所述管状风管的下端口与壳体底座连通，上端口与送风罩连通。

管状风管作为主放热装置，起到强化换热的作用，其形式更像“风管”，运行时，从水箱底下引入室内空气，空气在通过管状风管向上流动时，与水箱内壳的水进行热交换，吸收水中的热量，然后从“风管”顶部送出。根据水箱的长、宽、高的尺寸大小，并结合不同材质单位面积的放热量，通过计算分析，可以适当设计“风管”的截面形状或内部结构，起到有效放热并降低结构成本的目的。

由于水箱为常压运行，所以对水箱的结构强度要求低，材料消耗少，因此有利于降低装置的成本；也不需要安装压力保护、温度保护等装置，成本进一步降低，装置的复杂性也降低了；由于整个装置的工作温度较低，所以外部保温材料的厚度也较薄，一方面降低了保温的成本，更主要的是有利于减少装置的体积，更适合房间内安装。

本专利产品智能化程度高，控制装置设置了多个智能控制模块。水温控制模块：控制水温不超过设计温度，并可调节预设温度，达到节能降费效果；房间温度模块：设置房间温湿度传感器，根据房间的温度控制放热情况，房间温度过低时，开启快速升温模式，房间温度达到设定温度时，开启恒温模式；时间控制模块是控制电加热管的工作运行时间，当处于低谷电价时段开启电加热管，当处于非低谷电价时段关闭电加热管。风机控制模块是根据房间温度传感器的信号控制风机的转速，当房间温度偏低时，加快风机转速，加大热量的释放量，迅速提高房间温度，反之减小热量的释放量，以达到精确控制房间温度的目的；此外，还可增设其它功能模块，例如：蓄热量、耗电量、工作时长、即时加热等模块，达到最大化智能控制。

本发明提供的水蓄热电暖器，利用低谷电或低价电供热，在低谷电或低价电时段将热量储存在蓄热水体内，在其它电价时段停止加热，并将储存于蓄热水体内的热量释放出来，一方面可以降低采暖运行费用，另一方面可以平衡电网的负荷，有利于电网安全稳定运地。本装置在常压下运行，因此，安全性可靠性更高，本装置配置智能控制装置，可实现全自动节能运行。

附图说明

图1为本发明提供的水蓄热电暖器箱式剖面图；

图2为本发明提供的水蓄热电暖器箱式A-A剖面图；

图3为本发明提供的水蓄热电暖器箱式B-B剖面图；

图4为本发明提供的水蓄热电暖器箱式正面外观图；

图5为本发明提供的水蓄热电暖器箱式侧面外观图；

图6为本发明提供的水蓄热电暖器箱式气流流程示意图；

图7为本发明提供的水蓄热电暖器筒式剖面图；

图8为本发明提供的水蓄热电暖器筒式A-A剖面图；

图9为本发明提供的水蓄热电暖器筒式B-B剖面图；

图10为本发明提供的水蓄热电暖器筒式外观图；

图11为本发明提供的水蓄热电暖器筒式气流流程示意图。

图中标号：1-送风罩；2-热风口格栅；3-水箱外壳；4-保温材料；5-水箱内壳；6-蓄热水体；7-电发热管；8-呼气孔；9-充水口盖板；10-充水口；11-管状风管；12-底座壳体；13-循环风机；14-冷风口格栅；15-电控组件。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明提供的水蓄热电暖器，如图1-图5所示，包括送风罩1、水箱外壳3、保温材料4、水箱内壳5、蓄热水体6、电发热管7、呼气孔8、充水口盖板9、充水口10、管状风管11、底座壳体12、循环风机13、电控组件15。送风罩1设置有热风口格栅2，底座壳体12上设置有冷风口格栅14。

水蓄热电暖器为立式长方体结构或立式圆筒形结构，分为上中下三部分。

上部分为送风罩1，薄壁钢制结构，高度50mm左右，其上部板和/或侧板设有热风口格栅2，侧板下口设有内折弯板条，与中间水箱结构相连，其下部空心结构。

中间部分为水箱结构，高度为400～1600mm左右，视水容积与外观造型而定，设置有水箱外壳3和水箱内壳5，均为薄壁结构，材质可以为钢、铝、塑料等，两层之间留置保温层安装空间，厚度2～10mm之间即可，视蓄热温度和所需要的散热性能而定；两层之间采用支撑架固定，或壁板制作必要的凹凸结构，一方面起到加强结构强度的作用，另一方面可以控制两层之间的间距，并间距到均匀。水箱外壳3和水箱内壳5之间填充保温材料4，保温材料采用高密度硬质聚氨酯材料；也可简单地不填充实体保温材料，直接采用空气隔热即可，具体采用哪种方式通过计算防烫伤温度、所需要的散热确定。而采用高密度硬质聚氨酯材料有利于强化装置的结构强度，从而有利于进一步降低双层箱体的材料成本。

水箱内壳5内部贯通有管状风管11，管状风管11为一根或多根钢管或其它材质管，管子的数量、直径或截面积由传热性计算确定。风管在水体中均匀布局，以利于均匀地、充分地放热。管状风管11作为放热装置，下端口与水箱外壳3底板平齐，与水箱内壳5和水箱外壳3的底板焊接密封，保证不漏水，与底座壳体12连通；上端口与水箱外壳3顶板平齐，并与水箱外壳3的顶板焊接密封，并与送风罩1连通。

水箱内壳5里灌装特定量的蓄热水体6，蓄热水体6为自来水，灌装水量深度宜控制在水箱内部最大深度的92％左右：如果充水过多，则水会在加热过程中从顶部溢出；如果充水过少，而水箱容积利用率会降低。水箱内壳5下部安装电发热管7，电发热管7上安装有温度传感器和电源线，与电控组件15相连。

水箱外壳3顶部设有充水口10，充水口10为圆形孔，孔径为80mm左右，大小以方便加水为宜，充水口10上设置充水口盖板9，盖板底面设有螺纹口，与水箱顶板连接，充水口盖板9中间设置呼气孔8，圆形，直径20mm左右，由于水箱内水位变化速度慢、变化幅度小，所以，呼吸口直径不必过大。在水箱顶部设置呼气孔可以保证水箱与外部大气连通，做到常压运行。

下部分为底座壳体12，钢制结构，高度150mm左右，视风机与控制器尺寸而定，底座壳体12下部和/或侧面设有冷风口格栅14。底座壳体内设有循环风机13，采用贯流式，位于放热装置下部。底座壳体内设有电控组件15，设有通电开关和温度控制装置、时间控制装置、风机控制装置，温度控制装置和时间控制装置与电发热管相连接，风机控制装置与循环风机相连接，电控组件15配有遥控器。

本发明在运行模式如图6到图11所示：

在电价低谷时段，通过电控组件15开启电发热管7，电发热管7开始通电工作，对处于低温状态的蓄热水体6进行加热，蓄热水体6加热到蓄热设置温度(95℃左右，根据当地大气压而定)，电发热管7停止工作；在蓄热的同时，蓄热水体6通过做为辅助放热的水箱壁板向室内持续放热，但当室内温度低于18℃(可设置)时，由感知室内温度的传感器控制循环风机13开始工作，将冷风从冷风口格栅14吸入，送入管状风管11内，进入风管的冷风通过薄管壁被蓄热水体6加热变成热风，然后从热风出风管上口出来，通过送风罩1的热风口格栅2送入房间；当室内温度达到设定温度(18～25℃左右)时，循环风机13降低转速或停止工作，此时仅由水箱壁板放热。用户也可以根据需要(例如外出时)关闭风机。由于水箱壁板可以被动性地放出必要的热量，可以将房间的温度维护在必要的最低水平；而用户需要时，又可以开启风机快速放热，使房间温度快速上升。在电力低谷时段或电力低价时段，如果蓄热水体6温度降低到比蓄热设置温度(95℃左右)低2～5℃(可设置)时，电发热管7会自动重新启动加热，直至蓄热水体6加热到蓄热设置温度(95℃左右)停止加热，如此工作方式保持到低谷电价时段结束。

在电价高峰时段，电发热管7不工作，由感知室内温度的传感器控制循环风机13开始工作，当室内温度低于18℃(可设置)时，循环风机13加大转速，将冷风从冷风口格栅14吸入，送入管状风管11的风管内，进入风管的冷风通过薄管壁被蓄热水体6加热变成热风，热风出风管上口，通过送风罩1的热风口格栅2送入房间；当室内温度达到20℃(可设置)时，循环风机13降低转速或停止工作由水箱壁板辅助放热，保持房间内温度处于舒适温度区间内。

本装置的电加热器一般情况下由控制装置控制全自动运行，但也可以在必要时手动启动运行，以适应某些特殊应用情况的需要。

可见，本发明提供的水蓄热电暖器，利用低谷电加热，将热量储存在蓄热水体内，在高峰电价时段停止加热，并将储存的热量释放出来，从而降低采暖运行费用，并且常压运行，受控放热，安全可靠，自动化程度高，环保节能，占地面积小，维护费用低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水蓄热电暖器，其特征在于：从下到上依次包括底座、水箱和顶帽，底座安装有进风口，进风口处设置有循环风机；水箱包括水箱外壳和水箱内壳，水箱内壳里面灌装有蓄热水体，并在下部安装有电发热管，水箱设置有一个或多个贯通于水箱上下两端的管状风管，管状风管采用中空薄壁金属构造，顶帽上设置有出风口，管状风管连通进风口和出风口。

2.根据权利要求1所述的水蓄热电暖器，其特征在于：水箱外壳和水箱内壳之间能够安装保温材料或不安装保温材料。

3.根据权利要求1所述的水蓄热电暖器，其特征在于：水箱的顶部设置有向水箱内壳灌注蓄热水体的充水口，偏下部设置有排水口。

4.根据权利要求3所述的水蓄热电暖器，其特征在于：充水口配置有用于封闭充水口的盖板，盖板上设置有呼气孔，使水箱内部始终为常压状态。

5.根据权利要求1所述的水蓄热电暖器，其特征在于：顶帽可拆卸地安装在水箱上方。

6.根据权利要求1所述的水蓄热电暖器，其特征在于：安装有控制装置，控制装置和循环风机、电发热管相连接。

7.根据权利要求6所述的水蓄热电暖器，其特征在于：水箱内安装有高水位和低水位两个水位传感器，水位传感器和控制装置相连接。

8.根据权利要求1所述的水蓄热电暖器，其特征在于：水箱的横截面为圆形或矩形，管状风管的横截面为圆形、矩形或其它异形。

9.根据权利要求1所述的水蓄热电暖器，其特征在于：水箱外壳和水箱内壳的壁板之间通过支撑结构或内壳壁板制作成凹凸形结构使内壳和外壳之间的间距均匀。