可关断热输出的固体电蓄热系统

摘要

本发明公开了一种可关断热输出的固体电蓄热系统，它包括：带保温壳体的蓄热罐体，换热器，工作控制器，技术要点是：在蓄热罐体内盛装有固体蓄热材料，在固体蓄热材料内均布有电加热管，在固体蓄热材料内还盘绕有金属翅片管，金属翅片管上部通过输出管与换热器顶部相连通，金属翅片管下部依次通过输入管及循环驱动器与换热器低温输出口相连通；所述换热器其内部装有热载体吸热管道，能存储蒸汽状态和液体状态换热介质的金属密闭腔体；热载体吸热管道的下接口通过连接管与热载体源相连通，而热载体吸热管道的上接口安装热载体输出阀门，热载体输出阀门与热用户之间用连接管连通。利用廉价的低谷电能加热固体蓄热材料进行蓄热，再将固体蓄热材料中存储的热能按间歇式热用户供热需求输出热能。

说明书

技术领域

本发明涉及固体电蓄热技术领域，具体地说就是一种利用廉价的低谷电能加热固体蓄热材料进行蓄热，再将固体蓄热材料中存储的热能按间歇式热用户供热需求输出热能的可关断热输出的固体电蓄热系统。本装置可为用户提供生活热水、蒸汽或输出循环供热的热载体。

背景技术

目前，市场上常见的固体电蓄热设备，一般在蓄热时利用廉价的低谷电能将设备内的固体蓄热材料温度加热到200-500℃之间存储热能，放热时换热器利用空气作为换热介质吸收固体蓄热材料中的热能输出。这种换热器采用“风-水”换热模式，通过调节循环风携带的热功率或增加换热器内翅片管的吸热面积来增加热输出能力。安装此类换热器的固体电蓄热设备，可以在电输入功率5%至200%范围调节设备放热输出能力。此类固体电蓄热设备存在的缺点是不能长时间保持热能零输出，尤其是在设备的蓄热时间段更难做到。究其原因主要是热用户不需要热能时，不能清除设备换热通道内的空气换热介质，不易阻断放热通道中充满空气的固体蓄热材料向换热器传递热能，这些热能积累在换热器内使热载体温度持续升高或汽化，造成热能损失甚至出现安全事故。此类固体电蓄热设备只适用于有连续供热需求或固体电蓄热功率在100千瓦以上有独立设备用房的热用户。为克服换热器不能长时间保持热能零输出的缺陷，需要重新选择一种新交换介质替代空气交换介质完成固体蓄热材料向换热器传递热能的过程，当用户无热能需求时可收回换热通道中的交换介质或停止换热介质流动，阻断固体蓄热材料的放热通道，从中节约电能。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用低谷电能进行固体电蓄热，并随时根据热用户的需求而使用的可关断热输出的固体电蓄热系统。

本发明所采用的技术方案：一种可关断热输出的固体电蓄热系统，它包括有：带有保温壳体的蓄热罐体，换热器，工作控制器，热载体源，热用户，其特征在于：蓄热罐体装在保温壳体内部，在蓄热罐体内盛装有固体蓄热材料，在固体蓄热材料内均布有与供电回路连接的电加热管，在固体蓄热材料内还盘绕有能耐受固体蓄热材料在高温或发生相变液化状态腐蚀的金属翅片管，金属翅片管上部通过输出管与换热器高温输入口相连通，金属翅片管下部依次通过输入管、循环驱动器与换热器低温输出口相连通，在蓄热罐体上端还设有固体蓄热材料的进料口，在蓄热罐体下端设有固体蓄热材料的泄放口；所述换热器是带保温涂层的内部装有热载体吸热管道，能存储换热介质的金属密闭腔体；在金属密闭腔体内部热载体吸热管道的下接口通过连接管与热载体源相连通，而金属密闭腔体内部热载体吸热管道的上接口安装热载体输出阀门，热载体输出阀门与热用户之间用连接管相衔接。

本发明所述的工作控制器是设置、存储蓄热和放热参数，按蓄热和放热参数工作的智能执行部件。

本发明所述热载体源是指能输出包括纯净水、压缩空气、导热油、防冻液或在管道中具有流动性热载体的装置。

本发明所述的热用户包括有热水、蒸汽、建筑物供暖、工业热源、医务消毒、淋浴间热水器、热水饮水机需求的用户。

本发明所述的液体状态换热介质是指具有吸热时可以产生蒸汽，遇冷时可以凝结成流动液体或可在固体蓄热材料工作温度范围内不气化的导热流体。

本发明所述的固体蓄热材料是指盐类颗粒、煅烧红铁矿颗粒、碎石骨料的散装固体材料。

本发明所述的循环驱动器包括能使换热介质增压、雾化或能推动换热介质在管道中流动的电动装置。

本发明所述蓄热罐体的内部，工作状态时需充满固体蓄热材料，搬运状态时需卸空固体蓄热材料。

本发明在蓄热罐体与换热器之间建立一个开关型的换热循环通道，按照热用户置入工作控制器的用热数据，能开启或关闭蓄热罐体中的固体蓄热材料向换热器释放热能的通道。

本发明的有益效果是：可关断热输出的固体电蓄热系统在保持固体蓄热材料正常蓄热时，放热输出模式可设置成工作、预热、暂停三个状态。工作状态是本装置的热能输出状态，处于此状态时循环驱动器工作增压驱动金属翅片管内的高温换热介质送入换热器，能大功率加热从热载体源流进吸热管道的热载体，如果热载体是经过净化后的纯净水，可以为用户提供即时加热的饮用热水；预热状态是本装置热能输出的等待状态，处于此状态时循环驱动器间歇工作，金属翅片管内的高温换热介质不连续输出，可保持换热器内的换热介质工作温度等于用户热载体的输出温度，使热载体不会偏离使用温度；暂停状态是本装置热能输出的停止状态，处于此状态时循环驱动器停止工作，金属翅片管内没有高温换热介质输出，不能将固体蓄热材料存储的热能输送给换热器，使热载体不会产生热积累减少热能损耗，不会发生安全事故。

本发明可关断热输出的固体电蓄热系统，电蓄热功率在100千瓦以下可以多台组合输出，适宜于那些想利用夜间低谷进行固体蓄热代替传统的水箱蓄热的家庭、公共场所、学校等人与设备同处一室的热用户和为克服蓄热水箱蓄热密度低体积大或需要蓄热输出温度高于100℃以上高品位热能的，或蓄热水箱经反复加热饮用时感觉不健康的间歇式用热的热用户。代替市场上可以买到的厨房、淋浴间热水器、公共场所热水饮水机、医用电加热蒸汽消毒设备、建筑电采暖设备。

附图说明

图1为本发明的可关断热输出的固体电蓄热系统结构示意简图；

图2为本发明的另一种可关断热输出的固体电蓄热系统结构示意简图。

附图中主要部件说明如下：1、蓄热罐体，2、固体蓄热材料，3、电加热管，4、保温壳体，5、输入管，6、金属翅片管，7、输出管，8、换热器，9、吸热管道，10、连接管，10-1、连接管，11、液体状态换热介质，12、蒸汽状态换热介质，13、雾化态换热介质，14、热电偶，15、循环驱动器，16、导热油，17、蓄热温度热电偶，18、热载体输出阀门，19、热用户，20、热载体源，21、工作控制器，22、固体蓄热材料进料口，23、固体蓄热材料泄放口，24、低温输出口，25、高温输入口。

本附图仅仅是本发明的一个实施案例的示意图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可根据这一附图获得其他的附图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作详细说明， 以下说明仅作为示范和解释，并不对本发明作任何形式上的限制。

结构安装部分：

如图1 、图2所示，蓄热罐体1和换热器8之间连接了以低温输出口24连接循环驱动器15为起点，依次连接有输入管5、金属翅片管6、输出管7连接至高温输入口25为终点，按满足上述各部件工作条件串连连接控制放热循环的闭环系统。保温壳体4内有一个盛装固体蓄热材料2的蓄热罐体1，蓄热罐体1上部及底部分别有一个固体蓄热材料进料口22和固体蓄热材料泄放口23；蓄热罐体1内部安装有电加热管3和由能耐受固体蓄热材料2在高温或发生相变液化状态腐蚀的金属翅片管6；蓄热罐体1外部安装有蓄热温度热电偶17；蓄热罐体1外部通过输入管5和输出管7与换热器8相连接，输入管5与换热器8中间串接有循环驱动器15；在换热器8中安装的吸热管道9的下接口通过连接管10与热载体源20相连通，而换热器8内部的吸热管道9的上接口安装热载体输出阀门18，热载体输出阀门18与热用户19之间用连接管10-1连通，同时换热器8上安装有热电偶14。

现场初次安装使用时，将随机配备的固体蓄热材料2经蓄热材料进料口22填充到蓄热罐体1内，并将热载体源20通过连接管10与安装在换热器8内部的热载体吸热管道9的下接口连接好，将用户提供的供电线缆与工作控制器21内接的线端子连接好。

所有外围线缆及管路安装并检查无误后，启动工作控制器21的供电程序使电加热管3通电工作，当蓄热温度热电偶17检测到固体蓄热材料2的蓄热温度达到设定温度后，工作控制器21切断电加热管3的工作电源并停止工作。

工作过程部分：

一、图1中所示的液体状态换热介质11为水，循环驱动器15为柱塞泵输出端加雾化喷嘴的组合体，固体蓄热材料2正常蓄热工作温度设置100-500℃范围的条件，说明可关断热输出的固体电蓄热系统的工作过程：

放热工作时，在换热器8内盛装的液体状态换热介质11体积不大于换热器8容积的50%，使换热器8内预留有蒸汽状态换热介质12的空间。当热电偶14检测到换热器8内液体状态换热介质11的温度低于设定温度时，工作控制器21启动循环驱动器15先提升工作压力，再经过循环驱动器15内的喷嘴小孔将高压换热介质11减压，形成雾化换热介质13，雾化换热介质13通过输入管5输入到金属翅片管6中，金属翅片管6吸收固体蓄热材料2中的热能，将雾化换热介质13加热生成蒸汽状态换热介质12，蒸汽状态换热介质12通过输出管7输入到换热器8中提升液体状态换热介质11的温度。

当热用户19开启热载体输出阀门18时，热载体源20中的热载体流进吸热管道9，通过吸热管道9吸收换热器8内的液体状态换热介质11和蒸汽状态换热介质12所含有的热能，将热载体源20中的热载体加热到设定温度后再提供给热用户19使用。

当热用户19设定成暂停供热模式时循环驱动器15停止工作不能喷出雾化换热介质13，此时的金属翅片管6中无雾化换热介质13处于空管干烧状态，金属翅片管6不具备吸收固体蓄热材料2中的热能生成蒸汽状态换热介质12的条件，没有蒸汽状态换热介质12通过输出管7输入到换热器8中进行放热，存储在固体蓄热材料2中的热能失去了放热通道，换热器8没有了加热能量的来源，可关断热输出的固体电蓄热系统处于热输出的关闭状态。

二、图2中所示的液体状态换热介质为可耐受固体蓄热材料高温不被气化、碳化的工作温度300℃抗氧化的导热油16，循环驱动器15为齿轮泵，固体蓄热材料2正常蓄热工作温度可设置在100-250℃范围的条件，叙述可关断热输出的固体电蓄热系统的工作过程：

放热工作时，在换热器8内盛装的导热油16体积不大于换热器8容积的50%，使换热器8内预留有导热油16遇热体积膨胀的空间。当热电偶14检测到换热器8内的导热油16的温度低于设定温度时，工作控制器21启动循环驱动器15将导热油16通过输入管5泵到金属翅片管6中，金属翅片管6吸收固体蓄热材料2中的热能加热导热油16，导热油16通过输出管7输送到换热器8，提升换热器8内导热油16的温度。

当热用户19开启热载体输出阀门18时，热载体源20中的热载体流进吸热管道9，通过吸热管道9吸收换热器8内导热油16的热能，将热载体源20中的热载体加热到设定温度后再提供给热用户19使用。

当热用户19设定成暂停供热模式时循环驱动器15停止工作不能驱动导热油16流动，此时的金属翅片管6不能将高温导热油16通过输出管7输送到换热器8中进行放热，存储在固体蓄热材料2中的热能失去了放热通道，换热器8没有了加热能量的来源，可关断热输出的固体电蓄热系统处于热输出的关闭状态。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。