固体蓄热砖体结构及固体蓄热电锅炉的制作方法

本发明属于供暖领域，尤其涉及固体蓄热砖体结构及固体蓄热电锅炉。

背景技术：

固体蓄热电锅炉设备作为一种新兴的储能设备，已经被越来越多的人所认可与接受。其主要功能是利用价格较低的谷电，对装置内部的固体蓄热材料进行加热并存储，在用电高峰期，电价较高时将储存在设备中的热能释放出来，满足用户采暖需求。固体蓄热电锅炉设备，既可以解决随着电力系统装机容量过大而造成的电网调峰矛盾，又可以满足当前对于社会要求使用清洁能源供热的需求，有效减少化石燃料燃烧所带来的一系列环境问题。

目前市面上大多数的固体蓄热电锅炉其内部蓄热结构的搭建均使用一种固定的蓄热砖进行码放，用此种方法虽然简便但是因为砖的结构相同，要保持风道与加热丝排布通道的通畅，则整个蓄热体码放时的结构性将不太稳固。并且砖与砖之间在搭建出多条通道，这些通道既作为通风通道，又作为加热丝放置通道。此种结构的风道在加热过程中空气流过加热丝加速加热丝的氧化速度，缩短加热丝的使用寿命，并且也将增大通风阻力，增大了风机的成本。

传统的固体蓄热电锅炉设备内部蓄热体往往采用蓄热砖直接码放的形式，但是这种形式的要求风道的长度很长才能保证空气可以有足够的加热时间，但是这种方式无疑将增大设备本体的占地面积。仅因为这一点就将大大限制一些小型工厂进行锅炉改造。

如今大部分公司生产的固体蓄热电锅炉装置在炉温控制上往往使用单只热电偶或少数热电偶控制，但是这种控制方式并不能精准的控制锅炉内温度，根据传热学知识，蓄热体在受热过程中上部的蓄热体温度会比下部蓄热体温度高很多，在整个蓄热体的上下方向上将存在非常明显得温度梯度，蓄热体温度不均，局部温度过高将可能造成电阻丝损坏，并且也难以评估设备的蓄热量。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决电阻丝因局部过热而损坏的问题，旨在提供一种可提供电阻丝使用寿命的固体蓄热砖体结构及固体蓄热电锅炉。

本发明提供了一种固体蓄热砖体结构，包括：多个偶数砖体层和多个奇数砖体层，所述固体蓄热砖体结构是由所述偶数砖体层及所述奇数砖体层按排序的由小到大依次间隔垒砌码成的垛体，在排列顺序为奇数砖体层与偶数砖体层之间的Y轴方向贯穿设置有用于加热或散热的通风道，在排列顺序为偶数砖体层与奇数砖体层之间的X轴方向贯穿设置有用于放置电阻丝的电阻丝通道。

优选的，所述偶数砖体层中的砖体底面均朝下布置，所述偶数砖体层布置有多个第一区域和多个第二区域，所述第一区域与所述第二区域沿Y轴方向间隔排列布置，所述第一区域比第二区域的个数多一个；

所述第一区域由N个第一蓄热砖体沿X轴方向顺次排列组成，其中，所述第一蓄热砖体的宽边与X轴方向平行的，其中，N为正整数，N≥5；

所述第二区域由一对砖体部和N-3个第一蓄热砖体组成，N-3个所述第一蓄热砖体的宽边沿X轴方向顺次排列，所述一对砖体部分别设置于所述N-3个第一蓄热砖体的两侧，每一所述砖体部包括两个第三蓄热砖体，所述两个第三蓄热砖体沿Y轴方向顺次排列，其中，所述第三蓄热砖体的宽边与X轴方向垂直，所述第三蓄热砖体的宽边宽度是所述第一蓄热砖体长边长度的一半。

优选的，所述奇数砖体层中的砖体底面均朝上布置，所述奇数砖体层布置有第三区域、第四区域和一区域单元；

所述区域单元由多个所述第一区域和多个第二区域组成，所述第一区域与第二区域沿Y轴方向间隔排列布置，其中，所述区域单元中的所述第一区域的个数比所述偶数砖体层中第一区域的个数少一个；

所述第三区域与所述区域单元中所述第一区域邻近，所述第三区域包括W个第二蓄热砖体和两个第三蓄热砖体，所述W个第二蓄热砖体沿X轴方向依次排列，所述第二蓄热砖体的长边与X轴方向平行，所述两个第三蓄热砖体分别设置于所述W个第二蓄热砖体的两侧，其中，每个所述第三蓄热砖体的长边均与X轴方向平行，所述第二蓄热砖体的长边长度与所述第一蓄热砖体的长边长度相同，所述第二蓄热砖体的宽边宽度与所述第三蓄热砖体的宽边宽度相同，W为正整数，(N-3)/2＝W；

所述第四区域与所述区域单元中所述第二区域邻近，所述第四区域包括W个第二蓄热砖体和两个第三蓄热砖体，其中，所述第四区域内的两侧分别设置有两个所述第二蓄热砖体，所述两个第三蓄热砖体的长边与X轴方向平行，并沿X轴方向顺次排列，所述第二蓄热砖体与所述两个第三蓄热砖体间隔排列，所述第二蓄热砖体的长边与X轴方向平行。

优选的，所述第一蓄热砖体下表面沿长边方向贯穿设置两条尺寸相同的第一风道；

所述第三蓄热砖体的下表面沿宽边方向贯穿设置有三条尺寸与所述第一风道相同的第三风道；

所述第二蓄热砖体的下表面沿宽边方向贯穿设置有四条尺寸与所述第一风道相同的第二风道；

在所述偶数砖体层的下表面所述第三蓄热砖体的第三风道在Y轴方向与相应的第一风道连通；

在所述奇数砖体层的上表面所述第二蓄热砖体的第二风道在Y轴方向与相应的第一风道连通；

在所述奇数砖体层的上表面所述第二蓄热砖体的第二风道在Y轴方向与相应的第一风道及相应的第三风道连通；

在所述奇数砖体层与偶数砖体层之间的Y轴方向贯穿设置的风道形成所述通风道。

优选的，所述第一蓄热砖体上表面沿宽边方向设置有四个第一凹槽，每个所述第一凹槽设置于两个凸起之间；

所述第二蓄热砖体上表面沿长边方向设置有两个第二凹槽，每个所述第二凹槽设置于两个凸起之间；

所述第三蓄热砖体上表面沿长边方向设置有两个第三凹槽，每个所述第三凹槽设置于两个凸起之间；

在所述偶数砖体层的上表面所述第三蓄热砖体的第三凹槽在X轴方向与相应的第一凹槽连通；

在所述奇数砖体层的下表面所述第二蓄热砖体的第二凹槽在X轴方向与相应的第一凹槽连通；

在所述奇数砖体层的下表面所述第三蓄热砖体的第三凹槽在X轴方向与相应的第二凹槽及相应的第一凹槽连通；

在所述偶数砖体层与奇数砖体层之间的X轴方向贯穿的凹槽形成所述电阻丝通道。

本发明还提供了一种固体蓄热电锅炉，包括：循环风机、变径管、固体蓄热装置、换热器、风箱和导流板，所述循环风机用以将空气通过变径管由固体蓄热装置的进风口进行加热，加热后的空气由固体蓄热结构的出风口进入换热器的入口为供暖系统中的水进行加热温度降低，温度降低后的空气由所述换热器出口经导流板进入风箱，经风箱进入循环风机的进风口；固体蓄热装置包括：

用以对空气加热的第一蓄热体，所述第一蓄热体包括第一进风端和第一出风端，用以将由所述第一进风端的空气加热，由所述第一出风端流出，所述第一进风端形成所述固体蓄热装置的进风口；

用以对经所述第一蓄热体加热后的空气进行二次加热的第二蓄热体，所述第二蓄热体位于所述第一蓄热体上部，所述第二蓄热体包括第二出风端和第二进风端，所述第二出风端形成所述固体蓄热结构的出风口；

位于所述第一蓄热体和所述第二蓄热体之间的隔离层；

用以将经所述第一蓄热体加热的空气导引至所述第二蓄热体中加热的导流部，所述导流部的内侧用以引导空气的流向；

设置于所述第一蓄热体下表面，所述第二蓄热体上表面及所述导流板外侧的保温外壳。

优选的，所述第一蓄热体和所述第二蓄热体的结构相同，均采用固体蓄热砖体结构。

优选的，所述固体蓄热砖体结构包括：多个偶数砖体层和多个奇数砖体层，所述固体蓄热砖体结构是由所述偶数砖体层及所述奇数砖体层按排序的由小到大依次间隔垒砌码成的垛体，在排列顺序为奇数砖体层与偶数砖体层之间的Y轴方向贯穿设置有用于加热或散热的通风道，在排列顺序为偶数砖体层与奇数砖体层之间的X轴方向贯穿设置有用于放置电阻丝的电阻丝通道。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。

本发明的有益效果在于，使用结构不同的蓄热砖体来搭建固体蓄热砖体结构，以保证固体蓄热砖体结构整体结构的稳定性，同时延长了电阻丝的使用寿命；固体蓄热装置内部的固体蓄热砖体结构分为上下两层结构，缩短了空气加热需要流经的水平距离，大大减小了锅炉整体的占地面积。

附图说明

图1a为本发明所述的第一蓄热砖体的俯视图；

图1b为图1a的C-C剖视图；

图1c为第一蓄热砖体的仰视图；

图1d为图1a的D-D剖视图；

图2a为本发明所述的第二蓄热砖体的俯视图；

图2b为图2a的E-E剖视图；

图2c为第二蓄热砖体的仰视图；

图2d为图2a的F-F剖视图；

图3a为本发明所述的第三蓄热砖体的俯视图；

图3b为图3a的G-G剖视图；

图3c为第三蓄热砖体的仰视图；

图3d图3a的H-H剖视图；

图4为本发明所述奇数砖体层的一种实施例的结构示意图；

图5为本发明所述偶数砖体层的一种实施例的结构示意图；

图6为本发明所述固体蓄热砖体结构沿X轴方向的一种实施例的结构示意图；

图7为本发明所述固体蓄热砖体结构沿Y轴方向的一种实施例的结构示意图；

图8为本发明所述固体蓄热电锅炉的主视图；

图9为图8的俯视图；

图10为本发明所述固体蓄热装置的内部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图6和图7所示，一种固体蓄热砖体结构，包括：多个偶数砖体层和多个奇数砖体层，固体蓄热砖体结构是由偶数砖体层及奇数砖体层按排序的由小到大依次间隔垒砌码成的垛体，在排列顺序为奇数砖体层与偶数砖体层之间的Y轴方向贯穿设置有用于加热或散热的通风道A，在排列顺序为偶数砖体层与奇数砖体层之间的X轴方向贯穿设置有用于放置电阻丝的电阻丝通道B。

在优选的实施例中，偶数砖体层中的砖体底面均朝下布置，偶数砖体层布置有多个第一区域和多个第二区域，第一区域与第二区域沿Y轴方向间隔排列布置，第一区域比第二区域的个数多一个；

第一区域由N个第一蓄热砖体沿X轴方向顺次排列组成，其中，第一蓄热砖体的宽边与X轴方向平行的，其中，N为正整数，N≥5；

第二区域由一对砖体部和N-3个第一蓄热砖体组成，N-3个第一蓄热砖体的宽边沿X轴方向顺次排列，一对砖体部分别设置于N-3个第一蓄热砖体的两侧，每一砖体部包括两个第三蓄热砖体，两个第三蓄热砖体沿Y轴方向顺次排列，其中，第三蓄热砖体的宽边与X轴方向垂直，第三蓄热砖体的宽边宽度是第一蓄热砖体长边长度的一半。

如图1、图3和图5所示，在本实施例中，第一蓄热砖体采用1型砖表示；第三蓄热砖体采用3型砖表示。在图5中以N＝9为例展示偶数砖体层的结构。

在优选的实施例中，奇数砖体层中的砖体底面均朝上布置，奇数砖体层布置有第三区域、第四区域和一区域单元；

区域单元由多个第一区域和多个第二区域组成，第一区域与第二区域沿Y轴方向间隔排列布置，其中，区域单元中的第一区域的个数比偶数砖体层中第一区域的个数少一个；

第三区域与区域单元中第一区域邻近，第三区域包括W个第二蓄热砖体和两个第三蓄热砖体，W个第二蓄热砖体沿X轴方向依次排列，第二蓄热砖体的长边与X轴方向平行，两个第三蓄热砖体分别设置于W个第二蓄热砖体的两侧，其中，每个第三蓄热砖体的长边均与X轴方向平行，第二蓄热砖体的长边长度与第一蓄热砖体的长边长度相同，第二蓄热砖体的宽边宽度与第三蓄热砖体的宽边宽度相同，W为正整数，(N-3)/2＝W；

第四区域与区域单元中第二区域邻近，第四区域包括W个第二蓄热砖体和两个第三蓄热砖体，其中，第四区域内的两侧分别设置有两个第二蓄热砖体，两个第三蓄热砖体的长边与X轴方向平行，并沿X轴方向顺次排列，第二蓄热砖体与两个第三蓄热砖体间隔排列，第二蓄热砖体的长边与X轴方向平行。

如图1、图2、图3和图4所示，在本实施例中，第一蓄热砖体采用1型砖表示；第二蓄热砖体采用2型砖表示；第三蓄热砖体采用3型砖表示。在图5中以W＝3为例展示奇数砖体层的结构。

在优选的实施例中，第一蓄热砖体下表面沿长边方向贯穿设置两条尺寸相同的第一风道13；

第三蓄热砖体的下表面沿宽边方向贯穿设置有三条尺寸与第一风道13相同的第三风道33；

第二蓄热砖体的下表面沿宽边方向贯穿设置有四条尺寸与第一风道13相同的第二风道23；

在偶数砖体层的下表面第三蓄热砖体的第三风道33在Y轴方向与相应的第一风道13连通；

在奇数砖体层的上表面第二蓄热砖体的第二风道23在Y轴方向与相应的第一风道13连通；

在奇数砖体层的上表面第二蓄热砖体的第二风道23在Y轴方向与相应的第一风道13及相应的第三风道33连通；

在奇数砖体层与偶数砖体层之间的Y轴方向贯穿设置的风道形成通风道A。

如图1、图2、图3和图6所示，在本实施例中，通风道A贯穿于Y轴。

在优选的实施例中，如图1b所示，第一蓄热砖体上表面沿宽边方向设置有四个第一凹槽12，每个第一凹槽12设置于两个凸起11之间；

如图2d所示，第二蓄热砖体上表面沿长边方向设置有两个第二凹槽22，每个第二凹槽22设置于两个凸起21之间；

如图3d所示，第三蓄热砖体上表面沿长边方向设置有两个第三凹槽33，每个第三凹槽33设置于两个凸起31之间；

在偶数砖体层的上表面第三蓄热砖体的第三凹槽33在X轴方向与相应的第一凹槽12连通；

在奇数砖体层的下表面第二蓄热砖体的第二凹槽22在X轴方向与相应的第一凹槽12连通；

在奇数砖体层的下表面第三蓄热砖体的第三凹槽33在X轴方向与相应的第二凹槽22及相应的第一凹槽12连通；

在偶数砖体层与奇数砖体层之间的X轴方向贯穿的凹槽形成电阻丝通道B。

如图1、图2、图3和图7所示，在本实施例中，电阻丝通道B贯穿于X轴。

如图8和图9所示，本发明还提供了一种固体蓄热电锅炉，包括：循环风机7、变径管8、固体蓄热装置4、换热器5、风箱6和导流板9，循环风机7用以将空气通过变径管8由固体蓄热装置4的进风口进行加热，加热后的空气由固体蓄热结构的出风口进入换热器5的入口为供暖系统中的水进行加热温度降低，温度降低后的空气由换热器5出口经导流板9进入风箱6，经风箱6进入循环风机7的进风口；如图10所示，固体蓄热装置4包括：

用以对空气加热的第一蓄热体41，第一蓄热体41包括第一进风端和第一出风端，用以将由第一进风端的空气加热，由第一出风端流出，第一进风端形成固体蓄热装置4的进风口；

用以对经第一蓄热体41加热后的空气进行二次加热的第二蓄热体42，第二蓄热体42位于第一蓄热体41上部，第二蓄热体42包括第二出风端和第二进风端，第二出风端形成固体蓄热结构的出风口；

位于第一蓄热体41和第二蓄热体42之间的隔离层44；

用以将经第一蓄热体41加热的空气导引至第二蓄热体42中加热的导流部45，导流部45的内侧用以引导空气的流向；

设置于第一蓄热体41下表面，第二蓄热体42上表面及导流板9外侧的保温外壳43。

进一步地，第一蓄热体41和第二蓄热体42的结构相同，均采用固体蓄热砖体结构。

在本实施例中，在夜间低谷电时段电价较低，此时系统的高温循环风机7—关闭，给放置于加热丝通道中的加热丝通电，对固体蓄热装置4进行加热，电能转换成热能进行储存。当进入白天平电与风电时段，电阻丝关闭停止蓄热。高温循环风机7开启，空气通过风机变径管8首先在下部的第一蓄热体41进行加热，被加热后的空气进入设计的内部导流部45，空气经过内部导流部45后进入上部的第二蓄热体42继续加热。加热后的空气进入翅片管式换热器5，给供暖系统中的水进行加热，提供供暖。高温空气通过换热器5后，温度下降，温度下降后的空气进入外部导流板9，并通过外部导流板9进入风箱6中，通过风箱6进入高温循环风机7的进风口，之后通过风机变径管8进入继续循环加热。高温循环风机7所用电机为变频电机，其频率根据供水口出水温度在PLC中使用PID算法进行精确控制。

固体蓄热装置4分为上下两部分结构，空气流通首先进入下部的第一蓄热体41进行加热，被加热后的空气进入设计的内部导流部45，空气经过内部导流部45后进入上部的第一蓄热体41继续加热。上下两部分蓄热体之间使用轻质保温砖砌筑的隔离层44，隔离层44可以有效的防止空气不经导流板9直接进入上部蓄热体的情况的发生，并且也可以存出一部分热量进行供暖使用。设备外部使用隔热保温材料对整个蓄热体进行保温处理，减少热量的流失。蓄热体使用这种上下结构可以有效的减少蓄热体的占地面积，大大提升了蓄热装置使用的灵活性。

在优选的实施例中，固体蓄热砖体结构包括：多个偶数砖体层和多个奇数砖体层，固体蓄热砖体结构是由偶数砖体层及奇数砖体层按排序的由小到大依次间隔垒砌码成的垛体，在排列顺序为奇数砖体层与偶数砖体层之间的Y轴方向贯穿设置有用于加热或散热的通风道A，在排列顺序为偶数砖体层与奇数砖体层之间的X轴方向贯穿设置有用于放置电阻丝的电阻丝通道B。

在本实施例中，固体蓄热电锅炉其内部的蓄热体由大量的三种不同结构尺寸的蓄热砖体堆砌而成。蓄热砖体成分主要为氧化镁，三种不同结构的蓄热砖的在尺寸，结构上有所差异，但是大体结构类似。蓄热砖体的左，右，前，后各是一个竖直平滑端面，底面带有通透的凹槽，顶面带有通透的凹槽，以及用于固定加热丝的凸起槽。在使用时，不同蓄热砖体彼此的左右端面相贴合，或前后端面相贴合。下方砖的倒扣其下底面与上方砖的下底面贴合，且凹槽口正对，由这些凹槽围成形成若干条贯通设备本体长度方向上的风道。而在设备本体的宽度方向上放置电阻丝的凹槽，相互组合形成放置电阻丝的通道，并将电阻丝固定在凹槽内放置电阻丝因为受热发生形变碰撞造成短路。通风道A与电阻丝通道B均为水平排布，相互垂直并且不在同一平面，互不干涉。并且以这种结构排布的蓄热体在机械强度上大大强于使用单一蓄热砖所构建的蓄热体。

在固体蓄热装置4中设置一个隔离层44，将整个固体蓄热装置4分为上下两部分。空气首先进入下层蓄热体进行加热，之后进入导流部45，经过导流部45的导流作用热空气进入上层蓄热体继续加热。热空气在整个固体蓄热装置4中循环一圈后经过换热器5完成换热。

整个固体蓄热装置4的加热系统由上到下分为五个单元进行精细控制，整体温度使用闭环控制，在谷电蓄热时期哪组温度到达额定温度后加热丝即断电，当温度低于设定的温度下限时电阻丝在继续进行加热。沿蓄热体本体长度方向上，安装电阻丝的通道由上到下分为五组，每组包含三根加热丝，采用星型接法。对于每组加热丝都是用一只热电偶进行单独精细控制。对每组加热丝的工作状况，实时温度等数据加以监控提取，在蓄热时段，哪组加热丝达到设定的额定温度，哪组加热丝即断电停止工作。从而达到了蓄热体各部分温度均衡的目的，大大降低了电阻丝因局部温度过高而造成的损坏。

本发明的积极效果在于：

使用三种不同结构的蓄热砖体进行蓄热体的搭建，在结构的稳定性上与传统的使用单一结构的蓄热砖搭建相比机械结构的稳定性大大增加；

三种蓄热砖搭建的蓄热体，电阻丝放置通道与风道之间互不干涉，有效的减少了电阻丝与空气的接触，降低其氧化作用大大延长电阻丝寿命；另一方面，因为空气流通时不会经过电阻丝，减小了通风阻力，在选择风机时节约了成本；

设置了内部导流部45与上下分体式的蓄热砖结构，使整个装置的占地面积大大减小，大大的解决了场地因素对设备安装的制约。

每三根加热丝为一组，每一组由一个热电偶进行单独控制。每组加热丝由下到上依次分布。在蓄热时间段，每组加热丝达到设定的目标温度后，与其对应的加热单元将停止加热，以此方法可以使整个蓄热体的温度趋于均匀，避免由于温度不均局部过热造成的电阻丝损坏的情况，延长了产品的使用寿命。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。