一种谷电蓄能热水锅炉的制作方法

1.本实用新型属于蓄能设备技术领域，具体涉及一种谷电蓄能热水锅炉。


背景技术：

2.谷电蓄热供暖技术既能够消纳风电降低弃风率，响应火电灵活性改造政策，实现电网削峰填谷，同时能够满足北方地区的供暖需求，在相关财政政策的支持下具有良好的市场前景和可观的经济性。
3.谷电蓄能热水锅炉是专门为谷电蓄热供热开发的，锅炉内置相变蓄能柱与电热元件。蓄能柱装有高贮能密度的相变蓄能材料，蓄能柱外为热水。内置的电热元件可直接加热水，当热水温度升高时，蓄能柱吸收热水热量并大量储能，当谷电时段结束热水温度降低时，蓄能柱向热水供热释放热量，保持水温。锅炉可满水与供热管道连接带压运行，无需液位、增压控制。谷电蓄能锅炉为谷电蓄热供热实现模块化、工程化、智慧化奠定了产品基础。
4.如今有许多地方用到供热，如北方冬季使用燃煤锅炉给居民供热，燃煤锅炉产生大量废气，造成雾霾，污染环境，电采暖具有使用便捷、热效率高、可控性强等优点，但利用电直接制热采暖会加大电网峰值，影响电网运行安全。因此，有必要将电采暖与蓄热技术相结合，利用晚上的谷电加热热水锅炉，并储存起来供白天所需，以便解决能量用户端和供给端在时间和数量上不匹配的问题。
5.实用新型专利201922401510.0披露一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，其包括相变蓄热模块，相变蓄热模块为双通道相变蓄热模块；相变蓄热模块与蒸发器构成回路，蒸发器与冷凝器构成回路，冷凝器上分别连有采暖回水管路和采暖供水管路；其中，各个回路的连接管路上均设置有控制所在管路通断的阀门。
6.发明专利申请202011404991.1披露一种谷电蓄热蒸汽锅炉系统，按照水流方向依次安装进水管上的水处理系统、水处理供水泵、软化水箱、供软化水泵、液位器和进水管路电动阀，所述进水管路电动阀通过电蒸汽锅炉与汽液相变蒸汽蓄热罐连接，所述汽液相变蒸汽蓄热罐与电蒸汽锅炉连接端设有汽液转换装置，所述汽液相变蒸汽蓄热罐左上端安装有供汽管道，按照供汽方向依次安装在供汽管道上的有供汽逆止阀和供汽汽动阀，所述汽液相变蒸汽蓄热罐右上端安装有控制器，所述汽液相变蒸汽蓄热罐底端安装有排污管道，所述排污管道上安装有排污电动阀。
7.虽然上述现有技术也是采用谷电蓄热进行供暖，但大多需要进行增压控制，从而使得装置组成过于复杂。


技术实现要素：

8.为弥补上述领域存在的不足，本实用新型提供一种谷电蓄能热水锅炉，谷电蓄能热水锅炉结构设计具备承压能力，用谷电低电价时段的电能转化为热能，同时将部分能量储存在高密度相变蓄能材料中，当谷电时段结束热水温度降低时，相变蓄能材料向热水释放热量大量潜热，保持水温。锅炉可满水与供热管道连接带压运行，无需液位、增压控制。
9.本实用新型请求保护的技术方案如下：
10.一种谷电蓄能热水锅炉，其特征在于，包括：加热室和蓄热室；蓄热室位于加热室上部；蓄热室内设有若干根相变蓄能柱；所述相变蓄能柱内设有相变材料；加热室内设有电加热器；电加热器通过线路与电网相连；加热室与蓄热室之间设有多孔固定件将二者分隔开；所述若干根相变蓄能柱可固定于多孔固定件上。
11.所述蓄热室顶部和加热室底部也设有多孔固定件；
12.优选地，所述多孔固定件的孔的形状大小与相变蓄能柱的形状大小相适配；
13.优选地，所述多孔固定件选自多孔板、管板、管板法兰；多孔固定件优选管板；
14.所述蓄热室内的部分相变蓄能柱经多孔固定件伸入加热室内；
15.优选地，所述加热室内的电加热器与加热室的室壁之间具有空间，伸入加热室内的相变蓄能柱设置在该空间内；
16.优选地，所述电加热器横向设置在加热室内；加热器一端固定于加热室的侧壁上，另一端设于加热室内所述电加热器优选为不锈钢u型管电加热器。
17.优选地，蓄热室和加热室之间的多孔固定件为中间管板；
18.优选地，伸入加热室内的相变蓄能柱顶端固定于蓄热室顶部管板的孔内，底端穿过中间管板的孔并固定于加热室底部管板的孔内；
19.优选地，蓄热室内的相变蓄能柱顶端固定于蓄热室顶部管板的孔内，底端固定于中间管板的孔内。
20.所述的一种谷电蓄能热水锅炉还包括锅炉壳体；
21.蓄热室和加热室的室壁形成所述锅炉壳体；
22.优选地，所述锅炉壳体的外壁和内壁之间设有保温棉。
23.所述锅炉壳体上开设有进水口、出水口、排水口、温度计接口、放气孔、检查孔；
24.优选地，所述放气孔设置在位于蓄热室顶部的锅炉壳体上；
25.优选地，温度计接口、进水口、出水口、检查孔设置在位于蓄热室侧壁的锅炉壳体上；优选地，排水口设置在位于加热室底部的锅炉壳体上。
26.进水口、出水口、排水口、温度计接口、放气孔、检查孔上均可设置密封件。
27.锅炉内壁的上部和/或下部、或外壁的上部和/或下部处设有伸出锅炉外壁的吊耳。
28.所述的一种谷电蓄能热水锅炉为圆筒结构。
29.所述的一种谷电蓄能热水锅炉还包括：控制器、电网开关；控制器通过线路分别与锅炉的加热室内的电加热器、以及电网相连。
30.所述相变材料选自：ene pcm-56、hm-s59、fie-2。
31.本实用新型的目的是设计一种谷电蓄能热水锅炉，该锅炉取用谷电低电价时段的电能转化为热能，同时将部分能量储存在高密度相变蓄能材料中，当谷电时段结束热水温度降低时，相变蓄能材料向热水释放热量大量潜热，保持水温。锅炉可满水与供热管道连接带压运行，无需液位、增压控制。本实用新型的具有承压能力的谷电蓄能热水锅炉结构设计是本实用新型的核心保护点。
32.锅炉内的相变蓄能柱，不仅提升锅炉的吸热效率，而且可满足在谷电不足时，稳定热能的输出,消除谷电不稳定影响,大大延长谷电的供热时间，真正实现了小体积、大容量。
33.本实用新型的谷电蓄能热水锅炉具有如下优势：
34.1.国内城市峰谷电价比值达3～5倍，如果电锅炉蓄热能力可满足峰电时期热负荷需求，利用谷电低电价采暖将大大节约采暖成本。
35.2.充分利用相变蓄热材料潜热，储能密度高，可在谷电不足时，保证热量的持久输出。
36.3.相变蓄能柱紧凑合理的布置，锅炉蓄能密度高，真正实现了小体积、大容量。
37.4.相变蓄能柱的两端伸出管板外，可防止蓄能材料的泄漏污染水质，同时方便蓄热材料的更换。
38.本实用新型的谷电蓄能热水锅炉的蓄热放热过程如下：谷电蓄能热水锅炉是专门为谷电蓄热供热开发的，锅炉内置相变蓄能柱与电热元件。蓄能柱装有高贮能密度的相变蓄能材料，蓄能柱外为热水。内置的电热元件可直接加热水，当热水温度升高时，蓄能柱吸收热水热量并大量储能，当谷电时段结束热水温度降低时，蓄能柱向热水供热释放热量，保持水温。锅炉可满水与供热管道连接带压运行，无需液位、增压控制。谷电蓄能锅炉为谷电蓄热供热实现模块化、工程化、智慧化奠定了产品基础。
39.本实用新型的蓄热放热设备的创新点在于，充分利用相变蓄热材料潜热，储能密度高，可在谷电不足时，保证热量的持久输出，相变蓄能柱紧凑合理的布置，锅炉蓄能密度高，真正实现了小体积、大容量，相变蓄能柱的两端伸出管板外，可防止蓄能材料的泄漏污染水质，同时方便蓄热材料的更换。国内城市峰谷电价比值达3～5倍，如果电锅炉蓄热能力可满足峰电时期热负荷需求，利用谷电低电价采暖将大大节约采暖成本。
附图说明
40.图1为本实用新型的一个实施例提供的一种谷电蓄能热水锅炉内部结构示意图。
41.图2为本实用新型的另一个实施例提供的一种谷电蓄能热水锅炉内部结构示意图。
42.图3为本实用新型的一个实施例提供的一种谷电蓄能热水锅炉的顶部结构示意图。
43.图中标记列示如下：1-锅炉壳体、2-电加热器、3-上管板(蓄热腔顶部管板)、4-中间网格板(中间管板)、5-下管板(加热腔底部管板)、6-相变蓄能柱、7-进水口、8-出水口、9-排水口、10-温度计接口、11-放气孔、12-吊耳、13-检查孔、14-保温棉。
具体实施方式
44.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，需要理解的是，下述实施例仅作为解释和说明，不以任何方式限制本实用新型的范围。
45.本实用新型提供一种谷电蓄能热水锅炉。本实用新型所有的实施例都具备如下共同特征：如图1、图2所示，所述谷电蓄能热水锅炉包括：加热室和蓄热室；蓄热室位于加热室上部；蓄热室内设有若干根相变蓄能柱；所述相变蓄能柱内设有相变材料；加热室内设有电加热器；电加热器通过线路与电网相连；加热室与蓄热室之间设有多孔固定件将二者分隔开；所述若干根相变蓄能柱可固定于多孔固定件上。
46.加热器设在下面的原因是水在加热过程中，被加热后的热水密度比冷水小，热水
向上移动，冷水向下移动，冷热水不断循环，靠水的密度差形成对流，强化热交换过程，最终锅炉内的上下水温可基本一致。如果加热器设在上部无法利用水的密度差实现对流换热，底部冷水难以上游，导致锅炉内上下水温差别较大。
47.在进一步的实施例中，所述蓄热室顶部和加热室底部也设有多孔固定件；
48.优选地，所述多孔固定件的孔的形状大小与相变蓄能柱的形状大小相适配；
49.优选地，所述多孔固定件选自多孔板、管板、管板法兰；多孔固定件优选管板；
50.在一些实施例中，所述蓄热室内的部分相变蓄能柱经多孔固定件伸入加热室内；
51.优选地，所述加热室内的电加热器与加热室的室壁之间具有空间，伸入加热室内的相变蓄能柱设置在该空间内；
52.优选地，所述电加热器横向设置在加热室内；加热器一端固定于加热室的侧壁上，另一端设于加热室内，在一些实施例中，可根据电加热器的大小及锅炉内部空间，在加热室内设置电加热器支架以支撑加热器的另一端；
53.在另一些实施例中，如图1所示，加热器2的一端包括电加热器接线盒及电加热器安装法兰，它们穿过锅炉壳体上并从壳体外壁凸出来，同时通过安装法兰与锅炉壳体密封连接；凸出来的接线盒下部伸出电加热器接线头，用于与线路连接。
54.在一些具体的实施例中，所述电加热器为不锈钢u型管电加热器。不锈钢u型管电加热器又称不锈钢电加热管，为本领域常见的电加热器，通常可商购获得，本领域技术人员可根据实际需要选择、购买或定制合适的不锈钢u型管电加热器，例如，可以选用：品牌：阙磐洛，商品名称：dn40水箱锅炉电加热管一寸半电热管空气能锅炉电加热棒220 380不锈钢220v 12kw商品编号：10029625210693。
55.优选地，蓄热室和加热室之间的多孔固定件为中间管板；
56.优选地，伸入加热室内的相变蓄能柱顶端固定于蓄热室顶部管板的孔内，底端穿过中间管板的孔并固定于加热室底部管板的孔内；
57.优选地，蓄热室内的相变蓄能柱顶端固定于蓄热室顶部管板的孔内，底端固定于中间管板的孔内。
58.在进一步的实施例中，所述的一种谷电蓄能热水锅炉还包括锅炉壳体；
59.蓄热室和加热室的室壁形成所述锅炉壳体；
60.优选地，所述锅炉壳体包括保温棉。
61.在具体的实施例中，所述锅炉壳体上开设有进水口、出水口、排水口、温度计接口、放气孔；
62.优选地，所述放气孔设置在位于蓄热室顶部的锅炉壳体上；放气孔放置在锅炉顶端的目的是锅炉在加水的过程中，放气孔要保持打开状态排出炉内空气，锅炉满水后关闭放气阀。
63.优选地，温度计接口、进水口、出水口设置在位于蓄热室侧壁的锅炉壳体上；在一些实施例中，如图1所示，进水口位于出水口的上部，在实际生产应用中，进水口、出水口位置无特别限制，根据实际需求确定位置即可。
64.优选地，排水口设置在位于加热室底部的锅炉壳体上，可使废水排放得更干净。
65.在具体的实施例中，进水口、出水口、排水口、温度计接口、放气孔、检查孔上均可设置密封件，用于封住各开口/孔以确保整个锅炉的密封性和保温性。所述密封件为本领域
常见的密封件，例如，可以是密封盖、密封塞、密封阀门、密封法兰等。如图1-3所示，检查孔13上的密封件为密封法兰。
66.在优选的实施例中，锅炉内壁的上部和/或下部、或外壁的上部和/或下部处设有伸出锅炉外壁的吊耳，可用于将整个锅炉吊起悬挂式安装。
67.在具体的实施例中，锅炉为圆筒结构。
68.在更进一步的实施例中，所述的一种谷电蓄能热水锅炉还包括：控制器、电网开关；控制器通过线路分别与锅炉的加热室内的电加热器、以及电网相连。
69.可利用控制器通过人工预设谷电时段的时间做为触发条件，当谷电时段的起点时间到达时，触发控制器控制加热器启动对锅炉内的水加热，此时的加热器的加热利用的电能是电网在谷电时段的电；水加热后向相变蓄能柱内的相变材料传热并将热量储蓄在相变材料中；当谷电时段的结束时间到达时，触发控制器控制加热器停止对锅炉内的水加热；此时为电网的峰电时段，锅炉可通过相变蓄能柱内的相变材料储蓄的热量散热给锅炉内的水，形成热水排出锅炉使用。
70.在一些实施例中，所述相变材料选自市售常见的相变材料，例如，深圳市爱能森储能技术创新有限公司生产的型号为ene pcm-56的相变材料、贺迈新能源科技(上海)有限公司生产的型号为hm-s59的相变材料、傅里叶新能源(常州)有限公司生产的型号为fie-2的相变材料。
71.所述谷电蓄能热水锅炉包括:锅炉壳体、锅炉壳体内部上壁和下壁分别设置上管板3与下管板5，其特征在于，上管板3与下管板5之间设置有若干相变蓄能柱6和中间网格板4,中间网格板4及下管板5中间设置电加热器2，相变蓄能柱6两端伸出管板外。
72.根据锅炉设计压力，经强度计算确定锅炉壳体材质及壁厚，保证锅炉壳体可承压满水运行，不需考虑液位、增压控制。同时，上下管板也需进行承压计算，不仅具有支撑相变蓄能柱的作用，同时可使锅炉保持承压密封性。上下支撑管板需进行强度计算，不仅具有支撑相变蓄能柱的作用，同时可使锅炉保持承压密封性。
73.同时更加紧凑的蓄能材料占用空间使锅炉储存更多的能量，而且可保证下支撑管板有足够的支撑，强化了下支撑管板的强度。
74.在具体的实施例中，如图1、图2所示，相邻的两个相变蓄能柱间距可根据《中华人民共和国国家标准：锅壳锅炉(gb/t 16508.1-16508.8-2013)》一书中的相关标准，再基于本实用新型锅炉的整体规格大小、锅炉内蓄能柱的直径、管板材质、厚度、炉内压力进行计算。例如，当相变蓄能柱直径为89-127mm、管板材质为q235钢或q245r钢、管板厚度为12-20mm、炉内压力为0.4-0.6mpa时，相变蓄能柱间距可以设置为120-190mm。相变蓄能柱有长短两种类型，较短的相变蓄能柱通过中间支撑板进行支撑，且中间支撑管板留有足够大的流通面积，使热水可在锅炉内自由循环，为电加热器提供安装空间。锅炉内的相变蓄能柱，不仅提升锅炉的吸热效率，而且可满足在谷电不足时，稳定热能的输出，消除谷电不稳定影响,大大延长谷电的供热时间，真正实现了小体积、大容量。
75.电加热器2采用低热流密度加热系统，确保加热器运行时间更加长久。
76.在具体的实施例中，如图1、图2所示，所述锅炉壳体1右侧设有进水口7和出水口8。
77.在另一些实施例中，所述锅炉壳体1右侧设有排水口9。
78.在另一些实施例中，所述锅炉壳体1上方左侧设有放气孔11。
79.在另一些实施例中，所述锅炉壳体1左侧壁上还开设有温度计接口10。
80.在优选的实施例中，所述温度计接口上方还开设有吊耳a12，与之对齐的右侧壁设有吊耳b12，右侧壁下方设置吊耳c12。
81.在优选的实施例中，锅炉壳体外侧设有保温棉14，可防止热量流失，热损失最小化。
82.本实用新型为一种利用谷电供暖并具有蓄热功能的热水电锅炉装置。锅炉结构主要包括:锅炉壳体1、电加热器2、相变蓄能柱6、支撑管板(上管板3、下管板5)、进水口7、出水口8、排水口9、温度计接口10、放气孔11、吊耳12、检查孔13、锅炉外保温棉14。
83.根据锅炉设计压力，经强度计算确定锅炉外壳材质及壁厚,保证锅炉壳体可承压满水运行，不需考虑液位、增压控制。
84.电加热器采用低热流密度加热系统，确保加热器运行时间更加长久。
85.相变蓄能柱有长短两种类型，为电加热器提供安装空间，同时更加紧凑的蓄能材料占用空间使锅炉储存更多的能量，而且可保证下支撑管板5有足够的支撑，强化了下支撑管板5的强度。
86.中间支撑板4目的是支撑较短的相变蓄能柱6，且中间支撑管板留有足够大的流通面积，使热水可在锅炉内自由循环。
87.锅炉炉体外侧加厚保温棉14可防止热量流失，热损失最小化。