一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉的制作方法

本实用新型涉及供暖技术领域，尤其涉及一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉。

背景技术：

我国采暖区幅员辽阔，房屋建筑规模巨大。北方各省市(区)总体实现城市集中供热，受建筑物保温隔热差、封闭性差、传统供热模式效率低等因素影响，其能源利用效率普遍低于20％，单位建筑面积采暖能耗是发达国家的 3倍多，供暖能源的浪费情况严重，而运行高效的电锅炉由于用电压力、体积较大等问题未能推广。并且传统煤炭式锅炉是能源消耗最多、环境污染最重的热能转换方式，大量的能源使用导致生态环境遭到破坏，也将给城市环境带来严重影响。我国政府加强了对此方面的重视，鼓励新型的清洁能源热能转换方式。此外蓄热式的电暖设备的发展有效的缓解了电网高峰压力，提高低谷电的使用量。目前国内蓄热电锅炉大多数都是采用常压水箱蓄热水的方式来进行蓄热。但设备体积较大、热效率有待提高、维修成本高等方面考虑不建议进行大规模推广。针对基于PTC加热系统的固体蓄热式电暖设备未见报道。

本发明专利基于PTC加热、多点监测反馈PLC自动控制、固体蓄热池储存能量，来动态实现目标环境温度在一定范围内恒定，因此可满足多种不同场所的供暖需求，可更环保的大幅度提升能源利用率和经济效益。

从PTC加热及固体蓄热的技术角度分析，此电锅炉设备有如下特点：① PTC加热温度超过居里温度时电阻急剧增加使放热量降低，防止温度过高及通电干烧带来的危险；②控制加热时间。③蓄热材料比热容大，蓄热池保温性能好，体积小。以上三点应统一考虑。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉，本固体蓄热式电锅炉具有能量利用率高，使用安全便捷，节约资源减少环境污染，运行成本低，占地体积小，能够适用于多种目标环境的供暖要求。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉，主要包括壳体框架、加热蓄热一体式电锅炉、检测控制系统、进出水循环系统和室内散热系统，壳体框架内设有加热蓄热一体式电锅炉，加热蓄热一体式电锅炉内设有固体蓄热系统和PTC加热系统，固体蓄热系统连接进出水循环系统，进出水循环系统分别连接室内散热系统，所述PTC加热系统、室内散热系统和进出水循环系统通过检测控制系统进行连接。PTC加热系统采用PTC电阻陶瓷，PTC电阻陶瓷采用PTC正温度系数热敏电阻,是一种半导体热敏陶瓷,其特性是对温度敏感,在低于居里温度时表现出负电阻特性，为加热阶段。当达到居里温度时,其电阻值开始急剧增大，根据Q＝tU²/R，产热迅速降低，起到过热保护的作用。实现自动恒温,无氧耗, 耐腐蚀等。

进一步的，所述进出水循环系统主要包括回水管、进水管、出水管、水泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、补给水装置和过滤器，所述室内散热系统包括室内散热器和地暖铺设；所述进水管上安装有过滤器和第二阀门，进水管分别连接补给水装置和回水管，补给水装置和进水管连接处设有第一阀门；所述出水管上安装有第三阀门和水泵，出水管分别连接室内散热器的进水端和水管分接头，水管分接头连接地暖铺设的进水端，所述水管分接头和地暖铺设的连接处设有第五阀门，所述出水管和室内散热器连接处设有第四阀门，所述室内散热器的出水端和暖铺设的出水端分别连接回水管。当室内散热器温度较低时，开启第三阀门、第四阀门和水泵，将固体蓄热系统储存的热能通过热水输送到室内散热器对室内进行供热，当地暖铺设温度较低时，开启第三阀门、第五阀门和水泵，将固体蓄热系统储存的热能通过热水输送到地暖铺设对室内进行供热。

进一步的，所述固体蓄热系统主要包括蓄热池和固体蓄热管，所述蓄热池为双层铝合金外壳的内空长方体结构，双层铝合金外壳内填充有绝热石棉网；所述蓄热池内设有若干固体蓄热管，若干固体蓄热管安装在蓄热池顶部，固体蓄热管采用固定蓄热氧化镁管；所述蓄热池下部和进水管相连通，蓄热池上部和出水管相连通。固体蓄热材料能够将低谷电能储存到一起，当用电处于高峰值时，再把电热能释放出来，以达到加热锅炉的目的。固定蓄热氧化镁管这种特殊的蓄热材料相较于一般的储热材料热量大、密度高、耐高温等，由于固体储热材料耐高温能力较高，因此它能够储存更多、温度更高的热能，不会像水压力那样随温度升高。固体蓄热式电锅炉的体积相较于普通蓄热式电锅炉要小很多，大概只有它们的七分之一，很大程度的缩减了锅炉占用的空间，并减少了运行成本的使用。

进一步的，所述固定蓄热氧化镁管内设有PTC加热系统，PTC加热系统由若干发热单元组成，发热单元由PTC电阻陶瓷、铝壳、绝缘膜和铜管组成；所述PTC电阻陶瓷嵌入在铝壳内，铝壳外部包裹有绝缘膜，包由绝缘膜的铝壳套入在铜管内，铜管套入在固定蓄热氧化镁管内；所述PTC电阻陶瓷和电极电性连接。

进一步的，所述检测控制系统主要包括PLC控制面板、温度传感器和水位检测传感器，所述加热蓄热一体式电锅炉顶部设有PLC控制面板，所述固体蓄热系统和室内散热系统内部分别安装有水位检测传感器，所述固体蓄热系统和室内散热系统内部分别安装有温度传感器。

进一步的，外部电源电性连接PLC控制面板，PLC控制面板电性连接水泵、电极、温度传感器和水位检测传感器。

进一步的，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门还可以是电磁阀，所述PLC控制面板电性连接第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门。此时在PLC控制面板的控制下能够自动控制进出水循环系统工作，当水位检测传感器检测到固体蓄热系统内部水温低于正常水位时，PLC控制面板控制第一阀门开启进行补水，当温度传感器检测到室内散热器处温度较低时，自动开启水泵、第三阀门和第四阀门，将加热蓄热一体式电锅炉中的热量输送到室内散热器处，当温度传感器检测到地暖铺设温度较低时，自动开启水泵、第三阀门和第五阀门，将加热蓄热一体式电锅炉中的热量输送到地暖铺设处。

进一步的，所述壳体框架外部长度为6.5米，宽度为1.5米，室内温度优选为17-22℃。

进一步的，所述室内散热系统则负责直接工业、农业、生活用热；所述的壳体框架为钢制材料。

进一步的，还包括辅助装置，辅助装置包括辅助运输元件。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：其一：本固体蓄热式电锅炉采用PTC加热系统通过PTC电阻陶瓷进行加热，PTC电阻陶瓷为PTC正温度系数热敏电阻,是一种半导体热敏陶瓷,其特性是对温度敏感,在低于居里温度时表现出负电阻特性，为加热阶段；当达到居里温度时,其电阻值开始急剧增大，根据Q＝tU²/R，产热迅速降低，起到过热保护的作用，防止温度过高及通电干烧带来的危险，实现自动恒温,无氧耗，耐腐蚀等。其二：本固体蓄热式电锅炉采用固体蓄热系统，采用固定蓄热氧化镁管和绝热石棉网作为保温材料，比热容大、保温效果好，且体积小。其三：本固体蓄热式电锅炉采用PLC控制面板控制PTC加热系统中PTC电阻陶瓷的加热时间，根据电网的谷电时间，PTC电阻陶瓷的加热时间一般在夜间进行加热，将热量存储在固体蓄热系统中，由固体蓄热系统进行蓄热，具有高效、经济、环保、安全的优点。本固体蓄热式电锅炉具有能量利用率高，使用安全便捷，节约资源减少环境污染，运行成本低，占地体积小，能够适用于多种目标环境的供暖要求。

附图说明

图1为本实用新型的整体应用示意图；

图2为本实用新型的固体蓄热系统正视向剖面结构简图；

图3为本实用新型的固体蓄热系统俯视向剖面结构简图；

图4为本实用新型的发热单元示意图；

图5为本实用新型的PTC加热系统示意图；

图中：1、壳体框架；2、室内散热器；3-1、回水管；3-2、进水管；3-3、出水管；4、水泵；5、PLC控制面板；6-1、第一阀门；6-2、第二阀门；6-3、第三阀门；6-4、第四阀门；6-5、第五阀门；7、补给水装置；8、过滤器；9、加热蓄热一体式电锅炉；9-1、固体蓄热系统；9-11、固定蓄热氧化镁管；9-12、绝热石棉网；9-2、PTC加热系统；9-21、发热单元；9-211、PTC电阻陶瓷； 9-212、铝壳；9-213、绝缘膜；9-214、铜管；10、地暖铺设；11、电极；12、温度传感器；13、水位检测传感器；14、水管分接头。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-5所示，一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉，主要包括壳体框架1、加热蓄热一体式电锅炉9、检测控制系统、进出水循环系统和室内散热系统，壳体框架1内设有加热蓄热一体式电锅炉9，加热蓄热一体式电锅炉9内设有固体蓄热系统9-1和PTC加热系统9-2，固体蓄热系统9-1连接进出水循环系统，进出水循环系统分别连接室内散热系统，所述PTC加热系统9-2、室内散热系统和进出水循环系统通过检测控制系统进行连接。PTC加热系统采用PTC电阻陶瓷，PTC电阻陶瓷采用PTC正温度系数热敏电阻,是一种半导体热敏陶瓷,其特性是对温度敏感,在低于居里温度时表现出负电阻特性，为加热阶段。当达到居里温度时,其电阻值开始急剧增大，根据Q＝tU2/R，产热迅速降低，起到过热保护的作用。实现自动恒温,无氧耗,耐腐蚀等。

其中，所述进出水循环系统主要包括回水管3-1、进水管3-2、出水管3-3、水泵4、第一阀门6-1、第二阀门6-2、第三阀门6-3、第四阀门6-4、第五阀门6-5、补给水装置7和过滤器8，所述室内散热系统包括室内散热器2和地暖铺设10；所述进水管3-2上安装有过滤器8和第二阀门6-2，进水管3-2 分别连接补给水装置7和回水管3-1，补给水装置7和进水管3-2连接处设有第一阀门6-1；所述出水管3-3上安装有第三阀门6-3和水泵4，出水管3-3 分别连接室内散热器2的进水端和水管分接头14，水管分接头14连接地暖铺设10的进水端，所述水管分接头14和地暖铺设10的连接处设有第五阀门6-5，所述出水管3-3和室内散热器2连接处设有第四阀门6-4，所述室内散热器2 的出水端和暖铺设10的出水端分别连接回水管3-1。当室内散热器2温度较低时，开启第三阀门6-3、第四阀门6-4和水泵5，将固体蓄热系统9-1储存的热能通过热水输送到室内散热器2对室内进行供热，当地暖铺设10温度较低时，开启第三阀门6-3、第五阀门6-5和水泵5，将固体蓄热系统9-1储存的热能通过热水输送到地暖铺设10对室内进行供热。

其中，所述固体蓄热系统9-1主要包括蓄热池和固体蓄热管，所述蓄热池为双层铝合金外壳的内空长方体结构，双层铝合金外壳内填充有绝热石棉网9-12；所述蓄热池内设有若干固体蓄热管，若干固体蓄热管安装在蓄热池顶部，固体蓄热管采用固定蓄热氧化镁管9-11；所述蓄热池下部和进水管3-2 相连通，蓄热池上部和出水管3-3相连通。固体蓄热材料能够将低谷电能储存到一起，当用电处于高峰值时，再把电热能释放出来，以达到加热锅炉的目的。固定蓄热氧化镁管9-11这种特殊的蓄热材料相较于一般的储热材料热量大、密度高、耐高温等，由于固体储热材料耐高温能力较高，因此它能够储存更多、温度更高的热能，不会像水压力那样随温度升高。固体蓄热式电锅炉的体积相较于普通蓄热式电锅炉要小很多，大概只有它们的七分之一，很大程度的缩减了锅炉占用的空间，并减少了运行成本的使用。

其中，所述固定蓄热氧化镁管9-11内设有PTC加热系统9-2，PTC加热系统9-2由若干发热单元9-21组成，发热单元9-21由PTC电阻陶瓷9-211、铝壳9-212、绝缘膜9-213和铜管9-214组成；所述PTC电阻陶瓷9-211嵌入在铝壳9-212内，铝壳9-212外部包裹有绝缘膜9-213，包由绝缘膜9-213的铝壳9-212套入在铜管9-214内，铜管9-214套入在固定蓄热氧化镁管9-11 内；所述PTC电阻陶瓷9-211和电极11电性连接。

其中，所述检测控制系统主要包括PLC控制面板5、温度传感器12和水位检测传感器13，所述加热蓄热一体式电锅炉9顶部设有PLC控制面板5，所述固体蓄热系统9-1和室内散热系统内部分别安装有水位检测传感器13，所述固体蓄热系统9-1和室内散热系统内部分别安装有温度传感器12。

其中，外部电源电性连接PLC控制面板5，PLC控制面板5电性连接水泵 4、电极11、温度传感器12和水位检测传感器13。

其中，所述第一阀门6-1、第二阀门6-2、第三阀门6-3、第四阀门6-4 和第五阀门6-5还可以是电磁阀，所述PLC控制面板5电性连接第一阀门6-1、第二阀门6-2、第三阀门6-3、第四阀门6-4和第五阀门6-5。水泵和各处的阀门由PLC电路自动控制，此时在PLC控制面板5的控制下能够自动控制进出水循环系统工作，当水位检测传感器13检测到固体蓄热系统9-1内部水温低于正常水位时，PLC控制面板5控制第一阀门6-1开启进行补水，当温度传感器12检测到室内散热器2处温度较低时，自动开启水泵4、第三阀门6-3 和第四阀门6-4，将加热蓄热一体式电锅炉9中的热量输送到室内散热器2处，当温度传感器12检测到地暖铺设10温度较低时，自动开启水泵4、第三阀门6-3和第五阀门6-5，将加热蓄热一体式电锅炉9中的热量输送到地暖铺设10 处。

其中，所述壳体框架1外部长度为6.5米，宽度为1.5米，室内温度优选为17-22℃。

其中，所述室内散热系统则负责直接工业、农业、生活用热；所述的壳体框架为钢制材料。

其中，还包括辅助装置，辅助装置包括辅助运输元件。

其中，所述温度传感器12采用型号为CE-R07-74MD2-0.5的热电阻传感器；水位检测传感器13采用型号为DATA-51静压液位传感器。

需要说明的是，本实用新型为一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉，使用时首先开启外部电源，电极对PTC电阻陶瓷进行通电加热，加热过程中热量经绝缘膜和铜管，将热量传导至高比热容的固体蓄热氧化镁管内进行热量存储，供热过程由进出水循环系统推动，循环水流使目标温度保持恒定，在PLC控制面板的控制下，PTC电阻陶瓷在夜间人们用电少的时间段通电加热，错开用电高峰期，PTC电阻陶瓷产生的热量储存在固体蓄热系统内，固体蓄热系统储存的热能传导给热水，能够在白天用电高峰期的时候将热能释放出来。(PTC电阻陶瓷为PTC正温度系数热敏电阻,是一种半导体热敏陶瓷, 其特性是对温度敏感,在低于居里温度时表现出负电阻特性，为加热阶段。当达到居里温度时,其电阻值开始急剧增大，根据Q＝tU²/R，产热迅速降低，起到过热保护的作用，实现自动恒温,无氧耗,耐腐蚀等)；温度传感器实时检测室内散热器和地暖铺设的实时温度，当室内散热器温度较低时，开启第三阀门、第四阀门和水泵，将固体蓄热系统储存的热能通过热水输送到室内散热器对室内进行供热，当地暖铺设温度较低时，开启第三阀门、第五阀门和水泵，将固体蓄热系统储存的热能通过热水输送到地暖铺设对室内进行供热。

本固体蓄热式电锅炉固体蓄热材料选择为氧化镁，本材料具有较高的导热系数和比热容，可以将热源中心处的热量迅速传至表面。比热容较大，其蓄热能力能够充分发挥出来。同时氧化镁热膨胀系数小，在运行中需要考虑反复的加热和冷却工况，因此热膨胀系数越小，意味着装置在热胀冷缩的作用下具有更好的耐热冲击。并且耐高温且具有较好的结构强度和流体经过的阻力损失小。固体蓄热系统经常在高温的工况下，在释热阶段需要通入流水以带走热量，提高蓄热材料表面的光滑程度就可减小流动阻力。此外氧化镁材料易于加工，成本较低。

本固体蓄热式电锅炉中固体蓄热系统采用圆柱体形式蓄热装置，其正视向和俯视向的剖面结构简图分别如图2和3所示。由保温性能优良的石棉材料加工封装作为装置的壳体，左右两端接水流入和流出口，将一定数量穿有 PTC的圆柱体蓄热单元进行有序组合形成排列棒簇。当为目标环境供热时，取热流体大体沿垂直蓄热单元的中心轴向流动并与之换热。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。