基于相变材料储能换热箱的电加热炉及温控系统的制作方法

本发明涉及供暖设备技术领域，特别是涉及一种基于相变材料储能换热箱的电加热炉及温控系统。

背景技术：

近年来，随着社会的快速发展，人类生活水平的不断提高，在我国北方城市，暖气集中供暖已经成为人们生活工作过程中非常普及的一项事，目前，传统的供暖主要采用的是煤炭供暖或者是电加热供暖，众所周知，煤炭供暖在一定程度上解决了供暖的问题，但是由于煤炭供暖会产生极大地环境危害，因此，近几年来，随着环境问题的日益严峻，电能供热逐渐取代了煤炭加热，由于各种原因(比如上班时间和休息时间)，电网中的电能耗电量是有很大差异性的，即电网中的电能存在峰值和谷值，众所周知，电加热器的功率一般比较高，如果在耗电高峰期使用电加热设备，将会给电网带来极大的负担，但是由于温度越寒冷，通过电网取电进而进行加热取暖的设备就更多，电网中的电能更加紧张，所以，设计开发一种能够在谷电时刻(即电网中的电能需求少时，电网中的电能富裕)，提前进行电能加热，随后将热能进行储存，当峰电时刻(即电网中的电能需求多时，电网中的电能紧张时)，停止从电网取电，利用存储的热能进行供暖。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于相变材料储能换热箱的电加热炉，用以弥补现有技术的不足。该基于相变材料储能换热箱的电加热炉将电加热与相变加热进行合理的搭配组合，在保证采暖需求的前提下，最大限度地节约了资源，保护了环境。

能够满足单独用户的需求，同时具有节能环保，结构简单，使用方便的特点。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种基于相变材料储能换热箱的电加热炉，至少包括：

密封腔体；所述密封腔体的内壁为内胆储料箱(3)，所述密封腔体的外壁为壳体(1)，所述壳体(1)和内胆储料箱(3)之间为保温层(2)；所述密封腔体的顶部开设有相变材料加料口(13)；

位于密封腔体内的电炉加热箱和相变材料储能换热箱；其中：

所述电炉加热箱包括介质油加热箱(16)和位于介质油加热箱(16)内的电加热器(18)、辅助加热器(17)，在所述介质油加热箱(16)上开设有介质油加入口(24)、介质油流出口A(19)、介质油回流口(23)；

所述相变材料储能换热箱包括采暖换热箱(27)和位于采暖换热箱(27)内的热交换管(32)，在所述采暖换热箱(27)上设有介质油进入管(33)、介质油流出口B(37)、换热器出水管(38)、换热器回水管(41)、换热器排气阀(42)；所述介质油进入管(33)通过热交换管(32)与介质油流出口B(37)连通；所述换热器出水管(38)穿出密封腔体与供暖用的连接管D(43)入口连接；所述换热器回水管(41)穿出密封腔体与连接管D(43)出口连接；在所述连接管D(43)上安装有循环泵(40)；所述介质油流出口B(37)通过管道与介质油回流口(23)连接；所述介质油流出口A(19)通过输油管路与介质油进入管(33)连接。

进一步：所述密封腔体内竖直方向上设置有储料箱隔板A(4)和储料箱隔板B(5)；所述储料箱隔板A(4)和储料箱隔板B(5)将密封腔体分割为介质油换热箱A(6)、介质油换热箱B(7)、相变材料储料箱(8)；所述相变材料加料口(13)位于相变材料储料箱(8)的顶部；其中：相变材料储料箱(8)位于介质油换热箱A(6)和介质油换热箱B(7)中间；所述电炉加热箱和相变材料储能换热箱均位于相变材料储料箱(8)内；所述相变材料储料箱(8)内设置有连通介质油换热箱A(6)和介质油换热箱B(7)的介质油换热管(9)；所述输油管路包括：用于将介质油流出口A(19)与介质油换热箱B(7)连通的第一连接管、以及用于将介质油换热箱A(6)与介质油进入管(33)连接的第二连接管。

更进一步：所述介质油换热管(9)由多根相互平行的直管组成。

更进一步：所述介质油换热管(9)为一根盘管。

更进一步：所述采暖换热箱(27)内竖直方向上设置有换热箱隔板A(28)和换热箱隔板B(29)；所述换热箱隔板A(28)和换热箱隔板B(29)将采暖换热箱(27)分割为介质油缓存箱A(30)、介质油缓存箱B(31)、储水箱(34)；所述储水箱(34)位于介质油缓存箱A(30)和介质油缓存箱B(31)中间；所述储水箱(34)内设置有连通介质油缓存箱A(30)和介质油缓存箱B(31)的热交换管(32)；所述介质油流出口B(37)位于介质油缓存箱A(30)的侧壁；所述换热器回水管(41)位于介质油缓存箱B(31)的侧壁；所述换热器出水管(38)位于储水箱(34)的底部。

更进一步：所述热交换管(32)由多根相互平行的直管组成。

更进一步：所述热交换管(32)为一根盘管。

一种基于相变材料储能换热箱的电加热炉的温控系统：包括：

用于检测相变材料储能换热箱内水温的水温探头(54)；

用于检测电炉加热箱内油温的油温探头(55)；

用于检测内胆储料箱(3)内相变物料温度的料温探头(56)；

用于检测室温的室温探头(60)；

用于控制电加热器(18)工作状态的油温控制器(57)；

用于控制辅助加热器(17)工作状态的料温控制器(59)；

用于控制介质油循环速率的水温控制器(52)；

用于控制水循环速率的室温控制器(53)；其中：

所述料温控制器(59)的I/O端口上分别电连接有峰电定时器(46)、辅助加热器(17)、料温探头(56)、料温显示器(48)；

所述油温控制器(57)的I/O端口上分别电连接有谷电定时器(47)、油温探头(55)、电加热器(18)、油温显示器(49)；

所述水温控制器(52)的I/O端口上分别电连接有水温探头(54)、连接于介质油进入管(33)处的流量油泵(35)、水温显示器(50)。

进一步，还包括：

用于保护油温探头(55)的油温保护管(62)；

用于保护水温探头(54)的水温保护管(64)；

用于保护料温探头(56)的料温保护管(63)。

进一步：所述相变材料加料口(13)上安装有加料口盖(14)；所述加料口盖(14)上开设有排气孔(15)。

更进一步：所述温控系统的电源为市电、太阳能发电装置、风力发电装置中的一种或多种；当所述电源包括市电、太阳能发电装置、风力发电装置时，

谷电为介质加热箱(16)加热的同时，太阳能发电装置、风力发电装置同时为介质加热箱(16)内的加热装置提供电能；或者太阳能集热管加热介质加热箱(16)内的介质油为储热材料蓄热，多余的热源直接或通过换热装置为用户提供生活热水。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本发明将电加热与相变加热进行合理的组合，本专利首先利用电加热器对谷电对电炉加热箱内的介质油进行加热，随后电炉加热箱内的介质油通过循环管路依次进入密封腔体和相变材料储能换热箱，介质油首先与密封腔体内的相变材料进行换热，随后与相变材料储能换热箱内的水进行换热，此时，热能被存储在相变材料和水中；相变材料储能换热箱内的水与外界的取暖设备之间设置水循环管路，热水通过水循环管路将热能供应给用户；当峰电出现时，电加热器停止工作，相变材料将存储的热能通过热交换的方式为相变材料储能换热箱内的水供热，此时，用户的供暖热能由相变材料提供。当相变材料存储的热能耗尽时，可以通过辅助加热器进行供热；本发明提供的电加热炉，能够很好地避开峰电时刻，一方面保护了电网的安全性，另外一方面也节约了成本。

附图说明

图1是本发明优选实施例的外形结构图；

图2是本发明优选实施例中密封腔体的一种优选结构；

图3是本发明优选实施例中相变材料储能换热箱的第一优选结构；

图4是本发明优选实施例中相变材料储能换热箱的第二优选结构；

图5是本发明优选实施例中相变材料储能换热箱的第三优选结构；

图6是本发明优选实施例中电炉加热箱的一种优选结构；

图7是本发明第一优选实施例的结构示意图；

图8是本发明第二优选实施例的结构示意图；

图9是本发明第三优选实施例的结构示意图；

图10是本发明第四优选实施例的结构示意图；

图11是本发明第五优选实施例的结构示意图；

图12是本发明优选实施例的电路图；

图中：1、壳体；2、保温层；3、内胆储料箱；4、储料箱隔板A；5、储料箱隔板B；6、介质油换热箱A；7、介质油换热箱B；8、相变材料储料箱；9、介质油换热管；10、介质油进入管A；11、介质油流出管；12、底座；13、相变材料加料口；14、加料口盖；15、排气孔；16、介质油加热箱；17、辅助加热器；18、电加热器；19、介质油流出口A；20、连接管A；21、循环油泵；22、连接管B；23、介质油回流口；24、介质油加入口；25、介质油加入盖；26、透气孔；27、采暖换热箱；28、换热箱隔板A；29、换热箱隔板B；30、介质油缓存箱A；31、介质油缓存箱B；32、热交换管；33、介质油进入管B；34、储水箱；35、流量油泵；36、连接管C；37、介质油流出口B；38、换热器出水管；39、循环泵进口；40、循环泵；41、换热器回水管；42、换热器排气阀；43、连接管D；44、连接管E；45、连接管F；46、峰电定时器；47、谷电定时器；48、料温显示器；49、油温显示器；50、水温显示器；51、室温显示器；52、水温控制器；53、室温控制器；54、水温探头；55、油温探头；56、料温探头；57、油温控制器；58、总电源开关；59、料温控制器；60、室温探头；61、电源指示灯；62、油温保护管；63、料温保护管；64、水温保护管；65、仓盖；66、散热口；67、支撑隔板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

第一优先实施例：请参阅图1、图6和图8，一种基于相变材料储能换热箱的电加热炉，包括：

密封腔体；所述密封腔体的内壁为内胆储料箱3，所述密封腔体的外壁为壳体1，所述壳体1和内胆储料箱3之间为保温层2；所述密封腔体的顶部开设有相变材料加料口13；密封腔体的顶部开设有添加相变材料用的仓盖65；密封腔体的侧壁开设有水泵散热用的散热口66；在本优选实施例中，相变材料选用的是中温相变储热材料，其由相变石蜡、增稠剂、成核剂、增强材料及导热剂组成，具有环保、无毒，循环稳定系佳、导热性强的优点。

位于密封腔体内的电炉加热箱和相变材料储能换热箱；其中：

所述电炉加热箱包括介质油加热箱16和位于介质油加热箱16内的电加热器18、辅助加热器17，在所述介质油加热箱16上开设有介质油加入口24、介质油流出口A19、介质油回流口23；介质油加入口24处安装有介质油加入盖25，介质油加入盖25上开设有透气孔26；所述介质油加热箱16的外壁和内壁之间设有保温层2；

所述相变材料储能换热箱包括采暖换热箱27和位于采暖换热箱27内的热交换管32，在所述采暖换热箱27上设有介质油进入管33、介质油流出口B37、换热器出水管38、换热器回水管41、换热器排气阀42；所述介质油进入管33通过热交换管32与介质油流出口B37连通；所述换热器出水管38穿出密封腔体与供暖用的连接管D43入口连接；所述换热器回水管41穿出密封腔体与连接管D43出口连接；在所述连接管D43上安装有循环泵40；所述介质油流出口B37通过管道与介质油回流口23连接；所述介质油流出口A19通过输油管路与介质油进入管33连接。

请参阅图8、采暖换热箱27内的热水依次通过换热器出水管38、连接管E44、循环泵40的循环泵进口39、循环泵40、连接管D43、外部取暖设备、换热器回水管41实现一个完整的供暖水循环；介质油加热箱16内的介质油依次通过介质油流出口A19、连接管A20、循环油泵21、连接管B22、介质油换热管9、连接管C36、流量油泵35、介质油进入管33、热交换管32、介质油流出口B37、连接管F45、介质油回流口23实现一个完整的介质油循环；

第二优先实施例：在第一优先实施例的基础上，请参阅图2、为了进一步增加换热保温的效果，密封腔体还采用了下面附加技术特征：所述密封腔体内竖直方向上设置有储料箱隔板A4和储料箱隔板B5；所述储料箱隔板A4和储料箱隔板B5将密封腔体分割为介质油换热箱A6、介质油换热箱B7、相变材料储料箱8；所述相变材料加料口13位于相变材料储料箱8的顶部；其中：相变材料储料箱8位于介质油换热箱A6和介质油换热箱B7中间；所述电炉加热箱和相变材料储能换热箱均位于相变材料储料箱8内；所述相变材料储料箱8内设置有连通介质油换热箱A6和介质油换热箱B7的介质油换热管9；所述输油管路包括：用于将介质油流出口A19与介质油换热箱B7连通的第一连接管、以及用于将介质油换热箱A6与介质油进入管33连接的第二连接管；在本优选实施例中，所述介质油换热箱B7的侧壁开设有介质油流出管11，在本优选实施例中，相变材料加料口13上安装有加料口盖14；所述加料口盖14上开设有排气孔15；密封腔体的底部安装有底座12；

第三优先实施例：在第一优先实施例或第二优选实施例的基础上：请参阅图3：为了进一步增加换热保温的效果，采暖换热箱27还采用了下面附加技术特征：所述采暖换热箱27内竖直方向上设置有换热箱隔板A28和换热箱隔板B29；所述换热箱隔板A28和换热箱隔板B29将采暖换热箱27分割为介质油缓存箱A30、介质油缓存箱B31、储水箱34；所述储水箱34位于介质油缓存箱A30和介质油缓存箱B31中间；所述储水箱34内设置有连通介质油缓存箱A30和介质油缓存箱B31的热交换管32；所述介质油流出口B37位于介质油缓存箱A30的侧壁；所述换热器回水管41位于介质油缓存箱B31的侧壁；所述换热器出水管38位于储水箱34的底部，换热器回水管41的一端与介质油缓存箱B31连通，换热器回水管41的另一端与外部取暖设备的出水管连通，换热器出水管38依次通过连接管E44、循环泵40的循环泵进口39、循环泵40、连接管D43与外部取暖设备的入水管连通；所述采暖换热箱27的外壁和内壁之间设有保温层2；

第四优先实施例：在第一优先实施例或第二优选实施例的基础上：请参阅图4：为了增加换热效率，采暖换热箱27中的热交换管32弯折为U形结构，同时将介质油加热箱中的辅助加热器17移装到采暖换热箱27内，这样即可增加U形管与介质油的换热路径。

第五优先实施例：在第四优选实施例的基础上：请参阅图5：为了便于热交换管32的拐弯，且分布均匀，在相邻两段介质油管之间设置有支撑隔板67，支撑隔板67的一端与采暖换热箱27的内壁固定连接。热交换管32盘管间镜向加热隔板67使采暖换热箱27内的水流与介质换热油承逆向流动以增强换热效果。

请参阅图11、采暖换热箱27内的热水依次通过换热器出水管38、连接管E44、循环泵40的循环泵进口39、循环泵40、连接管D43、外部取暖设备、换热器回水管41实现一个完整的供暖水循环；介质油加热箱16内的介质油依次通过介质油流出口A19、连接管A20、循环油泵21、连接管B22、介质油进入管A10、介质油换热箱B7、介质油换热管9、介质油换热箱A6、介质油流出管11、连接管C36、流量油泵35、介质油进入管33、热交换管32、连接管F45、介质油回流口23实现一个完整的介质油循环。

请参阅图2：所述介质油换热管9由多根相互平行的直管组成。如图2所示，多根直管为水平方向设置，此时每根直管随着传输距离的增加，热能损失量是一致的，所以该结构能够很好地保证每个竖直端面处温度的一致性；

请参阅图8：所述介质油换热管9为一根盘管或者U形管，该结构与上述直管相比较，一方面节约的管材，减少接口数量，即能够降低漏液的事故隐患；另外一方面由于热交换距离的增加，即可保证热交换的充分性，增加热交换的效率，即液体循环一周所能够热交换的能量越多。

请参阅图10：所述热交换管32由多根相互平行的直管组成。

请参阅图9和图11：所述热交换管32为一根盘管或者U形管。

请参阅图12，一种基于相变材料储能换热箱的电加热炉的温控系统：所述基于相变材料储能换热箱的电加热炉为上述优选实施例中的电加热炉；所述温控系统包括：

用于检测相变材料储能换热箱内水温的水温探头54；

用于检测电炉加热箱内油温的油温探头55；

用于检测内胆储料箱3内相变物料温度的料温探头56；

用于检测室温的室温探头60；

用于控制电加热器18工作状态的油温控制器57；

用于控制辅助加热器17工作状态的料温控制器59；

用于控制介质油循环速率的水温控制器52；

用于控制水循环速率的室温控制器53；其中：

所述料温控制器59的I/O端口上分别电连接有峰电定时器46、辅助加热器17、料温探头56、料温显示器48；

所述油温控制器57的I/O端口上分别电连接有谷电定时器47、油温探头55、电加热器18、油温显示器49；为了实现电能的多种选择，

所述水温控制器52的I/O端口上分别电连接有水温探头54、连接于介质油进入管33处的流量油泵35、水温显示器50；

料温显示器48、油温显示器49、水温显示器50、室温显示器51均与总电源开关58连接；室温控制器53的I/O端口分别与室温显示器51、循环泵、室温探头60连接。请参阅图1、料温显示器48、油温显示器49、水温显示器50、室温显示器51、电源指示灯61位于密封腔体的前表面，总电源开关58位于密封腔体的右侧面。

所述温控系统的电源为市电、太阳能发电装置、风力发电装置中的一种或多种；在本优选实施例中，电源选择的是市电、太阳能发电装置、风力发电装置三者并联的方式，这样在采用谷电为介质加热箱16加热的同时，太阳能发电装置、风力发电装置等清洁能源能够为介质加热箱16内的加热装置(电加热器18、辅助加热器17)提供电能；或者还可以采用太阳能集热管加热介质加热箱16内的介质油为储热材料蓄热，多余的热源还可以直接或通过换热装置为用户提供生活热水，最大限度地提高能源的利用率，减少电能的损耗。

作为优选，在上述优选实施例的基础上：为了提高安全性，温控系统还包括：

用于保护油温探头55的油温保护管62；

用于保护水温探头54的水温保护管64；

用于保护料温探头56的料温保护管63。

上述各优选实施例中的内胆储料箱3可根据实际采暖要求分别与换热箱27、介质油加热箱16分体安装使用或组装一体使用，分体安装时介质加热装置可采用其它加热方式加热。

介质油加热箱16、换热箱27的外形、加热、换热方式规格可以根据实际要求进行工艺调整。

当内胆储料箱3、介质油加热箱16、换热箱27分体使用时、温控系统的各部位电器控制系统可统一集中控制或分别独立控制。

请参阅图4和图5：可以把介质油加热箱16内的辅助加热器17根据实际供暖需求安装在采暖换热箱27内，在图4所示结构基础上换热箱27内部结构可以调整为图5所示结构在换热管32盘管间镜向支撑隔板67使换热箱27内的水流与介质换热油承逆向流动以增强换热效果。支撑隔板67优选具有加热功能的隔板。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。