蓄热式水循环电采暖系统的制作方法

本发明涉及一种户用的蓄热式水循环采暖系统，尤其涉及一种利用电力蓄热且可智能调温的采暖系统。

背景技术：

随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，人们对高品质生活环境的追求也越来越高。在户用采暖领域，传统的采暖方式是利用煤炭进行取暖，农村的散煤取暖方式污染环境，因此亟需用天然气和电能等清洁能源取代。然而，天然气依赖化石等不可再生能源，在农村铺设天然气管道受很多因素的限制，其使用成本反而比燃煤要高得多，在农村的现实可行性低。

目前，电采暖广泛采用空气能热泵，其一次性投资大，设备维护费用高，运行费用受气候、安装场地、散热器形式、运行管理模式的影响较大。现有的蓄热电暖器大多只能维持数小时的供热，全天室内温度波动大，采暖舒适性差，属过渡性产品。

我国的电力建设发展迅猛，风电、光电、水电、核电在电网中的比重越来越大，使电网的负荷峰谷差值越来越突出，出现了弃风、弃光、弃水、弃核等现象，导致经济损失巨大，所以需要消纳这部分过剩电能。电能替代对新技术的需求，电网对剩余电能消纳的需求，以及冬季热电联产供热导致电能过剩进一步加剧，使得低成本的经济型蓄热式水循环电采暖系统(也即充分利用电网过剩电能进行采暖的系统)的推广具有重要价值和意义。

这些价值和意义体现在：一方面，对于需求侧的采暖用户，可降低采暖设备的投资，降低采暖费用，全自动运行，采暖清洁可靠；对于供给侧的发电企业，可提高发电效率，增加企业收入。另一方面，对于国家的电网，由于错峰用电，可提高电网的利用率，降低电网投资；对于环境，由于采用清洁能源，可改善生态环境。

因此，低成本的经济型蓄热式水循环电采暖系统在采暖领域中具有较强的应用前景和较高的实用价值。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种蓄热式水循环电采暖系统，以提高电能利用效率，降低采暖设备的投资和采暖运行费用。

为实现上述目的，本发明的蓄热式水循环电采暖系统的具体技术方案如下：

一种蓄热式水循环电采暖系统，包括：蓄能装置，具有出水口和回水口，用于加热并储存换热介质；散热器，具有进水口和出水口，散热器的出水口与蓄能装置的回水口相连；自动调温阀，连接在蓄能装置的出水口与散热器的进水口之间，用于调节进入散热器的换热介质的温度；其中，蓄能装置出水口流出的高温换热介质可流入自动调温阀中进行调温后进入散热器，高温换热介质在散热器中散热后形成低温换热介质并从散热器的出水口流回到蓄能装置中，以完成循环流动并为用户供暖。

进一步，蓄能装置的出水口设置在上部，蓄能装置的回水口设置在下部，蓄能装置的出水口处设置有上布水器，回水口处设置有下布水器，上布水器和下布水器可使换热介质平稳流入或流出蓄能装置，以使蓄能装置上方的高温换热介质与下方的低温换热介质分离，并在高温换热介质与低温换热介质之间形成斜温层。

进一步，蓄能装置的内部设有电加热器和限温器，电加热器靠近蓄能装置的回水口设置，以加热下方的低温换热介质，限温器靠近蓄能装置的回水口设置，限温器可控制接通或断开电加热器以控制低温换热介质的加热温度。

进一步，蓄能装置内还设置有水温传感器，水温传感器靠近蓄能装置的出水口设置，以测量蓄能装置出水口处高温换热介质的温度。

进一步，自动调温阀包括进水口，出水口以及回水口，自动调温阀的进水口通过连接管道与蓄能装置的出水口相连，自动调温阀的出水口通过连接管道与散热器的进水口相连，散热器的出水口通过连接管道与自动调温阀的回水口以及蓄能装置的回水口相连，从散热器出水口流出的部分低温换热介质通过自动调温阀的回水口流入自动调温阀中，并且与通过自动调温阀的进水口流入的高温换热介质混合后再次流入散热器。

进一步，自动调温阀为自动恒温阀。

进一步，自动调温阀设置在智能调温箱内，自动调温阀的出水口和回水口处设置有温度表，以测量自动调温阀的出水口和回水口处的换热介质的温度。

进一步，自动调温阀上设有调节旋钮，转动调节旋钮可调节自动调温阀的进水口和回水口液体流量比，以调节混合换热介质的温度。

进一步，智能调温箱包括电控室，电控室内设置有断路器、接触器、智能控制器，智能控制器与断路器、接触器以及限温器相连，智能控制器可对断路器、接触器以及限温器进行控制以接通和断开工作电路。

进一步，智能调温箱还包括智能调温室，自动调温阀以及自动调温阀的出水口和回水口处设置的温度表集成设置在智能调温室内。

本发明的蓄热式水循环电采暖系统主要具有以下优点：

1)蓄能装置下部设有机械式限温器，可防止温控系统故障时可能出现的蓄能装置内部温度失控。

2)蓄能装置上部设有温控器或温度传感器，通过检测水温判断蓄热量，控制电加热器的运行。

3)蓄能装置的进出水口均设有内部水流扩散器，减少进出水水流对蓄能装置内部斜温层的扰动。

4)蓄能装置出水管路上设有自力式恒温阀，可自动调节和稳定进入换热器的水温，满足不同用户的需求。

由此，本发明的蓄热式水循环电采暖系统可根据天气温度、电网要求、剩余热量进行计划性蓄热和智能蓄热，同时可根据室内温度、室外温度变化进行合理用热、智能用热以节约电能。

附图说明

图1为本发明的蓄热式水循环电采暖系统的结构示意图；

图2为本发明的蓄热式水循环电采暖系统的工作原理图。

附图标记为：1-蓄能装置 2-智能调温箱 3-温控阀 4-散热器 5-补水箱 6-自动调温阀 7-循环水泵 8-排气阀 9-上扩散器 10-下扩散器 11-限温器 12-温度传感器 13-电加热器 14-回水水温表 15-出水水温表

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的蓄热式水循环电采暖系统做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的蓄热式水循环电采暖系统包括蓄能装置1，自动调温阀6以及散热器4，其中蓄能装置1的上部(例如上部侧壁上)具有出水口，下部(例如下部侧壁上)具有回水口，蓄能装置1上部的出水口通过管道与自动调温阀6的一端相连，自动调温阀6的另一端通过管道与散热器4的一端(如进水口)相连，散热器4的另一端(如出水口)通过管道与蓄能装置1下部的回水口相连。

由此，经蓄能装置1加热储存的高温换热介质进入自动调温阀6中，高温换热介质在自动调温阀6中经温度调节后进入散热器4中进行散热，以为用户供暖，供暖过程中，高温换热介质经散热器4散热后温度降低变成低温换热介质，低温换热介质通过管道流回到蓄能装置1中重新加热进入下一循环。

散热器4可以户用的地暖或者暖气片，以及其他常用采暖设备，散热器4为多个，多个散热器4彼此并联连接，多个散热器4的出水口通过管道与蓄能装置1下部的回水口相连。

如图2所示，蓄能装置1为带有外保温层的存储液体物质的罐状容器，蓄能装置1的内部设有用于加换热介质体的电加热器13，用于监控水温的水温传感器12，以及用于控制水温的限温器11。其中，电加热器13包括但不限于金属管状电加热器或陶瓷电加热器，电加热器13靠近回水口设置以加热蓄能装置1回水口处的回流低温换热介质，限温器11也靠近回水口设置，以监控回水口处加热的换热介质水温，当换热介质被加热到超过设定的温度值时(例如80℃)，限温器11可控制断开电加热器13，当换热介质温度不足设定的温度值时，限温器11可控制接通电加热器13。水温传感器12靠近出水口设置，以方便用户读取蓄能装置1的出水口处高温换热介质的水温。

蓄能装置1的出水口处设置有上布水器9，回水口处设置有下布水器10，上布水器9和下布水器10的结构形式包括但不限于穿孔管布水器、条缝管布水器、装有均流孔板的布水器。通过设置上布水器9和下布水器10，使得蓄能装置1的出水和回水平稳，水流流动过程中扰动很小，回水口处的低温水与上部的高温水混参率很低，高、低温水自然分层，形成斜温层。随着蓄能装置1下部低温回水的不断进行，上部高温水不断流出，下部低温水向上活塞状流动，斜温层不断抬高，直到上部高温水占用的空间被低温水全部置换。经过一个周期的循环后，蓄能装置1的电加热器再次加热，进入新一轮蓄热供热循环，优选地，蓄能装置1的储存热能和释放热能的周期与用户的采暖周期一致。

由此，蓄能装置1可在用电低谷时段(例如夜间)将过剩电能或高价电能转化为热量储存，在其他时段将储存的热量释放以为用户供暖，从而充分利用了过剩电能或低价电能，节约了用电成本。

再次参见图2，自动调温阀6为三通结构，包括进水口，出水口以及回水口，自动调温阀6的进水口通过管道与蓄能装置1的出水口相连，自动调温阀6的出水口通过管道与散热器4的进水口相连，从蓄能装置1的出水口流出的高温换热介质可通过自动调温阀6的进水口和出水口进入散热器4。自动调温阀6的回水口通过管道与散热器4的低温出水口相连，从散热器4的出水口流出的低温换热介质一部分通过蓄能装置1的回水口直接流回，另一部分通过自动调温阀6的回水口流入自动调温阀6中，并与从自动调温阀6的进水口流入的高温换热介质混合后通过自动调温阀6的出水口流入散热器4。

自动调温阀6与水泵7、自动排气阀8、回水温度表14、出水温度表15相连，如通过连接管道与这些部件相连。水泵7、自动排气阀8以及出水温度表15优选设置在自动调温阀6的出水口处的连接管道上，回水温度表14优选设置在自动调温阀6的回水口处的连接管道上。

自动调温阀6设置在智能调温箱2的内部，智能调温箱2包括上下两室，上部为电控室，下部为智能调温室。上部的电控室内安装有断路器、接触器、智能控制器(智能控制器例如可以是单片机或其他微控制单元)等电气元件，智能控制器与断路器、接触器以及限温器11相连并且对断路器、接触器以及限温器11进行控制，例如智能控制器通过控制断路器和接触器来接通和断开工作电路，使得各电气元件(如限温器11等)工作，自动调温阀6设置在下部的智能调温室内。

自动调温阀6、水泵7、自动排气阀8、回水温度表14、出水温度表15可以集成设置在智能调温室内。此外，水泵7、自动排气阀8、回水温度表14、出水温度表15也可设置在智能调温箱2外的连接管道上。

优选地，智能调温箱2内部的自动调温阀6具有调节旋钮，自动调温阀6的调节旋钮伸出智能调温箱2，操作人员可在智能调温箱2外手动设定自动调温阀6的进水口和回水口液体流量比，从而调节进入散热器4内的混合换热介质的温度。

应注意的是，调温阀6的三通结构中，进水口中的高温换热介质不能直接流到回水口，回水口中的低温换热介质不能直接流到进水口，进水口中的高温换热介质和回水口中低温换热介质都只能流动到出水口，进而高温换热介质和低温换热介质混合后流入到散热器4中散热。

自动调温阀6优选为自力式温控阀或自动恒温阀，自动恒温阀可依靠感温传感器内感温材料的膨胀力来驱动阀门启闭，从而调节进入阀门的冷、热流体流量，进而达到控制流体出口温度的目的。自动恒温阀是一种不需外接能源，而由热敏元件吸收流体的热量并转换为机械能，使执行机构按一定的调节规律工作的自动温度控制器。

进一步，在蓄能装置1与自动调温阀6之间的连接管道上设置有补水箱5，以为蓄热式水循环电采暖系统补充水。散热器4上设置有温控阀3，以控制进入散热器4中的高温换热介质的温度。

下面简要描述本发明的蓄热式水循环电采暖系统的工作过程：

目前，我国大部分地区供电的峰谷时段一般为，峰段8小时、平段8小时、谷段8小时，其中谷段电价为平段电价的50％，峰段电价为平段电价的150％。在各种电采暖方式中，本发明的蓄热式水循环电采暖系统是比较经济的，并且由于其可全自动运行，使用成本也比较低，尤其在我国北方寒冷地区，空气能热泵效率比较低，所以更适合本发明的应用。

蓄热式水循环电采暖系统的蓄热过程：在设定的蓄热时段内，智能控制器(或其他智能电气控制元件)通过启动位于蓄能装置1下部的电加热器13来加热蓄能装置1内的水(例如智能控制器可控制限温器以接通和断开电加热器的加热电路)，当位于蓄能装置1上部的温度传感器12检测到水温达到设定值(如85℃)时，由限温器11控制停止电加热器13的加热，当水温失控时，蓄能装置1下部安装的机械式限温器11动作，强行停止加热。在蓄热时段外，无论水温多低，电加热器13都停止加热。

蓄热式水循环电采暖系统的放热过程：由智能控制器启动水泵7，蓄能装置1内的高温换热介质(如水温85℃)，由上扩散器9流出，经过自动调温阀6并与散热器4出水口回流的低温换热介质(如水温40℃)混合，高温换热介质和低温换热介质在自动调温阀6的作用下自动调温，调温后的换热介质(如水温50℃)经水泵7、温控阀3、进入散热器4，经散热器4降温后，散热器4的回水(如水温40℃)分成两路，一路进入自动调温阀6与蓄能装置1中流出的高温换热介质混合，另一路进入蓄能装置1的下扩散器10，水流立刻变缓，流速极低，扰动很小，与上部换热介质混参率很低。回流的低温换热介质水温低，其密度大于蓄能装置1内上层的高温换热介质。高温换热介质和低温换热介质自然分层，形成斜温层，随着下部回水的不断进入，上部高温换热介质不断流出，下部低温冷水向上活塞状流动，斜温层不断抬高，直到将上部换热介质占用的空间全部置换。

本发明中，智能控制器具有多段时钟设定功能，可设置谷电蓄热时段；在极寒天气，蓄能装置存储的热量不足时，可设定平电时段启动电加热器补热。因此，智能控制器具有蓄热温度控制功能，可根据不同气候设定蓄热温度，调节蓄热量，达到节约能源的目的。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。