CN111256200A - 一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法，该装置包括低谷电高温蓄热体，常压蓄热水箱，控制器，阀门、保温管道。常压蓄热水箱上部侧面设置有热用户侧热水供水管，热用户侧热水供水管上安装有第一循环水泵、第一截止阀、第一止回阀，常压蓄热水箱通过热用户侧热水供水管与用户系统连接。常压蓄热水箱的上部侧面设置低谷电高温蓄热体加热后的第一回水管，第一回水管与低谷电高温蓄热体相连接。本发明充分利用自然界中的水作为传热介质，利用矿山废渣密度大的特性作为储热介质，利用夜间谷电时段的低价电能，在满足冬季采暖需求同时，实现安全、节能、环保、降低供热运行费用，蓄热材料可以利用矿山废渣，降低初投资。

Description

一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法

技术领域

本发明属于建筑供暖、供热水的电节能设备技术领域，具体涉及一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法。

背景技术

建筑能耗主要包括供暖、制冷、照明、热水供应等，其中以供暖、制冷、热水供应消耗能源最多。北方供暖原来以燃煤供暖为主，随着我国环保政策逐步落实，小燃煤锅炉被淘汰，现在逐步改为以燃气、电供暖、大型燃煤锅炉。燃气主要用于居民做饭，在我国开采量较少，国外进口受限的情况下，供暖用燃气得不到满足。大型燃煤锅炉具有环保、供热效率高的优势，然而热量长距离输送损耗大、水泵电能消耗，不适宜长距离输送，而低谷电蓄热体供暖、供热水可灵活设置，一次性投资小，是当前供暖、供应热水的一种有益的补充，具有广阔的应用前景。

电供暖长久以来一直使用。例如：电暖气、空调、电热风等，具有无环境污染、热效率高等优势，尤其是现阶段发展很好的峰谷电锅炉，更具有利用夜间用电低峰、电价低的优势。现阶段使用的电锅炉输送热量的方法一般是：用带孔状的蓄热材料(高铝砖)蓄热，通过风机使空气流动，在流动过蓄热材料后，空气被加热，热空气与热交换器换热，热交换器内的水被加热后供暖或供应热水。然而存在的缺点是蓄热材料带有孔状结构，占用地面和空间大，供热过程经过国体蓄热材料、空气、水多次换热，热效率较低，设备多，结构复杂。

为了克服现有的缺点，本申请提出了一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法，结合国家制定的低谷电优惠政策，更好发挥谷电的电价优势，在保证用户需求的情况下，降低供热成本，提高供热效率，减少一次性投资费用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法，达到节约资源、节能环保、安全、可靠、使用管理方便。本发明所采用的技术方案如下：

一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，该装置包括低谷电高温蓄热体，常压蓄热水箱，控制器，阀门、保温管道。

所述常压蓄热水箱外表面设有聚氨酯保温材料，所述常压蓄热水箱上部侧面设置有热用户侧热水供水管，所述热用户侧热水供水管上安装有第一循环水泵、第一截止阀、第一止回阀，所述第一循环水泵通过热用户侧热水供水管与第一截止阀相连接，所述第一截止阀与第一止回阀相连接，所述常压蓄热水箱通过热用户侧热水供水管与用户系统连接，由第一循环水泵提供用户侧的动力。

所述常压蓄热水箱上部侧面与热用户侧热水供水管对应面设置低谷电高温蓄热体加热后的第一回水管，所述第一回水管另一端与低谷电高温蓄热体相连接。

所述常压蓄热水箱下部侧面设置热用户侧热水回水管，所述热用户侧热水回水管上依次设有第二截止阀、除污器，减压阀，所述热用户侧热水回水管通过聚氨酯保温管道与用户系统连接，在热用户侧热水回水管上减压阀使用户系统流回的低温水压力降至常压，所述热用户侧热水回水管上设有温度传感器，与控制器相连，控制器根据回水温度高低，控制第一循环水泵供水量。

所述常压蓄热水箱下部侧面与热用户侧热水回水管对应位置设置有低温水进水管，所述低温水进水管上安装有第二循环水泵、第三截止阀、第二止回阀，所述第二循环水泵通过低温水进水管与第三截止阀相连接，所述第三截止阀与第二止回阀相连，所述低温水进水管另一端与低谷电高温蓄热体连接，由第二循环水泵提供低谷电高温蓄热体内水循环动力，由低谷电高温蓄热体中流入的热水把用户侧回来的低温水混合加热成高温水。

所述热用户侧热水供水管、所述热用户侧热水回水管及第一回水管均采用聚氨酯保温管道。

所述常压蓄热水箱内部设有汽水混合器，所述汽水混合器与低谷电高温蓄热体进气管连接。所述常压蓄热水箱上部设置定压点，侧面有溢流管，水压力超出定压点后，水从溢流管流出，水压力低于定压点，补水管进行补水，顶部设放空管与大气相通，保证常压蓄热水箱内水上表面压力为大气压，不会发生压力膨胀泄露事故。

所述低谷电高温蓄热体内部安装有蓄热材料，蓄热材料可以利用矿山废渣等密度较大、导热系数较高的固体废弃物。利用耐热水泥作为胶结材料，按照矿山废渣、耐热水泥5:1比例掺混，5份矿山废渣粒径分别为9～15毫米为3份，粒径5～9毫米1份，粒径2～5毫米为1份，加水搅拌均匀后浇筑在480mm╳240mm╳120mm模具内养生，完全固结后干砌筑在蓄热体内。

蓄热材料480mm╳240mm两个表面各有一条通贯全长的半圆形孔道，两个半圆形孔道互相垂直，孔道半径分别为加热水管半径和电加热盘管半径，为保证蓄热材料干砌筑后整体稳定性，蓄热材料480mm╳240mm按加热水管孔道方向分为两种，一种加热水管孔道平行于长度方向，一种加热水管孔道垂直于长度方向，干砌筑时分层砌筑。

所述低谷电高温蓄热体按被加热水物性状态分成五个区域，从外侧向中心依次为：未饱和水区域蓄能体、饱和水区域蓄能体，从下至上依次为：湿蒸汽区域蓄能体、干饱和蒸汽区域蓄能体、过热蒸汽区域蓄能体。所述低谷电高温蓄热体侧表面、上表面由角钢支架作支撑体，钢板作为围护结构，所述未饱和水区域蓄能体及所述饱和水区域蓄能体竖向布置在低谷电高温蓄热体内，所述低谷电高温蓄热体钢板内表覆盖30厘米厚硅铝毡，所述未饱和水区域蓄能体21干砌筑在30厘米厚硅铝毡内侧，在所述未饱和水区域蓄能体内侧覆盖20厘米厚硅铝毡，所述饱和水区域蓄能体干砌筑在20厘米厚硅铝毡内侧，在所述饱和水区域蓄能体内侧覆盖50厘米厚硅铝毡。

所述湿蒸汽区域蓄能体，干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体横向设置在低谷电高温蓄热体内部，从底部混凝土基础上覆盖30厘米厚硅铝毡，所述30厘米厚硅铝毡上干砌筑为湿蒸汽区域蓄能体，所述湿蒸汽区域蓄能体上覆盖有50厘米厚硅铝毡，所述50厘米厚硅铝毡上干砌筑干饱和蒸汽区域蓄能体，所述干饱和蒸汽区域蓄能体上方干砌筑过热蒸汽区域蓄能体。

所述低谷电高温蓄热体蓄热材料孔道中安装电加热管和未饱和水区域加热水管、饱和水区域加热水管、湿蒸汽区域加热水管、干饱和蒸汽区域加热水管、过热蒸汽区域加热水管，所述电加热管与加热水管隔层水平布置，相交角度为90°，隔层垂直距离为120毫米，电加热管每层垂直相距240毫米、水平间距240毫米，加热水管每层垂直相距240毫米、水平间距240毫米。所述未饱和水区域蓄能体不布置电加热管，所述饱和水区域蓄能体蓄热材料孔道中每隔两个孔道布置一个电加热管，所述湿蒸汽区域蓄能体、所述干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体蓄热材料孔道中布满电加热管。

所述电加热管直径20毫米，为U型，端部连接电源线，平行段间距240毫米，长度按蓄能体长度，电加热管与加热水管隔层布置有益于电加热管产生的热量可以快速传递给蓄热材料，蓄热材料得热均匀，蓄热材料储存的热量可以快速传递给加热水管，蓄热材料散热均匀。

所述低谷电高温蓄热体蓄热材料孔道中安装电加热管和未饱和水区域加热水管、饱和水区域加热水管、湿蒸汽区域加热水管、干饱和蒸汽区域加热水管、过热蒸汽区域加热水管，加热水管与蓄热材料分层干砌筑，电加热管和加热水管起到拉结蓄热材料作用，保证低谷电高温蓄热体整体稳定性。

所述未饱和水区域加热水管、所述饱和水区域加热水管、所述湿蒸汽区域加热水管均采用普通碳素钢管，管径选定为DN40钢管，所述湿蒸汽区域加热水管管径选定为管径选定为DN40、DN50，所述干饱和蒸汽区域加热水管及过热蒸汽区域加热水管采用耐热钢管，管径选定为DN50钢管。

所述未饱和水区域蓄能体控制温度为90～130℃，未饱和水区域蓄能体的热量主要是维持负荷低时候热量，防止热用户侧管路及设备结冰。低谷电高温蓄热体在低温区域内不布置电加热管，热量主要依靠中温区域向低温区域传导和对流来获得。同时起到阻断中温区域热量向房间扩散的作用，减小热量损失，达到节能的目的，是供应热量的辅助蓄热体。

所述饱和水区域蓄能体控制温度为170℃～230℃，在谷电时加热至230℃并维持这一温度，当供热负荷增加时用电加热不低于170℃，保证饱和水区域加热水管中水温达到饱和水温度。低谷电高温蓄热体在中温区域内布置少量电加热管，用以提供热量给热用户侧，是供应热量的次要蓄热体。

所述湿蒸汽区域蓄能体控制温度为270℃～400℃，在谷电时加热至400℃并维持这一温度，当供热负荷增加时用电加热不低于270℃，保证湿蒸汽区域加热水管中水达到湿蒸汽状态。进入湿蒸汽区域加热水管中的水为饱和水，在通过3.5厘米玛瑙珠后在体积突然增大、温度增高情况下瞬间变成湿蒸汽，湿蒸汽在湿蒸汽区域加热水管中继续被加热变成干饱和蒸汽进入干饱和蒸汽区域加热水管中。

所述干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体控制温度为1000℃～1300℃，是供应热量的主要蓄热体。在谷电时加热至1300℃并维持这一温度。在峰电时且热负荷低时不加热，温度低于1000℃加热。

所述低谷电高温蓄热体中按1米空间间距均匀排放温度传感器，所述未饱和水区域蓄能体温度为90℃，所述饱和水区域蓄能体温度为170℃时，所述控制器启动饱和水区域蓄能体中电加热管加热；所述未饱和水区域蓄能体温度为130℃，所述饱和水区域蓄能体温度为230℃时，所述控制器关闭饱和水区域蓄能体中电加热管不加热。

所述湿蒸汽区域蓄能体温度为270℃时，所述控制器启动湿蒸汽区域蓄能体中电加热管加热；所述湿蒸汽区域蓄能体控制温度为400℃时，所述控制器关闭湿蒸汽区域蓄能体中电加热管不加热。

所述干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体温度为1000℃时，所述控制器启动干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体电加热管加热；所述干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体温度为1300℃时，所述控制器关闭干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体电加热管不加热；1300℃为室外气温极低温度时，供热热负荷最大时蓄能体最高工作温度，可根据室外气温高低和供热热负荷变化调节蓄能体最高温度。

湿蒸汽在湿蒸汽区域加热水管中、饱和蒸汽区域加热水管和过热蒸汽区域加热水管在低热负荷时管道内为低压过热水蒸气。

第一电磁阀设置在第一回水管上，第二电磁阀设置饱和水区域加热水管和湿蒸汽区域加热水管间。

一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置的使用方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：开启第二循环水泵

所述常压蓄热水箱中的水通过第二循环水泵经过低温水进水管送至未饱和水区域加热水管、饱和水区域加热水管中，被加热到饱和水温度后经过第一回水管返回常压蓄热水箱。这个循环主要是维持热用户在最低热负荷条件下系统运行。未饱和水区域蓄能体温度为90～130℃，将未饱和水区域加热水管中水在管中加热至80°左右；饱和水区域蓄能体温度为170～230℃，将饱和水区域加热水管中水加热至饱和温度。

步骤二：当热用户热负荷增加时，所述控制器调整第一电磁阀，开度由100％调整为95％，调整第二电磁阀，开度由0％调整为5％开度，95％的饱和水温度水接第一回水管回到常压蓄热水箱，5％的饱和水温度水经第二电磁阀进入到低谷电高温蓄热体湿蒸汽区域加热水管中，湿蒸汽区域蓄能体控制温度为270℃～400℃，将湿蒸汽区域加热水管中水加热至饱和温度水和水蒸气混合物即湿蒸汽；湿蒸汽经过3.5厘米玛瑙球进入将干饱和蒸汽区域加热水管中和过热蒸汽区域加热水管中，被加热过热蒸气经进气管进入汽水混合器，在常压蓄热水箱中与水混合，并加热常压蓄热水箱水。干饱和蒸汽区域蓄能体和过热蒸汽区域蓄能体控制温度为1000℃～1300℃，将干饱和蒸汽区域加热水管中水蒸气加热至130℃左右过热蒸汽。

步骤三：经过30分钟加热饱和温度水变成过热蒸气的过程中，所述湿蒸汽区域加热水管温度由初始的400℃降到330℃左右，干饱和蒸汽区域加热水管、过热蒸汽区域加热水管温度由初始的1300℃降到500℃左右；被加热过热蒸气经进气管进入汽水混合器，在常压蓄热水箱中与水混合，并加热常压蓄热水箱水。

经过50分钟左右湿蒸汽区域加热水管温度将至260℃左右，干饱和蒸汽区域加热水管、过热蒸汽区域加热水管温度降到300℃左右；被加热过热蒸气经进气管进入汽水混合器，在常压蓄热水箱中与水混合，并加热常压蓄热水箱水。

步骤四：调整第二电磁阀开度为100％；调整第一电磁阀为0％，80℃左右水全部进入到干饱和蒸汽区域加热水管、过热蒸汽区域加热水管中，被加热成水蒸气，经汽水混合器与常压蓄热水箱中水混合。

步骤五：热负荷较小时，调整第二电磁阀开度由100％逐渐减小；调整第一电磁阀为由0％逐渐增大，直至调整第二电磁阀开度减小到0％；第一电磁阀增大到0％，完成一天的动态调整。

本发明的有益效果是：体积小，占地面积小，单位体积热量存储量大，低谷电高温蓄热体、常压蓄热水箱在常压下工作，没有爆炸危险。本发明具有以下优势：

(1)本发明为一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法，充分利用自然界中的水作为传热介质，充分利用了水比空气密度大，比热大的、无污染特性。(2)利用矿山废渣密度大的特性作为储热介质，利用夜间谷电时段的低价电能，在满足冬季采暖需求同时，实现节能环保、蓄热材料可以利用矿山废渣，降低供热运行费用的目的。(3)本发明一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法可以实行无人管理，根据气候变化自动估算蓄热温度，减少了热量过度消耗，极大提高和改善了操作人员劳动强度，满足人民群众对美好生活的向往需求。(4)本发明中蓄热体分成三层次温度储存，可以减小热量散失，达到节能目的，节省保温材料使用量。(5)低谷电高温蓄热体中没有通风用孔道，比原有技术蓄热体体积减小60％左右。(6)没有热风与水交换的换热器，风机、风道，节省了设备投资，热交换次数少，传热效率高，热损失少。(7)湿蒸汽区域加热水管、干饱和蒸汽区域加热水管、过热蒸汽区域加热水管中在低负荷时为常压极少量水蒸气，没有向常压蓄热水箱中传递高温热量，保证低谷电高温蓄热体形成高温蓄热。

附图说明

图1为本发明的低谷电高温蓄热体装置结构示意图；

图2为本发明的常压蓄热水箱结构示意图；

图3为本发明的低谷电高温蓄热体湿蒸汽区域加热水管结构示意图；

图4为本发明的低谷电高温蓄热体装置结构俯视示意图。

符号说明：1-常压蓄热水箱；2-热用户侧热水供水管；3-第一循环水泵；4-第一截止阀；5-第一止回阀；6-第一回水管；7-热用户侧热水回水管；8-除污器；9-第二截止阀；10-减压阀；11-低温水进水管；12-第二循环水泵；13-第三截止阀；14-第二止回阀；15-放空管；16-定压点管；17-溢流管；18-汽水混合器；19-挡水板；20-低谷电高温蓄热体；21-未饱和水区域蓄能体22；22-饱和水区域蓄能体22；23-湿蒸汽区域蓄能体；24-干饱和蒸汽区域蓄能体；25-过热蒸汽区域蓄能体；26-未饱和水区域加热水管；27-饱和水区域加热水管；28-湿蒸汽区域加热水管；29-干饱和蒸汽区域加热水管；30-过热蒸汽区域加热水管；31-第一电磁阀；32-第二电磁阀；33-30厘米厚硅铝毡；34-20厘米厚硅铝毡；35-50厘米厚硅铝毡；36-混凝土基础；37-进气管；38-1厘米厚挡板；39-直径0.2厘米弹簧；40-3.5厘米玛瑙珠；41-补水管；42-汽水分离装置；43-热水；44-蒸汽；45-第三止回阀。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明，结合附图对本发明进行进一步详细描述。

下面参照图1-4来描述根据本发明的实施例提供的一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置及方法。

如图1至图4所示，一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，该装置包括低谷电高温蓄热体20，常压蓄热水箱1，控制器，阀门、保温管道及保温材料。

常压蓄热水箱1外表面设有聚氨酯保温材料，常压蓄热水箱1上部侧面设置有热用户侧热水供水管2，热用户侧热水供水管2上安装有第一循环水泵3、第一截止阀4、第一止回阀5，第一循环水泵3通过热用户侧热水供水管2与第一截止阀4相连接、第一截止阀4与第一止回阀5相连接，常压蓄热水箱1通过热用户侧热水供水管2与用户系统连接，由第一循环水泵3提供用户侧的动力。

常压蓄热水箱1上部侧面与热用户侧热水供水管2对应面设置低谷电高温蓄热体加热后的第一回水管6，第一回水管6另一端与低谷电高温蓄热体20相连接。

常压蓄热水箱1下部侧面设置热用户侧热水回水管7，热用户侧热水回水管7上依次设有第二截止阀9、除污器8，减压阀10，热用户侧热水回水管7通过聚氨酯保温管道与用户系统连接，在热用户侧热水回水管7上减压阀10使用户系统流回的低温水压力降至常压，热用户侧热水回水管7上设有温度传感器，与控制器相连，控制器根据回水温度高低，控制第一循环水泵3供水量。

常压蓄热水箱1下部侧面与热用户侧热水回水管7对应位置设置有低温水进水管11，低温水进水管11上安装有第二循环水泵12、第三截止阀13、第二止回阀14，第二循环水泵12通过低温水进水管11与第二截止阀13相连接，第三截止阀13与第二止回阀14，低温水进水管11另一端与低谷电高温蓄热体20连接，由第二循环水泵12提供低谷电高温蓄热体内水循环动力，由低谷电高温蓄热体中流入的热水把用户侧回来的低温水混合加热成高温水。

热用户侧热水供水管2、热用户侧热水回水管7及第一回水管6均采用聚氨酯保温管道。

常压蓄热水箱1内部设有汽水混合器18，汽水混合器18与低谷电高温蓄热体进气管37连接，常压蓄热水箱上部设置定压点，侧面有溢流管17，水压力超出定压点后，水从溢流管17流出，水压力低于定压点，补水管41进行补水，顶部设放空管15与大气相通，保证常压蓄热水箱1内水上表面压力为大气压，不会发生压力膨胀泄露事故。

低谷电高温蓄热体20内部安装有蓄热材料，蓄热材料可以利用矿山废渣等密度较大、导热系数较高的固体废弃物。利用耐热水泥作为胶结材料，按照矿山废渣、耐热水泥5:1比例掺混，5份矿山废渣粒径分别为9～15毫米为3份，粒径5～9毫米1份，粒径2～5毫米为1份，加水搅拌均匀后浇筑在480mm╳240mm╳120mm模具内养生，完全固结后摆放在蓄热体内，蓄热材料480mm╳240mm上、下表面上各有一条通贯全长的半圆形孔道，上、下表面上半圆形孔道互相垂直，孔道半径分别为电加热管半径和未饱和水区域加热水管26、饱和水区域加热水管27、湿蒸汽区域加热水管28、干饱和蒸汽区域加热水管29、过热蒸汽区域加热水管30半径。

低谷电高温蓄热体20按被加热水物性状态分成五个区域，从外侧向中心依次为：未饱和水区域蓄能体21、饱和水区域蓄能体22，从下至上依次为：湿蒸汽区域蓄能体23、干饱和蒸汽区域蓄能体24、过热蒸汽区域蓄能体25。未饱和水区域蓄能体21、饱和水区域蓄能体22竖向布置在低谷电高温蓄热体20内，低谷电高温蓄热体20钢板内表覆盖30厘米厚硅铝毡33，未饱和水区域蓄能体21干砌筑在30厘米厚硅铝毡33内侧，在未饱和水区域蓄能体21内侧覆盖20厘米厚硅铝毡34，饱和水区域蓄能体22干砌筑在20厘米厚硅铝毡34内侧，在饱和水区域蓄能体22内侧覆盖50厘米厚硅铝毡35。

湿蒸汽区域蓄能体23，干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25横向设置在低谷电高温蓄热体20内部，从底部混凝土基础36上覆盖30厘米厚硅铝毡33，30厘米厚硅铝毡33上干砌筑为湿蒸汽区域蓄能体23、湿蒸汽区域蓄能体23上覆盖有50厘米厚硅铝毡35，50厘米厚硅铝毡35上干砌筑干饱和蒸汽区域蓄能体24，干饱和蒸汽区域蓄能体24上方干砌筑过热蒸汽区域蓄能体25。

低谷电高温蓄热体20蓄热材料孔道中安装电加热管和未饱和水区域加热水管26、饱和水区域加热水管27、湿蒸汽区域加热水管28、干饱和蒸汽区域加热水管29、过热蒸汽区域加热水管30，电加热管与加热水管隔层水平布置，相交角度为90°，隔层垂直距离为120毫米，电加热管每层垂直相距240毫米、水平间距240毫米，加热水管每层垂直相距240毫米、水平间距240毫米，未饱和水区域蓄能体21不布置电加热管，饱和水区域蓄能体22蓄热材料孔道中每隔两个孔道布置一个电加热管，湿蒸汽区域蓄能体23、干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25蓄热材料孔道中布满电加热管。

电加热管直径20毫米，为U型，端部连接电源线，平行段间距240毫米，长度按蓄能体长度，电加热管与加热水管隔层布置有益于电加热管产生的热量可以快速传递给蓄热材料，蓄热材料得热均匀，蓄热材料储存的热量可以快速传递给水管，蓄热材料散热均匀。

未饱和水区域加热水管26、饱和水区域加热水管27、湿蒸汽区域加热水管28均采用普通碳素钢管，管径选定为DN40钢管，湿蒸汽区域加热水管28管径选定为管径选定为DN40、DN50，干饱和蒸汽区域加热水管29及过热蒸汽区域加热水管30采用耐热钢管，管径选定为DN50钢管。

低谷电高温蓄热体未饱和水区域蓄能体21控制温度为90℃～130℃，未饱和水区域蓄能体21的热量主要是维持负荷低时候热量，防止热用户侧管路及设备结冰。低谷电高温蓄热体在低温区域内不布置电加热管，热量主要依靠中温区域向低温区域传导和对流来获得。同时起到阻断中温区域热量向房间扩散的作用，减小热量损失，达到节能的目的，是供应热量的辅助蓄热体。

饱和水区域蓄能体22控制温度为170℃～230℃，在谷电时加热至230℃并维持这一温度，当供热负荷增加时用电加热不低于170℃，保证饱和水区域加热水管27中水温达到饱和水温度。低谷电高温蓄热体在中温区域内布置少量电加热管，用以提供热量给热用户侧，是供应热量的次要蓄热体。

湿蒸汽区域蓄能体23控制温度为270℃～400℃，在谷电时加热至400℃并维持这一温度，当供热负荷增加时用电加热不低于270℃，保证湿蒸汽区域加热水管28中水达到湿蒸汽状态。进入湿蒸汽区域加热水管28中的水为饱和水，在通过3.5厘米玛瑙珠40后在体积突然增大、温度增高情况下瞬间变成湿蒸汽，湿蒸汽在湿蒸汽区域加热水管28中继续被加热变成干饱和蒸汽进入干饱和蒸汽区域加热水管29中。

干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25控制温度为1000℃～1300℃，是供应热量的主要蓄热体。在谷电时加热至1300℃并维持这一温度。在峰电时且热负荷低时不加热，温度低于1000℃加热。

低谷电高温蓄热体中按1米空间间距均匀排放温度传感器，未饱和水区域蓄能体21温度为90℃，饱和水区域蓄能体22温度为170℃时，控制器启动饱和水区域蓄能体中电加热管加热；未饱和水区域蓄能体21温度为130℃，饱和水区域蓄能体22温度为230℃时，控制器关闭饱和水区域蓄能体中电加热管不加热。

湿蒸汽区域蓄能体23温度为270℃时，控制器启动湿蒸汽区域蓄能体23中电加热管加热；湿蒸汽区域蓄能体23控制温度为400℃时，控制器关闭湿蒸汽区域蓄能体23中电加热管不加热；

干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25温度为1000℃时，控制器启动干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25电加热管加热；干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25温度为1300℃时，控制器关闭干饱和蒸汽区域蓄能体24和过热蒸汽区域蓄能体25电加热管不加热；1300℃为室外气温极低温度时，供热热负荷最大时蓄能体最高工作温度，可根据室外气温高低和供热热负荷变化调节蓄能体最高温度。

湿蒸汽在加热水管28中、饱和蒸汽区域加热水管29和过热蒸汽区域加热水管30在低热负荷时管道内为低压过热水蒸气。

第一电磁阀31设置在第一回水管6上，第二电磁阀32、第三止回阀45设置饱和水区域加热水管和湿蒸汽区域加热水管间，第三止回阀45安装方向为热水从饱和水区域加热水管流向湿蒸汽区域加热水管。

汽水分离装置42设置在湿蒸汽区域加热水管28中，汽水分离器由1厘米厚挡板38、直径0.2厘米弹簧39、直径3.5厘米玛瑙珠40组成；3.5厘米玛瑙珠40由产自阜新蒙古族自治县七家子镇黑白花玛瑙加工成。

一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置的使用方法，该方法包括如下步骤：

步骤一：当热用户热负荷处于低负荷时，常压蓄热水箱1的低温水在第二循环水泵12的驱动下流入未饱和水区域加热水管26、饱和水区域加热水管27中，被未饱和水区域蓄能体21及饱和水区域蓄能体22加热到饱和温度后流回到常压蓄热水箱1中，与热用户处回来的低温水混合后，经第一循环水泵3送给热用户，供热用户采暖，完成循环过程。

步骤二：当热用户热负荷增加时，控制器调整第一电磁阀31，开度由100％调整为95％，调整打开第二电磁阀32，开度由0％调整为5％开度，95％饱和水温度的水接第一回水管6回到常压蓄热水箱1，5％饱和水温度的水经第二电磁阀32进入到湿蒸汽区域加热水管28中，水在湿蒸汽区域加热水管28中下部1/2处，被持续加热出现水蒸气，水液面上部为被加热后的水蒸气，随着加热时间增加，汽化水蒸汽不断增加，管内压力升高，推动3.5厘米玛瑙球40上升，水蒸汽进入干饱和蒸汽区域加热水管29中，干饱和蒸汽区域加热水管29中水蒸气继续被加热后进入过热蒸汽区域加热水管30中继续加热，被加热过热蒸气经进气管37进入汽水混合器18，在常压蓄热水箱1中与水混合，并加热常压蓄热水箱1水，满足热负荷增加后常压蓄热水箱水的温度，完成循环过程。

湿蒸汽区域蓄能体23控制温度为270℃～400℃，将湿蒸汽区域加热水管28中水加热至饱和温度水和水蒸气混合物即湿蒸汽；

湿蒸汽区域加热水管28管径由两种管径DN40、DN50组成，DN40管中为被加热的湿蒸汽，湿蒸汽进入汽水分离装置42，在经过3.5厘米玛瑙球40后体积变大、压力变小，瞬间被加热成干饱和蒸汽，3.5厘米玛瑙球40重力及直径0.2厘米弹簧39维持DN40管中压力，1厘米厚挡板38被焊接在变径管上沿处，直径0.2厘米弹簧39安装在1厘米厚挡板38上。

步骤三：经过30分钟加热饱和温度水变成过热蒸气的过程中，湿蒸汽区域加热水管28温度由初始的400℃降到330℃左右，干饱和蒸汽区域加热水管29、过热蒸汽区域加热水管30温度由初始的1300℃降到500℃左右；被加热过热蒸气经进气管37进入汽水混合器18，在常压蓄热水箱1中与水混合，并加热常压蓄热水箱1水。

经过50分钟左右湿蒸汽区域加热水管28温度将至260℃左右C，干饱和蒸汽区域加热水管29、过热蒸汽区域加热水管30温度降到300℃左右；被加热过热蒸气经进气管37进入汽水混合器18，在常压蓄热水箱1中与水混合，并加热常压蓄热水箱1水。

步骤四：调整第二电磁阀32开度为100％；调整第一电磁阀31为0％，80℃左右水全部进入到干饱和蒸汽区域加热水管29、过热蒸汽区域加热水管30中，被加热成水蒸气，经汽水混合器与常压蓄热水箱1中水混合。

步骤五：热负荷较小时，调整第二电磁阀32开度由100％逐渐减小；调整第一电磁阀31开度由0％逐渐增大，直至调整第二电磁阀32开度减小到0％；第一电磁阀31增大到100％，完成一天的动态调整。

Claims (8)

1.一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，该装置包括低谷电高温蓄热体(20)，常压蓄热水箱(1)，控制器，阀门、保温管道；

所述常压蓄热水箱(1)外表面设有保温材料，所述常压蓄热水箱(1)上部侧面设置有热用户侧热水供水管(2)，所述热用户侧热水供水管(2)上安装有第一循环水泵(3)、第一截止阀(4)、第一止回阀(5)，所述第一循环水泵(3)通过热用户侧热水供水管(2)与第一截止阀(4)相连接，所述第一截止阀(4)与第一止回阀(5)相连接，所述常压蓄热水箱(1)通过热用户侧热水供水管(2)与用户系统连接；

所述常压蓄热水箱(1)上部侧面与热用户侧热水供水管(2)对应面设置低谷电高温蓄热体加热后的第一回水管(6)，所述第一回水管(6)另一端与低谷电高温蓄热体(20)相连接；

所述常压蓄热水箱(1)下部侧面设置热用户侧热水回水管(7)，所述热用户侧热水回水管(7)上依次设有第二截止阀(9)、除污器(8)，减压阀(10)，所述热用户侧热水回水管(7)通过保温管道与用户系统连接，所述热用户侧热水回水管(7)上设有温度传感器，与控制器相连；

所述常压蓄热水箱(1)下部侧面与热用户侧热水回水管(7)对应位置设置有低温水进水管(11)，所述低温水进水管(11)上安装有第二循环水泵(12)、第三截止阀(13)、第二止回阀(14)，所述第二循环水泵(12)通过低温水进水管(11)与第三截止阀(13)相连接，所述第三截止阀(13)与第二止回阀(14)相连，所述低温水进水管(11)另一端与低谷电高温蓄热体(20)连接；

第一电磁阀(31)设置在第一回水管(6)上，第二电磁阀(32)、第三止回阀(45)设置饱和水区域加热水管(27)和湿蒸汽区域加热水管(28)间。

2.根据权利要求1所述一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，所述常压蓄热水箱(1)内部设有汽水混合器(18)，所述汽水混合器(18)与低谷电高温蓄热体进气管(37)连接；所述常压蓄热水箱(1)上部设置定压点，侧面有溢流管(17)，水压力超出定压点后，水从溢流管(17)流出，水压力低于定压点，补水管(41)进行补水，顶部设放空管(15)与大气相通。

3.根据权利要求1所述一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，所述低谷电高温蓄热体(20)内部安装有蓄热材料，蓄热材料利用矿山废渣密度较大、导热系数较高的固体废弃物；利用耐热水泥作为胶结材料，按照矿山废渣、耐热水泥5:1比例掺混，5份矿山废渣粒径分别为9～15毫米为3份，粒径5～9毫米1份，粒径2～5毫米为1份，加水搅拌均匀后浇筑在480mm╳240mm╳120mm模具内养生，完全固结后干砌筑蓄热体内，蓄热材料480mm╳240mm上、下表面上各有一条通贯全长的半圆形孔道，上、下表面上半圆形孔道互相垂直，孔道半径分别为电加热管半径和加热水管半径。

4.根据权利要求1所述一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，所述低谷电高温蓄热体(20)按被加热水物性状态分成五个区域，从外侧向中心依次为：未饱和水区域蓄能体(21)、饱和水区域蓄能体(22)，从下至上依次为：湿蒸汽区域蓄能体(23)、干饱和蒸汽区域蓄能体(24)、过热蒸汽区域蓄能体(25)。

5.根据权利要求1所述一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，所述低谷电高温蓄热体(20)侧表面、上表面由角钢支架作支撑体，钢板作为围护结构，所述未饱和水区域蓄能体(21)及所述饱和水区域蓄能体(22)竖向布置在低谷电高温蓄热体(20)内，所述低谷电高温蓄热体(20)钢板内表覆盖30厘米厚硅铝毡(33)，所述未饱和水区域蓄能体(21)干砌筑在30厘米厚硅铝毡(33)内侧，在所述未饱和水区域蓄能体(21)内侧覆盖20厘米厚硅铝毡(34)，所述饱和水区域蓄能体(22)干砌筑在20厘米厚硅铝毡(34)内侧，在所述饱和水区域蓄能体(22)内侧覆盖50厘米厚硅铝毡(35)。

6.根据权利要求1所述一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，所述湿蒸汽区域蓄能体(23)，干饱和蒸汽区域蓄能体(24)和过热蒸汽区域蓄能体(25)横向设置在低谷电高温蓄热体(20)内部，从底部混凝土基础36上覆盖30厘米厚硅铝毡(33)，所述30厘米厚硅铝毡(33)上干砌筑为湿蒸汽区域蓄能体(23)，所述湿蒸汽区域蓄能体(23)上覆盖有50厘米厚硅铝毡(35)，所述50厘米厚硅铝毡(35)上干砌筑干饱和蒸汽区域蓄能体(24)，所述干饱和蒸汽区域蓄能体(24)上方干砌筑过热蒸汽区域蓄能体(25)。

7.根据权利要求1所述一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置，其特征在于，低谷电高温蓄热体蓄热材料孔道中安装电加热管和未饱和水区域加热水管(26)、饱和水区域加热水管(27)、湿蒸汽区域加热水管(28)、干饱和蒸汽区域加热水管(29)、过热蒸汽区域加热水管(30)；所述电加热管与加热水管隔层水平布置，相交角度为90°，隔层垂直距离为120毫米，电加热管每层垂直相距240毫米、水平间距240毫米，加热水管每层垂直相距240毫米、水平间距240毫米；所述未饱和水区域蓄能体(21)不布置电加热管，所述饱和水区域蓄能体(22)蓄热材料孔道中每隔两个孔道布置一个电加热管，所述湿蒸汽区域蓄能体(23)、所述干饱和蒸汽区域蓄能体(24)和过热蒸汽区域蓄能体(25)蓄热材料孔道中布满电加热管。

8.一种控制低谷电高温蓄热体热量传输的装置的使用方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：开启第二循环水泵(12)

所述常压蓄热水箱(1)中的水通过第二循环水泵(12)经过低温水进水管(11)送至未饱和水区域加热水管(26)、饱和水区域加热水管(27)中，被加热到饱和水温度后经过第一回水管(6)返回常压蓄热水箱(1)；这个循环主要是维持热用户在最低热负荷条件下系统运行；所述未饱和水区域蓄能体(21)温度为90～130℃，将未饱和水区域加热水管(26)中水在管中加热至80°左右；饱和水区域蓄能体(22)温度为170～230℃，将饱和水区域加热水管(27)中水加热至饱和温度；

步骤二：当热用户热负荷增加时，所述控制器调整第一电磁阀(31)，开度由100％调整为95％，调整第二电磁阀(32)，开度由0％调整为5％开度，95％的饱和水温度水接第一回水管(6)回到常压蓄热水箱(1)，5％的饱和水温度水经第二电磁阀(32)进入到湿蒸汽区域加热水管(28)中，所述湿蒸汽区域蓄能体(23)控制温度为270℃～400℃，将湿蒸汽区域加热水管(28)中水加热至饱和温度水和水蒸气混合物即湿蒸汽；湿蒸汽进入汽水分离装置42在经过3.5厘米玛瑙球40后体积变大、压力变小，瞬间被加热成干饱和蒸汽进入将干饱和蒸汽区域加热水管(29)中和过热蒸汽区域加热水管(30)中，被加热过热蒸气经进气管(37)进入汽水混合器(18)，在常压蓄热水箱(1)中与水混合，并加热常压蓄热水箱(1)水；干饱和蒸汽区域蓄能体(24)和过热蒸汽区域蓄能体(25)控制温度为1000℃～1300℃，将过热蒸汽区域加热水管30中水蒸气加热至过热蒸汽；

步骤三：经过30分钟加热饱和温度水变成过热蒸气的过程中，所述湿蒸汽区域加热水管(28)温度由初始的400℃降到330℃左右，干饱和蒸汽区域加热水管(29)、过热蒸汽区域加热水管(30)温度由初始的1300℃降到500℃左右；被加热过热蒸气经进气管1进入汽水混合器(18)，在常压蓄热水箱(1)中与水混合，并加热常压蓄热水箱(1)水；

经过50分钟左右湿蒸汽区域加热水管(28)温度将至260℃左右C，干饱和蒸汽区域加热水管(29)、过热蒸汽区域加热水管(30)温度降到300℃左右；被加热过热蒸气经进气管1进入汽水混合器(18)，在常压蓄热水箱(1)中与水混合，并加热常压蓄热水箱(1)水；

步骤四：调整第二电磁阀(32)开度为100％；调整第一电磁阀(31)为0％，80℃左右水全部进入到干饱和蒸汽区域加热水管(29)、过热蒸汽区域加热水管(30)中，被加热成水蒸气，经汽水混合器(18)与常压蓄热水箱(1)中水混合；

步骤五：热负荷较小时，调整第二电磁阀(32)开度由100％逐渐减小；调整第一电磁阀(31)开度由0％逐渐增大，直至调整第二电磁阀(32)开度减小到0％；第一电磁阀(31)增大到100％，完成一天的动态调整。

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