CN111219882A - 固体蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种固体蓄热装置，包括壳体、蓄热部、空气循环部、水循环部和中央控制部，蓄热部、空气循环部和水循环部设置于壳体内；中央控制部与空气循环部电连接，用于控制空气的流速；空气循环部包括空气通路；蓄热部包括加热部件和蓄热体；蓄热体为蓄热砖；蓄热砖相对的两个表面对称设有半圆形凹槽；加热部件设置于半圆形凹槽；蓄热砖包括与空气通路连通的贯通孔；水循环部包括换热器和水循环通路；高温空气通过换热器与水循环通路中的水进行热交换，用于产生高温水；水循环通路与外界储能容器连接。通过使用上述固体蓄热装置，以此在一定程度上解决现有水蓄热装置存在占地面积大、难以大规模应用的问题，提高蓄热装置的适用性。

Description

固体蓄热装置

技术领域

本发明涉及一种固体蓄热装置。

背景技术

电蓄热技术起源于上世纪的德国，至今已有七十多年历史。相比于传统的燃煤、燃气发热技术，电蓄热技术具有零污染、蓄热时间可控且供热服务灵活的特点，尤其适用于风电建设与配电输送通道不匹配而产生弃风消纳问题的地区，例如我国的“三北”(东北、华北、西北)地区。

电蓄热供暖主要有水蓄热供暖和固体蓄热供暖两种。

目前，国内所采用的蓄热装置主要是以水为蓄热介质。然而，水蓄热装置由于蓄热水箱占地面积大，单位体积蓄热量小，很难大规模集中供暖。在此前提下，研究固体蓄热装置具有更广阔的应用前景。

因此，现有水蓄热装置存在占地面积大、难以大规模应用的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明旨在提出一种固体蓄热装置，以此在一定程度上解决现有水蓄热装置存在占地面积大、难以大规模应用的问题，提高蓄热装置的适用性。

本发明提供了一种固体蓄热装置，包括壳体、蓄热部、空气循环部、水循环部和中央控制部，所述蓄热部、所述空气循环部和所述水循环部设置于所述壳体内；所述中央控制部与所述空气循环部电连接，用于控制空气的流速；所述空气循环部包括空气通路；所述蓄热部包括加热部件和蓄热体；所述蓄热体为固体蓄热介质；所述固体蓄热介质为蓄热砖；所述蓄热砖相对的两个表面对称设有半圆形凹槽；所述加热部件设置于所述半圆形凹槽；所述蓄热砖包括贯通孔；所述贯通孔与所述空气通路连通，用于使空气与所述蓄热砖进行热交换形成高温空气；所述水循环部包括换热器和水循环通路；所述高温空气通过所述换热器与所述水循环通路中的水进行热交换，用于产生高温水；所述水循环通路与外界储能容器连接。

蓄热部的加热部件通电后产生热量，由于加热部件与蓄热体连接，使得作为蓄热体的固体蓄热介质升温。当蓄热温度达到规定值后，通过空气循环部，驱动空气在空气通路中循环，由于蓄热体设置于空气通路中，空气经过高温的固体蓄热介质时产生高温空气。高温空气通过水循环部的换热器将热量交换到水循环通路中。

采用蓄热转作为固体蓄热介质，具有蓄热密度大、模块化成度高的特点；蓄热转可以分组放置，亦可至于地下，占地面积少；针对不同环境的蓄热供热需求，适用性更加广泛。

此外，采用相对的两个表面对称设有半圆形凹槽的蓄热转，便于加热部件的安装；采用在蓄热体设置贯通孔与空气通路连通，便于进行热交换形成高温空气，同时有利于优化固体蓄热装置的内部空间。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述加热部件包括加热管；所述加热管由里到外依次设置有内管、外套管和电阻丝。

采用电阻丝加热，是一种结构简单的电加热方式，具有可控性强、快速升温的特点，有利于对固体蓄热介质的有效升温。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述蓄热转包括MgO组分。

采用MgO作为主要材料的蓄热转，具有使用寿命长的特点，其熔点为2580℃，沸点为3650℃，密度为3.1-3.3g/cm3，比热容0.3-0.31cal/(g.℃)，蓄热砖在熔点温度以下可反复使用50-70年。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述空气循环部还包括与所述空气通路联通的循环风机；所述循环风机设有变速调节装置；所述变速调节装置与所述中央控制部电连接。

通过变速调节装置使循环风机与中央控制部电连接，实现自动调整循环风机风量，确保一级循环水温度达到设计要求，提高固体蓄热装置的温度可控性。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述循环风机为离心风机。

采用离心风机具有结构紧凑、运行平稳、噪音较低的特点，有利于在固体蓄热装置的空气通路中实现空气的循环增温。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述壳体包括夹层结构；所述夹层结构包括保温材料；所述保温材料为气凝胶隔热材料。

采用气凝胶隔热材料作为壳体的夹层结构的保温材料，具有密度小、重量轻、隔热效果好的特点，有利于减小壳体内固体蓄热介质热量的散失。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述夹层结构的厚度为30mm。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述蓄热部还包括测温元件；所述测温元件设置于所述蓄热体；所述中央控制部包括温度控制器；所述温度控制器与所述测温元件电连接。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述测温元件为热电偶。

加热过程由温度控制器通过热电偶进行控制，在装置的内部安装有热电偶，用于测量加热和冷却过程中蓄热体内的温度分布。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述空气循环部还包括多个金属管；多个所述金属管沿环向分布于所述空气通路中；所述金属管为耐热合金钢材质。

在装置出入封口沿环向分别安装多个耐热合金钢管，管子径向穿过保温层和砖衬，能够保证放热时空气均匀的冲刷固体蓄热介质；此外，采用耐热合金材质，能够提高金属管的使用寿命。

本发明提供的固体蓄热装置，通过采用蓄热转作为蓄热介质，蓄热砖相对的两个表面对称设有半圆形凹槽；加热部件设置于所述半圆形凹槽；蓄热砖包括贯通孔；贯通孔与所述空气通路连通，用于使空气与所述蓄热砖进行热交换形成高温空气，以此在一定程度上解决现有水蓄热装置存在占地面积大、难以大规模应用的问题，提高蓄热装置的适用性。

与现有技术相比，本发明还具有如下优点：

第一、成本方面，利用谷电蓄热、大幅降低供热成本；

第二、安全方面，无压设备，长期运行安全可靠；

第三、占地方面，蓄热模块可分组放置，亦可置于低下、占地少；

第四、增容方面，使用闲置负荷蓄热，变压器基本无需额外增加；

第五、费用方面，设备投资处于合理区间，免维护，运维费用低；

第六、配置方面，分布式实施，并且可根据情况分期分批供热；

第七、适用性方面，适用于多种供热末端形式，如地暖采暖，暖风设备，散热片甚至中央空调系统。装置可以控制输出温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明固体蓄热装置实施例的结构图；以及

图2为本发明固体蓄热装置实施例中蓄热砖与空气通路相对位置示意图。

附图标记说明

1 蓄热砖

2 加热部件

3 壳体

4 空气通路

5 水循环通路

6 换热器

7 绝缘子

8 循环风机

9 高压电源控制柜

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明固体蓄热装置实施例进行详细说明。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1和图2，示出了本发明固体蓄热装置优选实施例。其中图1为本发明固体蓄热装置实施例的结构图；图2为本发明固体蓄热装置实施例中蓄热砖与空气通路相对位置示意图。

本实施例固体蓄热装置，包括壳体3、蓄热部、空气循环部、水循环部和中央控制部，蓄热部、空气循环部和水循环部设置于壳体3内；中央控制部与空气循环部电连接，用于控制空气的流速；空气循环部包括空气通路4；蓄热部包括加热部件2和蓄热体；蓄热体为固体蓄热介质；固体蓄热介质为蓄热砖1；蓄热砖1相对的两个表面对称设有半圆形凹槽；加热部件2设置于半圆形凹槽；蓄热砖1包括贯通孔；贯通孔与空气通路4连通，用于使空气与蓄热砖1进行热交换形成高温空气；水循环部包括换热器6和水循环通路5；高温空气通过换热器6与水循环通路5中的水进行热交换，用于产生高温水；水循环通路5与外界储能容器连接。

采用这样的构成，蓄热部的加热部件2通电后产生热量，由于加热部件2与蓄热体连接，使得作为蓄热体的固体蓄热介质升温。当蓄热温度达到规定值后，通过空气循环部，驱动空气在空气通路4中循环，由于蓄热体设置于空气通路4中，空气经过高温的固体蓄热介质时产生高温空气。高温空气通过水循环部的换热器6将热量交换到水循环通路5中。

采用蓄热转作为固体蓄热介质，具有蓄热密度大、模块化成度高的特点；蓄热转可以分组放置，亦可至于地下，占地面积少；针对不同环境的蓄热供热需求，适用性更加广泛。

优选地，本实施例固体蓄热装置中，换热器6为板式换热器。

优选地，本实施例固体蓄热装置中，换热器6包括与水循环管路连接的铜制换热管；换热管为螺旋式结构盘管。

采用上述构成，能够在保证换热面积的同时，减少了水流管道阻力，保证换热器6内换热管分布的均匀性，提高热量吸收和释放的稳定性和时效性，达到加强换热的效果；此外，换热管为铜材质，能够进一步提高换热性能。

此外，采用相对的两个表面对称设有半圆形凹槽的蓄热转1，便于加热部件2的安装；蓄热砖1设置贯通孔与空气通路4连通，便于进行热交换形成高温空气，同时有利于优化固体蓄热装置的内部空间。

优选地，每块蓄热砖的贯通孔有6组；贯通孔的截面为长方形。

其次，本实施例固体蓄热装置中，加热部件2包括加热管；加热管由里到外依次设置有内管、外套管和电阻丝。

采用电阻丝加热，是一种结构简单的电加热方式，具有可控性强、快速升温的特点，有利于对固体蓄热介质的有效升温。

再者，本实施例固体蓄热装置中，蓄热转包括MgO组分。

采用MgO作为主要材料的蓄热转，具有使用寿命长的特点，其熔点为2580℃，沸点为3650℃，密度为3.1-3.3g/cm3，比热容0.3-0.31cal/(g.℃)，蓄热砖1在熔点温度以下可反复使用50-70年。

再者，本实施例固体蓄热装置中，空气循环部还包括与空气通路4联通的循环风机8；循环风机8设有变速调节装置；变速调节装置与中央控制部电连接。

通过变速调节装置使循环风机8与中央控制部电连接，实现自动调整循环风机8风量，确保一级循环水温度达到设计要求，提高固体蓄热装置的温度可控性。

并且，本实施例固体蓄热装置中，循环风机8为离心风机。

采用离心风机具有结构紧凑、运行平稳、噪音较低的特点，有利于在固体蓄热装置的空气通路4中实现空气的循环增温。

再者，本实施例固体蓄热装置中，壳体3包括夹层结构；夹层结构包括保温材料；保温材料为气凝胶隔热材料。

采用气凝胶隔热材料作为壳体3的夹层结构的保温材料，具有密度小、重量轻、隔热效果好的特点，有利于减小壳体3内固体蓄热介质热量的散失。

优选地，本实施例固体蓄热装置中，夹层结构的厚度为30mm

同时，本实施例固体蓄热装置中，蓄热部还包括测温元件；测温元件设置于蓄热体；中央控制部包括温度控制器；温度控制器与测温元件电连接。

优选地，本实施例固体蓄热装置中，测温元件为热电偶。

加热过程由温度控制器通过热电偶进行控制，在装置的内部安装有热电偶，用于测量加热和冷却过程中蓄热体内的温度分布。

再者，本实施例固体蓄热装置中，空气循环部还包括多个金属管；多个金属管沿环向分布于空气通路4中；金属管为耐热合金钢材质。

在装置出入封口沿环向分别安装多个耐热合金钢管，管子径向穿过保温层和砖衬，能够保证放热时空气均匀的冲刷固体蓄热介质；此外，采用耐热合金材质，能够提高金属管的使用寿命。

优选地，本实施例固体蓄热装置中，还包括设置于壳体3和蓄热砖1之间的绝缘子7。

采用这样的构成，实现电气绝缘和机械固定。为传输电流的导线提供机械支撑，防止电流与大地形成通道接地。

再次参照图1和图2，固体蓄热装置在实际工作过程中，按照蓄热、取热、热交换三个步骤顺序进行，其中：

蓄热步骤具体为：

将固体蓄热装置通过高压电源控制柜9与外接电源连接；电流通过加热部件2中的电阻丝产生热量，并把热量传递给与之接触连接的固体蓄热介质，即蓄热砖1。加热过程由中央控制部的温度控制器实现温度控制；同时，在壳体3的内部安装有热电偶，用于测量加热和冷却过程中固体蓄热介质内的温度分布。蓄热砖1加热到650℃以上温度，能够符合供热要求。

取热步骤具体为：

蓄热装加热结束后，可变速的循环风机8驱动空气在空气通路4内循环，经过高温蓄热砖1时产生高温空气。

热交换步骤具体为：

高温空气在循环风机8的持续驱动下，通过换热器6将热量交换到水循环通路5中的介质水。循环风机8通过变速调节装置自动的调整循环风机8风量，确保一级循环水温度达到设计要求。

事实上，本发明固体蓄热装置具有灵活的模块化设计，除了输出热水外，根据不同时段、不同的用电单位，还可以输出热风、蒸汽和导热油等。

需要说明的是，本发明固体蓄热装置具有良好的储能效果，能够适应用户间歇式的使用需求。尤其对于风电建设与当地配电输送通道不匹配而存在弃风消纳问题的地区，例如在我国“三北”(东北、华北、西北)地区，采用本发明固体蓄热装置能够改变以燃煤供热的模式增加电力需求，增加风电消纳空间，改善环境问题；使得用于供热的电力需求具备灵活性和可控性，实现在负荷低谷时段有效的利用风电，并将剩余的电力以热能形式进行储存，从而提高了电网对风电的消纳能力，促进风电又快又好发展。

本发明提供的固体蓄热装置，通过采用蓄热转作为蓄热介质，蓄热砖相对的两个表面对称设有半圆形凹槽；加热部件设置于所述半圆形凹槽；蓄热砖包括贯通孔；贯通孔与所述空气通路连通，用于使空气与所述蓄热砖进行热交换形成高温空气，以此在一定程度上解决现有水蓄热装置存在占地面积大、难以大规模应用的问题，提高蓄热装置的适用性。

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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种固体蓄热装置，包括壳体、蓄热部、空气循环部、水循环部和中央控制部，其特征在于，

所述蓄热部、所述空气循环部和所述水循环部设置于所述壳体内；所述中央控制部与所述空气循环部电连接，用于控制空气的流速；

所述空气循环部包括空气通路；

所述蓄热部包括加热部件和蓄热体；所述蓄热体为固体蓄热介质；所述固体蓄热介质为蓄热砖；所述蓄热砖相对的两个表面对称设有半圆形凹槽；所述加热部件设置于所述半圆形凹槽；

所述蓄热砖包括贯通孔；所述贯通孔与所述空气通路连通，用于使空气与所述蓄热砖进行热交换形成高温空气；

所述水循环部包括换热器和水循环通路；

所述高温空气通过所述换热器与所述水循环通路中的水进行热交换，用于产生高温水；

所述水循环通路与外界储能容器连接。

2.根据权利要求1所述的固体蓄热装置,其特征在于，

所述加热部件包括加热管；

所述加热管由里到外依次设置有内管、外套管和电阻丝。

3.根据权利要求2所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述蓄热转包括MgO组分。

4.根据权利要求3所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述空气循环部还包括与所述空气通路联通的循环风机；

所述循环风机设有变速调节装置；

所述变速调节装置与所述中央控制部电连接。

5.根据权利要求4所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述循环风机为离心风机。

6.根据权利要求5所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述壳体包括夹层结构；

所述夹层结构包括保温材料；

所述保温材料为气凝胶隔热材料。

7.根据权利要求6所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述夹层结构的厚度为30mm。

8.根据权利要求7所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述蓄热部还包括测温元件；

所述测温元件设置于所述蓄热体；

所述中央控制部包括温度控制器；

所述温度控制器与所述测温元件电连接。

9.根据权利要求8所述的固体蓄热装置，其特征在于，

所述测温元件为热电偶。

10.根据权利要求9所述的固体蓄热装置,其特征在于,

所述空气循环部还包括多个金属管；

多个所述金属管沿环向分布于所述空气通路中；

所述金属管为耐热合金钢材质。

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