CN116428740B - 一种固体蓄热恒温热水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体蓄热恒温热水装置，包括：保温层，内部设有第一腔体，还设有第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层之间设有第二腔体；固体蓄热体和蒸发器，设置于第一腔体的内部；耐火保温骨料设于第二腔体内部；换热器，设于保温层的外侧，并通过连接管路与蒸发器连通，且换热器与用户的恒温水池相连通；吸收器，通过连接管路与换热器连通，且与外部水源连通；增压泵，通过连接管路与吸收器连通；过滤器通过连接管路与增压泵连通，且过滤器通过连接管路与吸收器相连通；固体电蓄热体外部设置的保温层，保证了功率较小、数量多、分布广的热水设备具备良好的保温性能，进而使得固体蓄热恒温热水装置能稳定输出恒温热水。

Description

一种固体蓄热恒温热水装置

技术领域

本发明属于电热存储技术领域，尤其涉及一种固体蓄热恒温热水装置。

背景技术

近年来，我国以风力发电和光伏发电为代表的清洁能源发电装机容量已经大于以燃煤和燃气火电厂为代表的化石能源发电装机容量，为使用绿电创造了基础条件。在发电侧和用户侧大量安装工作电压大于10kV，蓄热功率大于1000kW的固体电蓄热炉，按照绿电的发电规律将蓄热设备内的固体电蓄热体加热到500℃～800℃，通过换热器将固体电蓄热体中的高温热转换成热水、蒸汽、热风输出，代替燃煤和燃气锅炉为建筑供暖和为工业生产过程供热，提高了清洁电能的上网率，也减少了燃煤和燃气的消耗。

而现有的学校、企业等办公楼内电热设备，比如55℃的电热直饮水设备，85℃泡绿茶的热水设备，95℃泡红茶或咖啡的热水设备，还有公共卫生间洗手使用的40℃的热水设备，这些热水设备往往不具备蓄热功能，需要即时加热，这样就将实时消耗白天电网高峰时段的电能。而现有的具有蓄热功能的设备，又难以维持设备内部水蒸气汽化温度的稳定性，输出的热水温度变化大，或者需要用户长时间等待才能接到热水，无法持续输出恒温热水。

为此，针对上述的技术问题，需要提供一种固体蓄热恒温热水装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体蓄热恒温热水装置，以解决现有技术中功率较小、数量多、分布广的热水设备不具备保温性能，消耗大量电网高峰时段电能，并且无法持续输出恒温热水的技术问题。

本发明提供了一种固体蓄热恒温热水装置，包括：保温层，内部设有第一腔体，还设有第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层之间设有第二腔体；耐火保温骨料，设置于第二腔体的内部；固体电蓄热体和蒸发器，设置于第一腔体内部；换热器，设置于保温层的外侧，并通过连接管路与蒸发器相连通，且换热器与用户的恒温水池相连通；吸收器通过连接管路与换热器相连通，且与外部水源相连通，吸收器的内部设置有吸收液，吸收液为溴化锂的水溶液；增压泵，通过连接管路与吸收器相连通；过滤器，通过连接管路与增压泵相连通，并且过滤器通过连接管路与吸收器相连通；过滤器通过带连通注水泵串连水量调节阀结构的管路与蒸发器相连通。

可选地，第二腔体为真空腔体。

可选地，溴化锂的水溶液是溴化锂质量浓度为40%～60%的水溶液。

可选地，过滤器包括：分水腔，设置于过滤器内部的一侧，并通过连接管路与增压泵、吸收器相连通；逆渗透过滤器，设置于过滤器的内部，且设置于分水腔的侧面；介质水腔体，设置于过滤器内部的另一侧，并通过连接管路与蒸发器相连通，使经过逆渗透过滤器后的介质水经介质水腔体注入蒸发器内部。

可选地，水量调节阀，设置于过滤器与所述蒸发器之间，并与介质水腔体相连通；注水泵，设置于水量调节阀与蒸发器之间，并与蒸发器相连通，并且注水泵与水量调节阀为串连连接。

可选地，设置于蒸发器与吸收器之间。

可选地，固体电蓄热体还包括：电阻加热器，设置于固体电蓄热体的内部，并与外部电源电连接，以加热固体电蓄热体。

可选地，吸收器包括：预热管道，设置于吸收器的内部，使外部水源进入吸收器的内部后能够通过预热管道进行预加热。

可选地，吸收器通过连接管道与换热器相连通，使吸收器内部经预热管道进行预加热的外部水源能够流至换热器，再经过换热器进入用户的恒温水池。

可选地，控制器，与固体蓄热恒温热水装置相连接，且控制固体蓄热恒温热水装置工作，并控制固体电蓄热体在外部的电网低谷时段进行蓄热。

相较于现有技术，本发明提供了一种固体蓄热恒温热水装置，通过设置蒸发器、换热器、吸收器为连通结构，使固体蓄热恒温热水装置工作时的水蒸气能够从蒸发器经换热器进入吸收器，并被吸收液吸收，进而达到固体电蓄热恒温热水装置内工作压力的动态平衡，确保了水蒸气汽化温度的稳定性，并且在蒸发器和固体电蓄热体外部设置的保温层，保证了功率较小、数量多、分布广的热水设备具备良好的保温性能，进而使得固体蓄热恒温热水装置输出高效的恒温热水。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是本发明的固体蓄热恒温热水装置的部件连接示意图。

附图标记说明：

1、固体电蓄热体；1-2、第二腔体；1-3、耐火保温骨料；2、蒸发器；2-2、分水口；2-3、注水口；2-4、蒸汽输出口；3、换热器；3-1、蒸汽输入口；3-2、预热水输入口；3-3、乏汽输出口；3-4、恒温水输出口；4、吸收器；4-1、乏汽输入口；4-2、回水口；4-3、吸收液输出口；4-4、吸收液回流口；4-5、吸收液；4-6、预热管道入口；4-7、预热管道出口；5、过滤器；5-1、吸收液输入口；5-2、吸收液分流口；5-3、出水口；5-4、介质水；5-5、逆渗透过滤器；5-6、分水腔；6、增压泵；7、注水泵；8、水量调节阀；9、回水调节阀；10、外部水源；11、用户的恒温水池；12、控制器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，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；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，本实施例提供了一种固体蓄热恒温热水装置，包括：保温层，内部设有第一腔体，还设有第一金属层和第二金属层，第一金属层和第二金属层之间设有第二腔体1-2；耐火保温骨料1-3，设置于第二腔体1-2的内部；固体电蓄热体1和蒸发器2，设置于第一腔体内部；换热器3，设置于保温层的外侧，并通过连接管路与蒸发器2相连通，且换热器3与用户的恒温水池11相连通；吸收器4通过连接管路与换热器3相连通，且与外部水源相连通，吸收器4的内部设置有吸收液4-5，吸收液4-5为溴化锂的水溶液；增压泵6，通过连接管路与吸收器4相连通；过滤器5，通过连接管路与增压泵6相连通，并且过滤器5通过连接管路与吸收器4相连通；过滤器5通过带连通注水泵7串连水量调节阀8结构的管路与蒸发器2相连通。

本实施例中的固体蓄热恒温热水装置通过蒸发器2、换热器3、吸收器4的连通结构，使固体蓄热恒温热水装置工作时水蒸气能够从蒸发器2经换热器3进入吸收器4，并被吸收液4吸收，进而达到固体蓄热恒温热水装置内工作压力的动态平衡，确保了水蒸气汽化温度的稳定性，并且在蒸发器2和固体电蓄热体外部设置的保温层，保证了功率较小、数量多、分布广的热水设备具备良好的保温性能，进而使得固体蓄热恒温热水装置能稳定输出恒温热水。

示例性地，本实施例中的保温层、固体电蓄热体1和蒸发器2为高温组合部件，温度为200℃～500℃；本实施例中的换热器3、吸收器4、过滤器5、用户的恒温水池11、注水泵7、增压泵6和水量调节阀8为低温组合部件，温度为30℃～95℃。

示例性地，保温层的优选：一般固体蓄热常用的保温方法是在固体电蓄热体1和蒸发器2外面安装300mm厚的硅酸铝纤维棉压缩块，再用金属框架固定每个压缩块，形成紧密保温结构，存在的缺点是压缩块加金属框架的总厚度要400mm，其体积大较笨重，对于本实施例地的固体电蓄热恒温热水装置若选择这种保温结构，保温层的体积占设备总体积可达50%以上。本实施例选用0.2mm～0.5mm的金属板卷制的两个中间带50mm～100mm间隙，即第一金属层与第二金属层之间的距离为50mm～100mm的第二腔体，套装在固体电蓄热体1和蒸发器2外面的双层囊，在第二腔体内填充保温性能优良的耐火骨料做支撑物，避免抽真空时双层囊之间的第二腔体间隙发生变化，在真空状态下这种结构保温层的保温效果优于300mm厚的硅酸铝纤维棉压缩块，不需要金属框架固定具有良好的整体密封性和稳定性。

示例性地，恒温水温度设定：本实施例中的蒸发器2、换热器3、吸收器4是三个用连接管路相连通的内部压力相平衡的封闭容器，固体电蓄热恒温热水装置安装出厂时根据用途已经设定了三个相连通的密闭容器内的压力小于0.1MPa标准大气压力值，使三个相连通的密闭容器内的水蒸气汽化温度小于100℃。当固体蓄热恒温热水装置为恒定输出40℃水温的设备，三个相连通的密闭容器内的压力数值是0.007375MPa；当固体蓄热恒温热水装置为恒定输出55℃水温的设备，三个相连通的密闭容器内的压力数值是0.015741MPa；当固体蓄热恒温热水装置为恒定输出85℃水温的设备，三个相连通的密闭容器内的压力数值是0.05780MPa；当固体蓄热恒温热水装置为恒定输出95℃水温的设备，三个相连通的密闭容器内的压力数值是0.08453MPa，用户有其它输出水温度需求时可以整定不同压力值。这样设置，实现了恒温热水装置按用途选型实现专款专用，不需要用户额外设置。

在一种可能的实施例中，如图1所示，第二腔体为真空腔体。

示例性地，在固体电蓄热体1和蒸发器2的外面，设置有包括第一金属层和第二金属层的双层囊结构，在双层囊结构的隔层内，即第二腔体内填充耐火漂珠或煅烧后的蛭石颗粒等保温性能优良的耐火骨料，并且抽真空后形成的保温层，便于蓄热功率小于50kW的小体积的固体蓄热恒温热水装置，具有结构简单保温效果好的特点。

在一种可能的实施例中，溴化锂的水溶液是溴化锂质量浓度为40%～60%的水溶液。

示例性地，由于溴化锂水溶液中的溴化锂浓度过高，即超过66%之后，在固体蓄热恒温热水装置运行的过程中容易使溴化锂结晶盐析出，这样导致结晶析出的溴化锂结晶盐腐蚀设备，因此，本实施例将溴化锂的水溶液设置为溴化锂质量浓度为40%～60%的水溶液，既满足了吸收器4中的使用需求，又避免了溴化锂结晶盐析出导致的设备腐蚀。

在一种可能的实施例中，如图1所示，过滤器5包括：分水腔5-6，设置于过滤器5内部的一侧，并通过连接管路与增压泵6、吸收器4相连通；逆渗透过滤器5-5，设置于过滤器5的内部，且设置于分水腔的侧面；介质水腔体，设置于过滤器5内部的另一侧，并通过连接管路与蒸发器2相连通，使经过逆渗透过滤器5-5后的介质水5-4经介质水腔体注入蒸发器2内部。

示例性地，过滤器5内设置的逆渗透过滤器5-5能解决过滤器5中缺水和浓缩吸收液4-5的问题：启动增压泵6将吸收液4-5经吸收液输入口5-1送入分水腔5-6，吸收液4-5在分水腔内分成两部分，一部分纯水透过逆渗透过滤器5-5补充过滤器5的缺水；另一部分被提高浓度的吸收液4-5从吸收液分流口5-2经吸收液回流口4-4回流到吸收器4中，提高吸收液4-5的浓度。优点：还原介质水5-4和吸收液4-5形成互相支撑的闭路循环方式，可以使避免介质水5-4和吸收液4-5的消耗。

在一种可能的实施例中，如图1所示，水量调节阀8，设置于过滤器2与蒸发器2之间，并与介质水腔体相连通；注水泵7，设置于水量调节阀8与蒸发器2之间，并与蒸发器2相连通，并且注水泵7与水量调节阀8为串连连接。

示例性地，在蒸发器2和过滤器5之间设置有注水泵7与水量调节阀8构成的串接结构，其中的介质水腔体通过带连通注水泵7串连水量调节阀8结构的管路与蒸发器2相连通，使经过逆渗透过滤器5-5后的介质水5-4经介质水腔体注入蒸发器2内部。其中，水量调节阀8能够调节注水泵7的输出流量，达到固定蒸发器2输出蒸汽量的效果。并且，当注水泵7开启，将受水量调节阀8控制注入蒸发器2介质水5-4的注入量，使蒸发器2产生固定量的水蒸气稳定加热换热器3内的外部水源10，当注水泵7的关闭，无介质水5-4注入蒸发器2，蒸发器2呈现干烧状态无蒸汽热能输出。可见，注水泵7的开启与关闭能够控制蒸发器2的热输出状态。

在一种可能的实施例中，如图1所示，回水调节阀9，设置于蒸发器2与所述吸收器4之间。

示例性地，蒸发器2和吸收器4之间设有回水调节阀9，固体电蓄热恒温热水装置正常工作时回水调节阀9处在关闭状态，当蒸发器2进行自洁过程工作时，回水调节阀9才开启，实现了固体蓄热恒温热水装置的自洁过程。

在一种可能的实施例中，如图1所示，固体电蓄热体1还包括：电阻加热器，设置于固体电蓄热体1的内部，并与外部电源电连接，以加热固体电蓄热体1。

示例性地，固体电蓄热体1是由内部安装有与外部电源相连接电阻加热器的固体耐火砖或固体耐火颗粒料构成，选择的固体耐火砖或固体耐火颗粒料具备良好的耐火性和导热性。通过在固体耐火砖或固体耐火颗粒料的内部设置电阻加热器，利用外部电网低谷时段的电能加热电阻加热器，进而为固体电蓄热体1提供热能，实现了利用外部电网低谷时段的电能，避免固体蓄热恒温热水装置使用外部电网高峰时段的电能，进一步提高了电网低谷期用户侧的调峰能力。

在一种可能的实施例中，如图1所示，吸收器4包括：预热管道，设置于吸收器4的内部，使外部水源10进入吸收器4的内部后能够通过预热管道进行预加热。

示例性地，外部水源10经预热管道入口4-6、预热管道出口4-7、换热器的外管道及水池11相连，这样设置，使得外部水源10在进入本实施例的固体蓄热恒温热水装置后得到了首次预热，预热的温度为30℃～50℃。

示例性地，换热器3，是由流通水蒸气的内管道和输出恒温热水的外管道套装成的套管式换热结构。

示例性地，蒸发器2注入水后产生的蒸汽，使蒸发器2内的压力增高，高压蒸汽流向换热器3的内管道，使换热器3外管道内的外部水源10进行第二次加温，达到流进水池11需要的恒温热水温度；从换热器3内管道流出的乏汽经乏汽输入口4-1进入吸收器4被吸收液4-5吸收成液体，使蒸发器2、换热器3、吸收器4三个容器因蒸汽产生的压力增高得到降低，实现三个容器内的动态压力平衡。

在一种可能的实施例中，如图1所示，吸收器4通过连接管道与换热器3相连通，使吸收器4内部经预热管道进行预加热的外部水源10能够流至换热器3，再经过换热器3进入用户的恒温水池11。

示例性地，外部水源10在经过吸收器4内的预热管道预热后，再通过连接管道进入换热器3，这样设置，使得换热器3内输送至恒温水池11的恒温水是先经过预热，而不是直接来自外部水源10的凉水，这样更有利于节约能源。

在一种可能的实施例中，如图1所示，控制器，与固体蓄热恒温热水装置相连接，控制固体蓄热恒温热水装置工作，并控制固体电蓄热体在外部的电网低谷时段进行蓄热。

示例性地，蓄热过程：在电网低谷时段，控制器12检测固体蓄热恒温热水装置内的固体电蓄热体1的温度值是否低于500℃的最高蓄热温度，若低于500℃接通电源蓄热；当控制器12检测到固体电蓄热体1的蓄热温度达到蓄热温度上限500℃，即保温层内的蒸发器2温度和固体电蓄热体1温度相同时，切断电源，结束蓄热工作过程。

示例性地，用恒温水过程：控制器12检测到用户的恒温水池11的用水需求信号后，控制器12先确认恒温水输出口3-4的水温等于设定温度时，向水池11供水的同时开启注水泵7，将介质水腔体内的介质水5-4通过注水口2-3注入到蒸发器2内吸热使水汽化，向换热器3补充热能保持恒温水输出口3-4输出的水温度恒定。

示例性地，控制器12检测换热器3中恒温水输出口3-4内的水温度值是否等于用户的恒温水池11恒定的水温度值，等于恒定水温温度值时不启动注水泵7，蒸发器2处于干烧状态没有水蒸气输出，使固体电蓄热体1中的热能不会传递给换热器3；若控制器12检测到恒定水温温度值低于设定温度时启动注水泵7，将介质水5-4通过注水口2-3注入到蒸发器2内吸收高温热使水汽化，蒸发器2内产生的蒸汽，从蒸汽输出口2-4输送到换热器3蒸汽输入口3-1对外管道里的外部水源10进行第二次加温，达到流进水池11需要的恒温热水温度；内管道放热后流出的乏汽，经乏汽输入口4-1进入吸收器4被吸收液4-5吸收成液态。重复上述工作过程，可保持固体蓄热恒温热水装置内，蒸发器2、换热器3、吸收器4三个相连通的容器之间的内部压力有序流动，实现动态平衡。

示例性地，蒸发器2自洁过程：经逆渗透过滤器5-5补充到过滤器5中的介质水5-4有微量的溴化锂残留，长期放热循环在蒸发器2中会有溴化锂结晶盐，若在使用中发现恒温水输出能力降低，用户能够选择自洁模式清理蒸发器2中的溴化锂结晶盐。自洁模式：将固体电蓄热体1温度降到40℃以下打开回水调节阀9，启动注水泵7用进入蒸发器2的介质水5-4溶解蒸发器2中的结晶盐，形成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液经回水调节阀9流入吸收器4，自洁过程结束。这样设置避免了因溴化锂结晶盐影响蒸发器2的产汽能力和吸收器4中的溴化锂减少，导致的吸收液4-5浓度降低，影响吸收器4对乏汽的吸收能力。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，包括：

保温层，内部设有第一腔体，还设有第一金属层和第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层之间设有第二腔体；

耐火保温骨料，设置于所述第二腔体的内部；

蒸发器，设置于所述第一腔体内部；

固体电蓄热体，设置于所述第一腔体内部；

换热器，设置于所述保温层的外侧，并通过连接管路与所述蒸发器相连通，且所述换热器与用户的恒温水池相连通；

吸收器，通过连接管路与所述换热器相连通，且与外部水源相连通，所述吸收器的内部设置有吸收液，所述吸收液为溴化锂的水溶液；

增压泵，通过连接管路与所述吸收器相连通；

过滤器，通过连接管路与所述增压泵相连通，并且所述过滤器通过连接管路与所述吸收器相连通；

所述过滤器包括：

分水腔，设置于所述过滤器内部的一侧，并通过连接管路与所述增压泵、所述吸收器相连通；

逆渗透过滤器，设置于所述过滤器的内部，且设置于所述分水腔的侧面；

介质水腔体，设置于所述过滤器内部的另一侧，并通过连接管路与所述蒸发器相连通，使经过所述逆渗透过滤器后的介质水经所述介质水腔体注入所述蒸发器内部；

所述吸收器包括：

预热管道，设置于所述吸收器的内部，使外部水源进入所述吸收器的内部后能够通过所述预热管道进行预加热；

所述吸收器通过连接管道与所述换热器相连通，使所述吸收器内部经预热管道进行预加热的外部水源能够流至所述换热器，再经过所述换热器进入用户的恒温水池。

2.根据权利要求1所述的固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，所述第二腔体为真空腔体。

3.根据权利要求1所述的固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，所述溴化锂的水溶液是溴化锂质量浓度为40%～60%的水溶液。

4.根据权利要求1所述的固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，还包括：

水量调节阀，设置于所述过滤器与所述蒸发器之间，并与所述介质水腔体相连通；

注水泵，设置于所述水量调节阀与所述蒸发器之间，并与所述蒸发器相连通，并且所述注水泵与所述水量调节阀为串连连接。

5.根据权利要求1所述的固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，包括：

回水调节阀，设置于所述蒸发器与所述吸收器之间。

6.根据权利要求1所述的固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，所述固体电蓄热体还包括：

电阻加热器，设置于所述固体电蓄热体的内部，并与外部电源电连接，以加热所述固体电蓄热体。

7.根据权利要求1至6任一项所述的固体蓄热恒温热水装置，其特征在于，还包括：

控制器，与所述固体蓄热恒温热水装置相连接，控制所述固体蓄热恒温热水装置工作，并控制所述固体电蓄热体在外部的电网低谷时段进行蓄热。