CN2681008Y - 利用低谷电能的贮热式房间加热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用固体蓄热材料进行蓄热的装置，特别是一种利用低谷电能的贮热式房间加热器。本实用新型由蓄热单元、罩子、隔热层等组成，其特征在于蓄热单元由立方体内部两面形成竖直的气道，内置纵向放置的电加热管形成；多个所述的蓄热单元顺序排列堆积组成一定蓄能量的完整蓄热体，在蓄热体的外层面由罩子将蓄热体包围，罩子外再采用耐高温隔热材料构成隔热层。本实用新型与现有技术相比具有利用蓄热砖的显热进行蓄能的方式具有价格相对低廉、体积小、装置不承受蓄热介质的压力和侵蚀等多项优势。

Description

利用低谷电能的贮热式房间加热器

技术领域

本实用新型涉及一种采用固体蓄热材料进行蓄热的装置，特别是一种利用低谷电进行蓄热，并可按用户需求在用电负荷高峰实现热能释放的贮热式房间加热器。

背景技术

随着经济的发展和产业结构的变化，国际上大多数国家的供电峰谷差在逐年加大，形成了自然资源大量浪费的恶性循环。削峰填谷和发展低负荷时段的电力负荷是各国能源结构调整所面临的重要课题。为解决电力系统的这种供需矛盾，发展环保、廉价、性能优异，运行于电网低谷时段的贮热式房间加热器，将廉价的低谷电能用于民居、商业场所和文化场所的冬季取暖，不仅可以改善电网负荷平衡，也可降低采暖费用和购置费用，同时也避免了采用燃煤锅炉供暖所带来的环境污染。

尽管近年来利用相变潜热进行蓄热的相变材料(PCM)成为研究的热点，但终因其单位体积蓄热能力低、使得装置的体积较大；或者对容器存在高温腐蚀和侵蚀；或者存在过冷、导热系数过低和多次循环后出现的偏析现象；或者制造成本过高等多方面因数，无法适应在家庭和商业采暖的场合中采用，目前仅用于太空轨道空间站等一些特殊场合。目前，国际上已发展了一些产品及其相应的专利技术，从热能释放方式上进行划分，主要有两种类型的产品：一类是采用风机的强制对流换热实现热能释放的形式，另一种是利用空气自然对流换热实现热能释放的形式；而从布置结构上区分主要有电加热器纵向放置型和横向放置型两种。尽管这几种结构形式的产品已打入部分民用和商用市场，但其成本相对居高不下、传热学结构设计不合理等诸多因素，不仅使产品的实际使用性能受到影响，而且给产品的售后维护带来困难。

就现有技术中采用风机强制对流实现换热的装置而言，虽然从根本上解决了上述问题，但其结构设计也存在一定的缺陷，主要体现在：

为实现对蓄热体的良好保温性能，同时减少产品厚度以利于外形美观和增加单位体积蓄能量，大多产品在装置的正反两面都采用了新近发展的纳米隔热板，尽管其导热系数在较宽的温度范围内维持在较低的数值，但其价格却比常规隔热材料高10倍以上，使得产品的成本大幅度上升；结构设计的不合理，使得作为整套蓄热装置易损件的电加热管的更换相当困难，需要拆卸多块机壳、隔热材料和蓄热砖，而隔热材料在拆卸中十分容易破损而影响装置的整体隔热性能，而整套装置由于重量重，放置位置低，使得现场拆装十分耗时和不易。

本实用新型的目的是要提供一种具有结构新颖、合理，制造成本低廉，拆装简便，性能可靠，高效节能和视觉美观等的利用低谷电能的贮热式房间加热器。

发明内容

本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的：本实用新型由蓄热单元、罩子、隔热层等组成，其特征在于蓄热单元由立方体内部两面形成竖直的气道，内置纵向放置的电加热管形成；多个所述的蓄热单元顺序排列堆积组成一定蓄能量的完整蓄热体，在蓄热体的外层面由罩子将蓄热体包围，罩子外再采用规耐高温隔热材料构成隔热层。

本实用新型所述的蓄热单元由多块三种形状的蓄热砖堆积成规则的立方体；所述的蓄热体的外层面采用渗铝钢薄板搭建成的罩子将蓄热体包围，罩子外采用一定厚度的常规耐高温隔热材料硅酸铝纤维作为前后、左右及顶部的隔热层，底部采用具有一定机械强度的耐高温硅酸钙板和轻质漂珠砖，拼合成蓄热体的底部隔热件的底部。

本实用新型蓄热单元的由多块带贯穿凹槽的长方块A形、规则立方块B形、带封闭凹槽正方块C形的的三种蓄热砖堆积成规则的立方体。蓄热砖的堆积方式至少4块A型、2块B型和1块C型构成了完整的蓄热单元，利用A型的凹槽和B型组合成两面竖直的气道，并用C型作为A、B型组合的顶盖，其上封闭的凹槽向下容纳电热管的上部弯管段，并使两面竖直的气道在此连通。堆积成规则的立方体，内部两面形成竖直的气道，内置纵向放置的电加热管形成一个完整的蓄单元。所述的电加热管采用英格莱800管，并弯曲成由另一弯曲段相连的双U型，并以此弯曲段的以下直至接线端的部分作为不发热的冷段，整个设置于两面竖直的气道中。所述的底部隔热材料采用总厚度为70-80mm，容重小于135kg/m³的无石棉超轻硅酸钙板或轻质漂珠砖或两者的组合；所述的底部隔热材料的结构特征是，采用独立的三条结构，分别为长条形，L形和到L形或在两边的轻质漂珠砖内开设凹槽，并搭接在中部形结构的隔热材料上。支撑底板结构是采用1-2mm的薄钢板，采用整体翻边，并和四周壳体保持1-2mm左右的间隙，中部采用可调节螺孔，用螺钉连接了一条槽钢或采用三条部分翻边的槽钢结构，用可调节螺孔、螺钉固定在支架上形成。

本实用新型所述的底板下部设有挡风板，挡风板旁设立风箱结构，其由贯流风机、热双金属风门调节器、金属板风门、冷风进口、冷风出口、热风出口以及混风室组合而成。底部采用具有一定机械强度的耐高温硅酸钙板和轻质漂珠砖，拼合成蓄热体的底部隔热件，同时形成一定长度和宽度的冷空气入口和热空气出口，对底部隔热件乃至整个蓄热体的支撑采用由薄钢板卷边制成的一条或三条槽钢及其骨架构成的架空结构完成，同时槽钢与底板或三条槽钢之间也形成了热、冷空气的出入口，在此构件的下部安装了混风室、贯流风机、风门以及螺旋形热双金属风门调节器构成的送风、出风、混风风箱系统。

本实用新型与现有技术相比具有利用蓄热砖的显热进行蓄能的方式具有价格相对低廉、体积小、装置不承受蓄热介质的压力和侵蚀等多项优势。

附图说明：

图1是本实用新型利用低谷电能的贮热式房间加热器的外观示意图。

图2是本实用新型蓄热砖形状及结构示意图。

图3是本实用新型蓄热砖、电加热管、气道组合结构示意图。

图4是本实用新型各形蓄热砖堆积成蓄热单元，由多组蓄热单元排列形成的蓄热体立方结构示意图。

图5是图1中A-A面的剖视结构1示意图。

图6是本实用新型渗铝钢薄板形状及组合结构示意图。

图7是本实用新型支撑蓄热体及底部隔热材料的支架结构1俯视图。

图8是本实用新型支撑蓄热体及底部隔热材料的支架结构2俯视图。

图9是本实用新型风箱、风门、风机、风门控制器结构图。

图10是图1中A-A面的剖视结构2示意图。

图11是图6中A-A面的剖视图。

图12是本实用新型利用低谷电能的贮热式房间加热器的控制原理示意图。

具体实施例

为达到利用低谷电能进行蓄热，并可按用户需求在用电负荷高峰实现热能释放的目的，本实用新型所提出的贮热式房间加热器主要包括以下构件(参见附图)，其功能及相应的工作原理如下：

图1中整机采用镀锌钢板机壳，并涂覆高温烤漆。1是充能热负荷调节开关，为一压力式温度控制器，将其温度测杆设置于包覆蓄热体的隔热材料中的一定位置，可将其所测50-300℃的温度范围对应蓄热体300-750℃的温度范围，这样可由用户调节蓄热体被加热的温度来满足不同采暖季节的需求，达到高效用能和节能的目的。2是壁温检测开关，为一压力式限温器，用于检测贮热式房间加热器的外壳温度，以避免在意外情况下壳体表面超温带来的烫伤等安全问题，该限温器根据标准采用手动复位型。3为热风出口格栅，用于实现热能的释放，4为冷风进口格栅，作为室内待加热冷空气的入口，5为散热孔，以避免控制线路和元件的温度过高，6为墙体安装支架，可使该贮热装置固定于墙体，避免倾覆，并和墙体保持一定的安装距离，便于散热。

图2中蓄热砖采用三种不同模具机压成型，分别为A、B、C型，其中的砖体厚度、A型和C型的凹槽深度、以及脱模角度的具体设计参数综合考虑了装置的具体设计厚度(根据视觉美观需求)、砖体的脱模成型率以及烧制时的抗压负荷需求得出。具体实施例中(见图3)，由4块A型、2块B型和1块C型构成一个完整的蓄热单元，内部形成两条宽度对应于A型凹槽深度，长度对应于A型凹槽宽度的竖直气道，气道长度为两块A型砖的高度，两条气道在对外封闭的C型砖凹槽中连通，成为一体，形成冷热空气的完整气道。内设一根双U形电加热管7，其中7A为电加热管发热段，7B为电加热管冷段、7C为电加热管陶瓷接线端。电热管采用英格莱800管，具有耐高温，高绝缘、高导热、同时热效率达99％以上的特点。在蓄热砖的具体设计尺寸上也兼顾了所能安放的电热管的有效长度，使电热管在表面负荷小于1.6w/cm2的情况下，在一套蓄热单元内的有效加热功率可将该蓄热单元在8小时的低谷时段内加热至750℃以上，使得在保证性能的同时，尽可能提高了电热管的使用寿命。电加热管冷段7B的设计长度是为了保证在蓄能过程中支撑底版处于一个合适的温度，避免温度过高带来的变形问题，5套蓄热单元构成了本实用新型具体实施例中的完整蓄热体，参见图4。

图5中，当蓄热体堆积完毕后，由加工成一定形状的几块渗铝钢薄板构建成一个大小合适的罩子将蓄热体包覆在其中，以封闭由于蓄热砖的工差在堆积时留下的缝隙或者隔热材料破损造成的串气，避免在热能释放过程中壳体温度较高带来的安全隐患(采用渗铝钢是因为其在高温下形成的氧化层有效的阻止了钢材进一步的氧化，起到了一般钢材所没有的抗高温腐蚀的作用)。渗铝钢薄板的加工形状(图6)可以保证在整机运输过程，没有填充蓄热砖的情况下，相互依靠而不会倒塌，同时其前后两块板9A和侧面两块板9B及顶部盖板9C之间，在搭建时留有2mm左右的间隙，以避免高温下热膨胀引起的变形。紧贴渗铝钢的外层，采用一定容重、一定厚度的耐高温隔热材料硅酸铝纤维10作为隔热层，其在高温下较低的导热系数，使得采用7-8cm的厚度，在室温为6℃情况下，可对表面温度高达750℃左右的蓄热砖进行有效保温，而装置的外壳体11的温度不超过80℃，相应的贮热式房间加热器的厚度不超过285mm，使得在成本低廉的同时，做到有效隔热并满足了视觉美观的需要。

对蓄热体的底部隔热，采用了耐高温隔热材料硅酸钙板，其优点是高温导热系数低，加工十分容易并具有一定机械强度。图5中，底部隔热材料由蓄热体进气口16A和出气口16B分割成独立的三条结构，12A为长条形，设置在进气口16A的左侧，在出气口16B的左右边采用了L形和倒L形的两条隔热材料12B和12C，以保证气道形成的同时，挡住电热管7A弯管段通过气道的向下辐射，避免下面风箱构件15的温度过高。支撑底板13采用2mm薄钢板，并采用翻边而成的槽钢结构，使得其在高温下保持一定的强度。本实用新型提出了两种底板设计结构，见图7和图8。图7中底板采用整体翻边，并和四周壳体保持2mm左右的间隙来保证膨胀余量，中部采用可调节螺孔，用螺钉连接了一条槽钢，作为中部支撑板，由于中部遭受两边的热量夹击，其散热路径较窄，和两边相比温度较高，采用可调节螺孔可保证其在高温下的膨胀空间，避免变形。图8中采用三条部分翻边的槽钢结构，用可调节螺孔、螺钉固定在支架上来实现上述目的。

图5中15为风箱结构，包括贯流风机15A、热双金属风门调节器15B、金属板风门15C、冷风进口15D、冷风出口15F、热风出口15E以及混风室15G组合而成。由贯流风机从室内吸入的冷风，经冷空气入口格栅4、风箱15的冷风进口15D，在风门15C的作用下分成两股气流，一路经冷风出口15F进入蓄热砖体风道，和蓄热砖进行热交换后，变成一定温度的热空气由风箱15的热风出口15E流入混风室15G，在此和风门15C的作用下的另一路冷空气流进行混合、降温后从热空气出口格栅3释放，在此，热双金属风门调节器15B感测风温并进行相应的调节，如果风温过高，将促使风门向左移动以降低待加热的空气流量，相应增加混风时的冷空气流量，使出口风温降低，如果风温过低就进行相反的动作来提升风温，以此完成向室内的热量释放过程。在底板下部设有挡风板14，一方面实现空气密封，另一方面用来支持风箱。风箱的安装结构见图9。

本实用新型还设计了另一种底部热防护以及相应的气道结构，如图10和图11所示，和上述方案的不同之处在于对两个气道同时进行热辐射防护，相应的底部隔热材料采用硅酸钙板和轻质漂珠砖组合而成，采用轻质漂珠砖是利用其更好的机械强度和易加工性能，组合结构为轻质漂珠砖内开设凹槽，作为气道，并搭接在中部形结构上，使下部气道通过凹槽和上部气道连通，电热管通过在隔热材料12上的开孔穿至装置的底部进行接线。这样的结构在组装上稍许复杂，但增加了整个结构的稳定性，并进一步降低了热辐射，使得底部温度更低。

本实用新型构建的贮热式房间加热器的控制系统见图12，根据低谷电起始时间设定可编程循环定时器，由它启动固态继电器电路控制电加热管的导通时间，在8小时内将蓄热体升温至设定温度，蓄热体加热温度的设定可由用户根据季节的具体情况进行自行调节，此时可采用压力式温度控制器温控旋钮设定，也可采用热敏电阻温控器使用薄膜按钮开关和液晶显示板设定，热工设计的最高加热温度为750℃。在加热过程中采用PTC作为过载过热保护器，同时采用压力式限温器检测机壳温度，在热工设计上已保证壳体温度在正常情况下不超过80℃，限温值设置为80℃，如果因意外情况造成壳壁温度超限，将自动停止加热，需要排除故障后，手动恢复加热。在整个加热期内，室内恒温控制器处于空挡位置以保证风机关闭，但当需要立即加热房间，而不管峰谷时段时，也可设置室内恒温控制器和循环定时器直接吹出电热管发出的热量。通常情况下，当需要启动蓄热式加热器取暖时，由用户将室内恒温控制器调至所需室内温度，启动风机将热量传递至室内空间。本实用新型中可选用三速或两速贯流风机，并在室内恒温控制器上设置继电器连线，由用户开动选择开关来进行风速选择。在本机风箱设计中除采用混风室，由热双金属风门自控制器自动调节冷热空气的风量比例以保证出口风温外，还在热风出口格栅内设置了双金属温度开关，一旦如果由于偶然因素使出口风温超过120℃，将由此开关关闭风机，以避免高温气流对人体的灼伤。

本实用新型的贮热式房间加热器，还可采用热电偶测温的单片机控制方案，并实时显示蓄热体温度、电热管工作状态、室内温度、风机工作状态，并可设计自诊断功能和漏电保护功能，所有这些并不影响本专利的保护范围。

总之，本实用新型的贮热式房间加热器的实施方案，和现有同类技术相比，具有总体结构设计合理、成本低廉、安装维护简便、高效节能等多种优点，还可根据民居、商业场所、文化场所具体采暖面积的需要，增减蓄热单元数形成不同蓄能量的系列产品来满足市场的需要。

Claims (10)

1、一种利用低谷电能的贮热式房间加热器，由蓄热单元、罩子、隔热层等组成，其特征在于蓄热单元由立方体内部两面形成竖直的气道，内置纵向放置的电加热管形成；多个所述的蓄热单元顺序排列堆积组成一定蓄能量的完整蓄热体，在蓄热体的外层面由罩子将蓄热体包围，罩子外再采用规耐高温隔热材料构成隔热层。

2、根据权利要求所述1的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的蓄热单元由多块三种形状的蓄热砖堆积成规则的立方体；所述的蓄热体的外层面采用渗铝钢薄板搭建成的罩子将蓄热体包围，罩子外采用一定厚度的常规耐高温隔热材料硅酸铝纤维作为前后、左右及顶部的隔热层，底部采用具有一定机械强度的耐高温硅酸钙板和轻质漂珠砖，拼合成蓄热体的底部隔热件的底部。

3、根据权利要求2所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的蓄热单元的由多块带贯穿凹槽的长方块A形、规则立方块B形、带封闭凹槽正方块C形的的三种蓄热砖堆积成规则的立方体。

4、根据权利要求3所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的蓄热砖的堆积方式至少4块A型、2块B型和1块C型构成了完整的蓄热单元，利用A型的凹槽和B型组合成两面竖直的气道，并用C型作为A、B型组合的顶盖，其上封闭的凹槽向下容纳电热管的上部弯管段，并使两面竖直的气道在此连通。

5、根据权利要求4所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的堆积成规则的立方体，内部两面形成竖直的气道，内置纵向放置的电加热管形成一个完整的蓄单元。

6、根据权利要求5所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的电加热管采用英格莱800管，并弯曲成由另一弯曲段相连的双U型，并以此弯曲段的以下直至接线端的部分作为不发热的冷段，整个设置于两面竖直的气道中。

7、根据权利要求2所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的底部隔热材料采用总厚度为70-80mm，容重小于135kg/m³的无石棉超轻硅酸钙板或轻质漂珠砖或两者的组合；所述的底部隔热材料的结构特征是，采用独立的三条结构，分别为长条形，L形和到L形或在两边的轻质漂珠砖内开设凹槽，并搭接在中部形结构的隔热材料上。

8、根据权利要求7所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的支撑底板结构是采用1-2mm的薄钢板，采用整体翻边，并和四周壳体保持1-2mm左右的间隙，中部采用可调节螺孔，用螺钉连接了一条槽钢或采用三条部分翻边的槽钢结构，用可调节螺孔、螺钉固定在支架上形成。

9、根据权利要求8所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的底板下部设有挡风板，挡风板旁设立风箱结构，其由贯流风机、热双金属风门调节器、金属板风门、冷风进口、冷风出口、热风出口以及混风室组合而成。

10、根据权利要求9所述的利用低谷电能的贮热式房间加热器，其特征在于所述的底部采用具有一定机械强度的耐高温硅酸钙板和轻质漂珠砖，拼合成蓄热体的底部隔热件，同时形成一定长度和宽度的冷空气入口和热空气出口，对底部隔热件乃至整个蓄热体的支撑采用由薄钢板卷边制成的一条或三条槽钢及其骨架构成的架空结构完成，同时槽钢与底板或三条槽钢之间也形成了热、冷空气的出入口，在此构件的下部安装了混风室、贯流风机、风门以及螺旋形热双金属风门调节器构成的送风、出风、混风风箱系统。

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