一种多能源联供智能均匀调节炕体系统的制作方法

本发明属于炕体系统设计领域，具体涉及一种新型的多能源联供智能均匀调节炕体系统。

背景技术：

在北方地区，已经普遍在炕体设计上推广利用太阳能，传统家用的炕体系统性能随太阳能的提供时段具有波动性和间歇性，而且单一的热源供热容易造成炕体表面的温度不均匀，不稳定的问题，另外炕体的保温性能较差。

本发明系统的关键在于采用多热源加热炕体，加热层分别为电热层、相变层、水层、烟气层。各层热源之间相互贯通，并通过相变层智能调节炕面温度，系统利用清洁的太阳能发电，电能一部分为空气源热泵提供动力，一部分储存在蓄电池里，为炕体的电热层提供电力加热，通过相变层使炕体温度保持在相对的稳定状态。水层所通的热水由pvt集热器和水源热泵系统加热，烟气层的烟气来源于厨房里的余烟，余烟经过管道给炕体供热后排出，给空气源热泵提供低温热源。这种设计使得炕体供热具有均匀性和稳定性的特点，结合环保的特点，促进炕体保温具有经济性和实用性价值。

技术实现要素：

为了解决现有技术上的问题，本发明提出了一种多能源联供智能均匀调节炕体系统。该系统采用多热源供热，在炕体设计上采用电层、相变层、水层、烟气层相结合的理念。由pvt热电联供装置供热和供电，电能储存在储电箱中，储电箱直接为炕体的电层通电产热，热能通过夹层式相变储热水箱对炕体的水层加热。储电箱同样为热泵提供动力，热泵工作给炕体的水层内的水进行加热。烟气层的烟气来源于厨房余烟，提供烟气层之后通过管道进入空气源热泵，作为太阳能空气双源热泵装置的低温热源对热泵进行预热。相变层材料使用储热性能较好的石蜡，进行温度的智能调节。基层采用保温性能良好的内墙玻璃纤维棉，用以减少温度的散失，保证炕体持续供热。

一种多能源联供智能均匀调节炕体系统，该系统包括pvt热电联供装置、太阳能空气双源热泵装置、储电箱、夹层式相变储热水箱和炕体；所述的炕体包括从上至下排布的电层、相变储能层、水层和烟气层；所述的pvt热电联供装置连接储电箱和夹层式相变储热水箱，pvt热电联供装置吸收太阳光能并转化成热能和电能，电能存储在储电箱中，热能输送给夹层式相变储热水箱；储电箱与太阳能空气双源热泵装置及炕体的电层相连，为二者供电；夹层式相变储热水箱还与太阳能空气双源热泵装置相连，并直接接通炕体的水层；太阳能空气双源热泵装置产生的热能通过夹层式相变储热水箱储存并输送到炕体的水层；炕体的相变储能层能够根据人体的适温，稳定地调节炕体表面的温度，相变储能层还能储存多余的热能，在炕体供热温度较低时提供热能；烟气层的热量来源于厨房里的余烟，余烟经过烟气层管道后排出，并接入太阳能空气双源热泵装置，作为太阳能空气双源热泵装置的低温热源；在烟气层至太阳能空气双源热泵装置之间的管道上设置喷淋装置，并通过喷淋装置接通太阳能空气双源热泵装置至水层之间的管道上，喷淋装置下方设置过滤装置，用于将水分过滤，净化后的烟气通入到太阳能空气双源热泵装置中；炕体的相变储能层和水层之间设直一层吸音棉，用来减少水流噪音的干扰；在炕体的基层铺保温层，用以减少温度的散失。

所述的夹层式相变储热水箱包括一个以上储热单元，每个储热单元包括进水管、电热加热器、出水管、换热夹套腔、储热夹套腔、保温外壳、金属储水内胆、进水口和出水口；进水管通过进水口与太阳能空气双源热泵装置或pvt热电联供装置的出水相连，出水管通过出水口与炕体的水层相连；进水管与出水管均与金属储水内胆相通；电热加热器用于在热量不够供给时，对储热单元中的水进行加热；储热夹套腔15和换热夹套腔14分别以螺旋的形式环绕金属储水内胆17，对于金属储水内胆17具有更好的加固强化作用。储热夹套腔15以螺旋状环绕在金属储水内胆17外，螺旋状的换热夹套腔14环绕在储热夹套腔15外，形成对储热夹套腔15的半包围结构。外部热源通过传热介质进入换热夹套腔14优先对储水内胆下部加热，储热夹套腔15中的相变材料可以通过内胆壁获取并储存热量。保温外壳设置于每个储热单元外部，用于保温。

所述的pvt热电联供装置表面板上涂有吸收体，用于发电，pvt热电联供装置内设有有集热管道，工质为水，用于收集并输送热能。pvt热电联供装置是由真空管，集管和保温盒等部件组成，管内走水，加热系统与循环系统独立分隔，整个系统全部为金属连接，运行稳定可靠，每支热管真空管的冷凝端通过导热块的导热，将热量传递给集管，被加热的工质(水)经过集管时，把热量带走。在这整个过程中，真空管的冷凝端与导热块是刚性连接的，被加热物质不流经真空管，管子与介质互不干扰。多介质太阳能平板集热器表面板上涂有吸收体，日间运行时，平板集热器吸收阳光，将太阳辐射能转化为热能，并传递给炕体的流体通道中的工质水，被加热的水，带着有用的热能经过炕内回字形管道，从而加热炕体，多余的热能储存在夹层式相变储热水箱中，以备在连续阴雨天太阳能不充足的天气使用。同时太阳能电池利用光发生伏特反应，使光能转化为直流电，电能储存在储电箱中，直接为炕体的电层提供电能。

太阳能空气双源热泵装置主要由四大部分构成，即压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。其运行按照“逆卡诺”原理，通过蓄电池中电能的驱动，压缩机做工，压缩低温低压的厨房烟气，将之变成高温高压的气体排出，排出的高热量的厨房气体流经炕体下层，将热量传导到炕中。与此同时，空气在风扇的作用下流过蒸发器，热量被大量吸收，后变成低温冷气被排出。吸收了一定热量的低温厨房烟气将回流到压缩机，进入下一轮循环。

pvt热电双联供装置中的太阳能电池与储电箱连接的，中间连接光伏充电控制器，可以控制太阳能电池的输出电压，保护电池不被过充，同时，晚上太阳能电池不发电时，也防止储电箱的电倒流。连接方式如下：太阳能电池----光伏控制器---储电箱---电层材料。在太阳能给储电箱充电的同时，储电箱向外供电完全可行，在这样的情况下，负载使用的电力会优先直接使用太阳能电池的电，剩余的充到电池里；相反，若此太阳能电池的电量不够，会同时从储电箱内取电。

夹层式相变储热水箱包括一个或一个往上的整体呈矩形体结构的且呈直线排列并依次相连的储能单元，相邻的两个蓄能单元之间有通道，所述的蓄能单元包括壳体，在壳体内部设置的相变储能板组件，壳体上还设置有供水管接头，接头与壳体内腔导通连接。夹层式相变储热水箱与集热器以及太阳能空气双源热泵装置直接相连，用来储存多余的热量，夜间或阴天时，集热器收集的热量不足以使该系统运行，此时，夹层式相变储热水箱作为辅助热源释放储存的热量，加热炕体。

炕体的第一层电层材料选用镍铬合金，它是一种电热丝材质，强度较高，还具有较强的抗腐蚀性。该层的主要结构是将电层材料连接到基底布上，然后接好电源线，再将缝制好的发热元件与基底布用布料缝好，其中电层的电力来源于蓄电池储存的电能。储电箱中的电流流过被环绕成环形的镍铬合金时，由于镍铬合金电阻率大、电阻温度系数小、在高温下变形小且不易脆化，所以镍铬合金会产生大量的焦耳热，镍铬合金温度迅速升高，通过辐射、对流和传导等方式传到炕体，达到加热炕体目的。

炕体的第二层相变储能层采用熔点在50～80摄氏度的蓄热相变材料。相变层的合适温度在30-40摄氏度，选用材料的熔点肯定要高于这个温度，优选的相变层材料采用石蜡。由于炕板有一定厚度，且不断向室内散热，所以添加一层相变层可以使温度更加稳定在使人体舒适的范围内。经查阅资料，相变层温度在30-40摄氏度比较合适，综合考虑储热性能、物理化学性质，选用石蜡作为储热材料。为增强石蜡的导热性，还可加入高热导率材料如铜粉、石墨粉等来提高传热性能。添加相变层石蜡层使炕面温度分布更加均匀，保温性能更加良好。日间炕体获得较多热量时，石蜡存储部分热量以供炕体夜间使用。夜晚太阳能空气双源热泵工作效率降低，相变材料石蜡缓慢释放潜热来维持恒定的炕面温度。另外，相变层还起到保护的作用，当炕面温度过高时，相变层可以吸收热量，避免温度直接接触人体，对人体造成伤害。

在炕体的第三层水层上铺设吸音层。回字型管道内水流经过时会有噪音，影响室内的环境。在水层上方添加吸音材料可减小噪音。选用吸音棉，该材料防水防潮，透气性良好，且极易加工，可以有效阻隔噪音。

炕体水层铺设蛇型管道，用于流通通过pvt热电联供装置和太阳能空气双源热泵装置加热的热水，供给炕体加热。

炕体的烟气层铺设导热性能较好的烟气管道，优选的为回字形烟气管道8；厨房中的烟气通过管道进入该层，对炕体加热。烟气中剩余的热量再次经过管道排出，并且导入空气源热泵，作为空气源热泵的低温热源再次被利用。所述炕体中水层和烟气层的蛇形管道和回字形管道形状叠加，形成热量的优势互补，使得热量传输给炕体时更加均匀，有效地改善了传统炕体热量分布不均匀的现象，给人们带来更大的舒适体验。

炕体的底层铺设保温层，保温层材料使用内墙玻璃纤维棉，它是一种以玻璃球为主原料，经高温熔制、拉丝、织布等工艺制作而成，具有很好的保温效果，可以防止炕体的表面温度散失过快，使炕体稳定在一个适宜的温度上。

本发明的有益效果：利用多工质作为热源加热炕体，供热储热相结合，炕体能够通过智能调节，使得炕面温度保持在适宜人体的范围之内，有效解决了传统家用的系统性能不稳定、间歇性、不均匀的特点。炕体实现多热源联供加热系统，能源互补利用，充分实现了节能环保的设计理念。另外保温层使得炕面温度更持久，吸引层有效阻隔噪音，给室内提供更加舒适良好的生活环境。

附图说明

图1为一种多能源联供智能均匀调节炕体系统示意图。

图2为炕体的水层与烟气层结构分解示意图，其中(a)为侧面图，(b)为蛇形管道示意图，(c)为回字形管道示意图。

图3为夹层式相变储热水箱结构示意图。

图中：1pvt热电联供装置；2太阳能空气双源热泵装置；3储电箱；4夹层式相变储热水箱；5镍铬合金；6石蜡；7蛇形管道；8回字形烟气管道；9吸音棉；10内墙玻璃纤维棉；11进水管；12电热加热器；13出水管；14换热夹套腔；15储热夹套腔；16保温外壳；17金属储水内胆；18喷淋装置；19进水口；20出水口；21过滤装置。

具体实施方式

本发明是一种多能源联供智能均匀调节炕体系统，该系统包括pvt热电联供装置1，太阳能空气双源热泵装置2，储电箱3，夹层式相变储热水箱4，由镍铬合金5制成的第一层电层炕面，由石蜡6制成的第二层相变层，由蛇形管道7铺设的第三层水层，由回字形烟气管道8铺设的第四层烟气层，水层和相变层之间铺设吸音棉9，基层铺设内墙玻璃纤维棉10。

pvt热电联供装置包括集热模块和发电模块，所述集热模块包括真空管，集管和保温盒，集管内走水，加热系统与循环系统独立分隔，整个系统全部为金属连接，运行稳定可靠，每支热管真空管的冷凝端通过导热块导热，将热量传递给集管，被加热的工质(水)经过集管时，把热量带走。系统在工作时真空管的冷凝端与导热块是刚性连接，被加热物质不流经真空管，管子与介质互不干扰。pvt热电联供装置1表面涂有吸收体，白天吸收太阳光，将太阳辐射能转化为热能，并传递给炕体的流体通道中的工质水。pvt热电联供装置1中的太阳能电池利用光发生伏特反应，使光能转化为直流电。

pvt热电联供装置1中的太阳能电池与储电箱3连接，两者中间连接光伏充电控制器，用以保护电池。

太阳能空气双源热泵装置2经历压缩过程、冷凝过程、节流过程、蒸发过程，炕体烟气层的厨房余烟作为低温工质热源经过烟气管道被吸入压缩机，通过压缩机的压缩功能，将工质压缩成高压高温气体。从压缩机排出的高压高温工质被常温的自来水吸收热量而变成液态工质。把液化的工质送入热泵主机蒸发器之前，利用毛细管的压力差，使工质在保温水箱的冷凝器内冷凝降压。吸收热量后的高温自来水导入热泵第三层的蛇形管道7，对炕体进行加热。

夹层式相变储热水箱4与pvt热电联供装置1的集管以及太阳能空气双源热泵装置2的水箱直接相连，通过管道接入炕体第三层的蛇形管道7，用以当pvt热电联供装置1及太阳能空气双源热泵装置2不足以对炕面加热时作为补充热源。夹层式相变储热水箱的金属储水内胆17底部插入进水管11和出水管13，并装有电热加热器12，外部包围保温外壳16，内胆17的胆壁中上部具有金属夹层形成的储热夹套腔15，同时外壁自下而上环绕内壁形成金属夹层的换热夹套腔14，换热夹套腔14具有分别位于其底部和顶部的换热介质进、出口。

炕体系统第一层的电层材料使用镍铬合金5，通过电路与蓄电池3接通，蓄电池3作为整个系统的供电系统。

炕体系统的第二层相变层材料使用石蜡6，利用其固定的储热性能和导热性能，为了更好的提高导热性，在石蜡6上覆盖高热导率材料如铜粉、石墨粉等来提高传热性能。

炕体系统的第三层水层铺设蛇形管道7，双回型管道接通太阳能空气双源热泵装置的保温水箱和pvt热电联供装置的集管。管道内走水，为了防止噪音，在水层上方铺设一层吸音棉9，有效阻隔噪音，给室内营造良好的环境。

均匀炕装置的第四层烟气层铺设回字形烟气管道8，回字形烟气管道8接通厨房的吸烟机管道，烟气管道8内的高温厨房烟气在炕体循环将热量传递给炕面之后通过管道流出进入与之接通的太阳能空气双源热泵装置2的压缩机，作为太阳能空气双源热泵装置2工作的低温热源。

均匀炕装置的基层为保温层，保温材料使用内墙玻璃纤维棉10。

均匀炕装置的烟气管道和水管道之间安装一个喷淋装置18，烟气管道中流出的烟气含有很多颗粒物杂质，如果直接流入太阳能空气双源热泵装置2作为它的低温热源的话会对装置造成损害，用水管中的水直接对烟气进行喷淋，可以有效的减少颗粒物，起到保护装置的作用。