一种可以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备的制作方法

本发明涉及储热设备技术领域，具体涉及一种可以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备。

背景技术：

高温材料做成的储热砖通过电加热升温和储存热量，储存的热量通过换热器和风扇送出，给室内供暖。这种储热设备运行方式主要是在电价低的时候通电储存热量，然后在需要的时候给室内供暖，但是这种储热设备在实际使用时存在以下问题：

1)设备在通电时的输入电功率不可调节；

2)储存的热量在释放时的输出热力功率不可调节；

3)设备只能用于室内取暖，在没有外接电源时无法使用；

4)设备没有通讯能力，无法配合电力系统对能量和辅助服务等需求进行调节。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备，用以解决现有储热设备存在设备在通电时的输入电功率不可调节；储存的热量在释放时的输出热力功率不可调节；设备只能用于室内取暖，在没有外接电源时无法使用；设备没有通讯能力，无法配合电力系统对能量和辅助服务等需求进行调节。

为实现上述目的，本发明提供一种可以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备，所述储热设备包括发热体、用于存储热量的储热介质、冷风管和热交换管道，所述储热介质分别与发热体、热交换管道接触，所述冷风管的输出端与所述热交换管道的输出端连通，还包括输入功率调节装置和输出暖风温度调节装置，外接电源通过所述输入功率调节装置与所述发热体电连接，所述输入功率调节装置用于根据云平台或用户终端发送的电价以及控制信号来调节发热体的发热功率，所述输出暖风温度调节装置用于通过控制热交换管道输出的热空气与冷风管输出的冷空气的比例来调节热交换管道输出端口输出气流的温度。

优选的，所述输入功率调节装置包括电力电子开关、第一控制模块、通讯模块和电量测量模块；所述第一控制模块分别与电力电子开关、通讯模块、电量测量模块电连接，外接电源通过电力电子开关和电量测量模块与所述发热体电连接，所述电量测量模块分别与通讯模块、第一控制模块电连接；所述电量测量模块用于测量外接电源输送给发热体的电压值、电流值和电流频率，所述第一控制模块通过通讯模块与云平台实现通讯，以获取电价以及控制信号，所述第一控制模块控制电力电子开关的导通与断开，并通过改变电力电子开关占空比的方式控制外接电源输送给发热体的功率。

优选的，所述输入功率调节装置还包括第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器；所述第一控制模块分别与第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器电连接；所述第一温度传感器用于测量储热介质的温度并将其转化成电信号发送给第一控制模块，所述第二温度传感器用于测量发热体的温度并将其转化成电信号发送给第一控制模块，所述第三温度传感器用于测量热交换管道输出端输出气流的温度并将其转化成电信号发送给第一控制模块。

优选的，所述输出暖风温度调节装置包括控制阀、第二控制模块、第四温度传感器和第一风机；所述控制阀的输入端与所述第一风机的输出端连通，所述控制阀的第一输出端与所述热交换管道的输入端连通，所述控制阀的第二输出端与所述冷风管的输入端连通；所述第二控制模块分别与控制阀、第四温度传感器、第一风机、第三温度传感器电连接，所述控制阀用于改变冷风管和热交换管道输出端输出的冷空气和热空气气流的比例，暖风输出的速率通过调节所述第一风机的转速进行控制。

优选的，所述第一风机的输入端安装有过滤器。

优选的，所述输出暖风温度调节装置包括第二控制模块、第四温度传感器、第一风机和第二风机；所述第一风机的输出端与所述热交换管道的输入端连通，所述第二风机的输出端与所述冷风管的输入端连通；所述第二控制模块分别与第一风机、第二风机、第四温度传感器、第三温度传感器电连接，所述第二风机通过追随所述第一风机的转速变化来调节输出暖风的温度。

优选的，所述第一风机和第二风机的输入端均安装有过滤器。

优选的，所述储热设备还包括用于在外接电源停止供电时为储热设备中的负载提供低压直流电的备用供电装置。

优选的，所述备用供电装置包括整流模块、电源转换开关、充放电控制模块和蓄电池组；所述整流模块分别与电源转换开关、充放电控制模块、蓄电池组、外接电源电连接，所述充放电控制模块分别与电源转换开关、蓄电池组电连接。

优选的，所述备用供电装置包括整流模块、电源转换开关、电压控制模块和温差发电机；所述整流模块分别与电源转换开关、外接电源、温差发电机电连接，所述电压控制模块分别与电源转换开关、温差发电机电连接。

本发明的可以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备具有如下优点：

1.储热设备的使用方式和接口模块化，允许同一储热设备用作多种用途和场合的热源，比如室内和车内取暖，衣服烘干等；

2.输入电功率可以快速调节；

3.远程监测和控制；

4.热力输出可以调节；

5.不需要外接电源；

6.用途广。

附图说明

图1为本发明实施例1中以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备的结构示意图。

图2为本发明实施例2中以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备的结构示意图。

图3为本发明以用于多种生产和生活需要的模块化储热设备与暖气片连接作为供暖设备的结构示意图。

图4为本发明输入功率调节装置的结构框图。

图5为本发明实施例3中备用供电装置的线路图。

图6为本发明实施例4中备用供电装置的线路图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1所述，该用于多种生产和生活需要的模块化储热设备包括发热体1、储热介质2、冷风管3、热交换管道4、输入功率调节装置和输出暖风温度调节装置，储热介质2为耐高温材料(氧化镁)或热容量大的相变材料做成的储热砖块，储热砖块分别与发热体1、热交换管道4接触，发热体1和热交换管道4可缠绕在储热砖块的外表面或设置在储热砖的内部，发热体1为电热丝、电加热片或其他加热设备，发热体1通电后产生大量的热量存储在储热介质2中。冷风管3的输出端与热交换管道4的输出端连通，热交换管道4为市场上常见的铜或合金制成的热交换管道4，温度较低的冷空气从热交换管道4的输入端进入，储热介质2内存储的热量通过热交换管道4将其中的空气加热成温度较高的热空气，热空气在热交换管道4的输出端与冷风管3输出的冷空气混合后形成温度适中的暖空气，暖空气通过热交换管道4输出端口输出用于取暖或其他用途。

如图4所示，外接电源77通过输入功率调节装置与发热体1电连接，输入功率调节装置用于根据云平台58发送的电价以及控制信号来调节发热体1的发热功率。输入功率调节装置包括电力电子开关51、第一控制模块52、通讯模块53、电量测量模块54、第一温度传感器55、第二温度传感器56和第三温度传感器57，第一控制模块52分别与电力电子开关51、通讯模块53、电量测量模块54、第一温度传感器55、第二温度传感器56、第三温度传感器57电连接，外接电源77通过电力电子开关51和电量测量模块54与发热体1电连接，电量测量模块54分别与通讯模块53、第一控制模块52电连接。电量测量模块54用于测量外接电源77输送给发热体1的电压值、电流值和电流频率，并将其转化成三种不同的电量参数信号发送给第一控制模块52处理。第一控制模块52通过通讯模块53与云平台58实现通讯，以获取电力系统发送给云平台58的电价以及控制信号，第一控制模块52控制电力电子开关51的导通与断开，第一控制模块52通过改变电力电子开关51占空比的方式改变外接电源77输送给发热体1的输入电功率，在电价低时，第一控制模块52控制电力电子开关51提高占空比，提高外接电源77输送给发热体1的电功率，使储热介质2存储更多的热量，达到储热设备可以最小化储能成本，此外，电力电子开关采用电压过零时刻开通、电流过零时刻关断的方式，减小对负载78和开关器件的冲击。第一温度传感器55的温度探头与储热介质2接触，第一温度传感器55用于测量储热介质2的温度并将其转化成温度电信号发送给第一控制模块52，第一控制模块52通过预设的程序计算出储热介质2的温度，由第一温度传感器55可测出储热介质2的实时温度tg，因此，第一控制模块52可根据热量计算公式q＝g·c·(tg-th)，计算出储热介质2温度降至最低温度th可输出的剩余热能q。第二温度传感器56的温度探头与发热体1接触，第二温度传感器56用于测量发热体1的温度并将其转化成温度电信号发送给第一控制模块52，第一控制模块52通过预设的程序计算出发热体1的实时温度，通过电热的温度计算出外接电源77的输入功率。第三温度传感器57的温度探头安装在热交换管道4输出端口处，用于测量热交换管输出暖空气的温度并将其转化成温度电信号发送给第一控制模块52，第一控制模块52通过预设的程序计算出暖空气的实时温度。第一控制模块52通过通讯模块53将储热介质2的温度、发热体1的实时温度、暖空气的温度和储热介质2中的剩余热量等参数通过通讯模块53发送给云平台58，用户终端利用有线网络或无线网络连接云平台58，用户终端为手机、台式电脑或笔记本电脑，用户可以通过用户终端查看上述各个参数，并通过用户终端对储热设备的输入电功率，并储热设备的放热时间和功率进行管理。

输出暖风温度调节装置6用于通过控制热交换管道4输出的热空气速率调节输出热力的功率，以及热交换管道4输出的热空气与冷风管3输出的冷空气的比例来调节热交换管道4输出端口处暖空气的温度。输出暖风温度调节装置6包括控制阀61、第二控制模块62、第四温度传感器63和第一风机64，控制阀61为三通电控阀，控制阀61的输入端与第一风机64的输出端连通，控制阀61的第一输出端与热交换管的输入端连通，控制阀61的第二输出端与冷风管3的输入端连通；第二控制模块62分别与控制阀61、第四温度传感器63、第一风机64、第三温度传感器57电连接，第四温度传感器63的探头安装在冷风管3内，第四温度传感器63用于测量冷风管3内冷空气的温度并将其转化成温度电信号发送给第二控制模块62，第二控制模块62通过预设的程序计算出冷风管3内冷空气的温度。第二控制模块62通过第四温度传感器63得到的冷风温度推断设备所处的环境温度，第一风机64将外界温度较低的冷空气输送给控制阀61，经过控制阀61后分流后，一部分冷空气通过热交换管道4的输入端进入热交换管道4内进行加热，另一部分冷空气则进入冷风管3内，加热后的热空气在热交换管道4的输出端与冷风管3输出的冷空气混合，第二控制模块62根据第三温度传感器57测量的暖空气的温度和第四温度传感器63测量的冷风管3内冷空气的温度值，计算出冷风管3和热交换管道4输出端输出的冷空气和热空气气流的比例，并通过控制控制阀61来调节冷风管3和热交换管道4输出端输出的冷空气和热空气气流的比例，最终使输出的暖空气的温度达到设定的目标温度。

进一步的，为了防止外界空气的灰尘进入储热设备的管道将管道堵塞，第一风机64的输入端安装有过滤器65，过滤器65为现有的空气过滤器65用于对外界空气中的灰尘进行过滤。

如图3所示，通过将储热设备与暖气片67或散热片连接，整套设备科作为室内、室外、车辆的取暖设备，也可以给热水生产、食品烘烤、织物烘烤等过程提供热源，当然，储热设备的功能不仅限于此，在此不再详细介绍。

实施例2

如图2所示，本实施例中的储热设备包括发热体1、储热介质2、冷风管3、热交换管道4、输入功率调节装置和输出暖风温度调节装置6，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，冷风管3的输入端与热交换管道4的输入端是分开的，此外，本实施例中的输出暖风温度调节装置6包括第二控制模块62、第四温度传感器63、第一风机64和第二风机66；第一风机64的输出端与热交换管的输入端连通，第二风机66的输出端与冷风管3的输入端连通；第二控制模块62分别与第一风机64、第二风机66、第四温度传感器63、第三温度传感器57电连接，第四温度传感器63的探头安装在冷风管3内，第三温度传感器57的温度探头安装在热交换管道4输出端的端口处，第三温度传感器57将实时测量的暖空气的温度发送给第二控制模块62，第二控制模块62利用暖空气的温度与冷风管3的冷空气的温度，计算出要使暖空气的温度达到目标温度时冷空气与热空气气流的比例，并通过控制第一风机64和第二风机66的转速来控制冷风管3和热交换管道4输出的冷空气与热空气气流的比例。第二控制模块62通过第四温度传感器63得到的冷风温度推断设备所处的环境温度，通过第一风机64和第二风机66的启动和停止控制是否向所处的环境中输出热功率，通过比较环境温度和预设目标温度决定第一风机64和第二风机66的启动和停止。

进一步地，为了防止外界空气的灰尘进入储热设备的管道将管道堵塞，第一风机64和第二风机66的输入端均安装有过滤器65，通过过滤器65对外界空气中的灰尘进行过滤。

实施例3

如图5所示，本实施例以实施例2为基础，本实施例中的储热设备除了包括发热体1、储热介质2、冷风管3、热交换管道4、输入功率调节装置和输出暖风温度调节装置6，还包括用于在外接电源77停止供电或储热设备没有外接电源77时，能为储热设备中的负载78继续提供低压直流电的备用供电装置，本实施例中的备用供电装置包括整流模块71、电源转换开关72、充放电控制模块73和蓄电池组74，整流模块71分别与电源转换开关72、充放电控制模块73、蓄电池组74、外接电源77电连接，充放电控制模块73分别与电源转换开关72、蓄电池组74电连接，负载78分别与整流模块71、电源转换开关72、蓄电池组74电连接，在本专利申请中负载78为储热设备中的各个风机、蓄电池组74和控制模块等器件。整流模块71用于将外接电源77输入的220v交流电转化成低压直流电来为储热设备中的各个负载78提供所需电压。充放电控制模块73用于在蓄电池组74的充电和放电过程中对其电压和充放电电流进行控制。电源转换开关72用于在外接电源77和蓄电池组74供电之间进行切换，储热设备在存储热量时由外接电源77为负载78供电，当外接电源77断开或者需要将储热设备移动到没有外接电源77的地方使用时，电源转换开关72将蓄电池组74与负载78导通，由蓄电池组74为负载78供电。通过设置备用供电装置，使得储热设备在储存好热能之后，可以断开外接电源77，移动到需要的地点作为热源使用，比如室外取暖、室内不方便接外接电源77的地方或车辆车厢取暖等地点。

实施例4

如图6所示，本实施例以实施例2为基础，本实施例中的储热设备除了包括发热体1、储热介质2、冷风管3、热交换管道4、输入功率调节装置和输出暖风温度调节装置6，还包括备用供电装置，本实施例与实施例3的不同之处在于，备用供电装置包括整流模块71、电源转换开关72、电压控制模块75和温差发电机76，整流模块71分别与电源转换开关72、外接电源77、温差发电机76电连接，电压控制模块75分别与电源转换开关72、温差发电机76电连接，负载78分别与整流模块71、电源转换开关72、温差发电机76电连接。整流模块71和电源转换开关72的功能和工作原理在实施例3中已经介绍，在此不再详细介绍，温差发电机76的半导体温差发电片与储热介质2接触，利用冷热空间的温差产生流电，温差发电机76输出的电流经过电压控制模块75进行电压转化，将其转化成低压直流电输送给各个负载78，由于温差发电机76为现有技术，因此，其工作原理和具体结构在此不再详细介绍。

储热设备的优点及功能：

1.储热设备的使用方式和接口模块化，便于同一模块在不同的时候连接不同的终端，以提供相应的服务：比如取暖时连接暖气片67，烘干衣物时连接干衣机/烘干机，制取热水时连接加热壶。

2.输入电功率可以快速调节：模块在通电进行热量存储时的电功率可以通过电力电子开关快速调节，并且具备远程监测和控制功能，便于参与电力系统需要的一些服务，比如负荷跟踪，频率调节，紧急备用和抑制电网震荡等。

3.远程监测和控制：设备通过和云平台的连接，使用户可以通过手机或计算机终端连接云平台查看设备的剩余热量，输入电功率，输出暖气温度等信息，或者对设备的充电、放热时间和功率进行管理，用户也可以通过云平台让设备参与电力系统的服务，获取收益，云平台还可以通过和设备的连接提供运维建议等多种其它的服务。根据电力系统的电价信息和系统对调频、紧急备用等辅助服务的需求，实现用能成本最小化的同时，成为电网调度的可用资源，并获取相应的收益。

4.热力输出可以调节：释放热量时的放热功率通过控制流经换热管道的空气速率调节；送出空气的温度通过改变冷热空气的比例随意调节。

5.不需要外接电源77，独立运行：设备在储存好热能之后，可以断开外接电源77，移动到需要的地点作为热源使用，比如室外取暖、室内不方便接电源的地方、车辆车厢取暖(冬天时可以节省电动汽车的电池电量，增加行驶里程)。

6.用途广，多种使用方式：储热设备可以和暖气片67配合使用，也可以独立使用(直接送出暖空气)，作为室内、室外、车辆的取暖方案，储热设备也可以给热水生产、食品烘烤、织物烘烤等过程提供热源。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。