一种基于相变储热的电热供热系统的制作方法

本实用新型涉及一种供热系统，特别涉及一种应用于电采暖领域的基于相变储热的电热供热系统。

背景技术：

近年来全国范围内的冬季雾霾现象日益严重，而冬季使用燃煤锅炉等化石燃料燃烧供暖的方式是其中主要的原因之一。十三五规划期间国家大力发展清洁供暖方式尤其是电采暖方式以逐步取代煤采暖的供暖方式。利用低谷电价政策，在夜间低谷用电时采用电加热方式制热并通过蓄热介质储热，在用电高峰进行释放，不仅降低了供暖成本，减少传统燃煤供暖导致的环境污染，且利于供暖季的电力调峰。相变蓄热技术近年来逐渐兴起，通过固-固相变或固-液相变过程可储存大量的热，质量储热密度显著高于传统的非相变蓄热介质烧结氧化镁砖，有望成为新一代规模化使用的固体蓄热材料。然而相变材料在相变过程中较大的体积变化限制了其发展应用，且传统的储热系统在蓄热过程中较大的温度分布将使得的蓄热模块中一部分材料因未达相变温度而无法发生相变过程，而另一部分材料则远超过相变温度导致较大的形变和机械性能的快速下降。因此，解决蓄热过程中的温度分布不均衡的问题和对相变材料的有效封装问题是未来相变储热材料能够规模化应用的主要问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于相变储热的电热供热系统，利用相变材料实现将余热进行储存并利用。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种基于相变储热的电热供热系统，包括制热子系统、储热子系统和供热子系统；

所述制热子系统包括循环风机、电加热模块和控制模块，所述循环风机位于电加热模块前端，电加热模块通过管道连接于循环风机与储热子系统之间，内部含有电加热元件和空气通道；所述控制模块分别与循环风机、电加热模块和储热子系统相电连接；

所述储热子系统包括壳体，以及位于壳体内的多孔复合相变砖和多孔陶瓷砖；所述多孔陶瓷砖位于壳体底部，所述多孔复合相变砖堆叠在多孔陶瓷砖上，并填充于壳体内；电加热模块出风口与储热子系统底部进风口相连；

所述供热子系统包括气水换热器、循环水泵以及热用户；所述气水换热器位于储热子系统和热用户之间；气水换热器、循环风机、电加热模块和储热子系统依次通过管道首尾相连，构成一个热风循环系统；气水换热器、热用户和循环水泵依次通过管道首尾相连，构成一个水路循环系统；通过气水换热器将热风循环系统中的热量传递到水路循环系统中。

进一步地，所述多孔复合相变砖包括相变材料和封装材料两部分，封装材料为多孔结构，其在使用温度下不发生相变过程，通过毛细作用力将相变材料吸附固定，达到封装效果。

优选地，所述多孔复合相变砖的相变材料质量组成为25-45wt％碳酸钠、20-35wt％碳酸钾、10-25wt％氯化钾和5-15wt％氯化钠，相变温度为550-650℃，占多孔复合相变砖总质量的55-75％；封装材料为硅藻土、蛭石、膨胀珍珠岩、膨胀石墨中的任意一种，占多孔复合相变砖总质量的25-45％。

优选地，所述多孔陶瓷砖材质为氧化镁、氧化铝、氧化锆、碳化硅或氮化硅；其四个侧面设有孔径相同、相互连通的单个大孔，孔径为80-240mm，顶面和底面设有孔径相同的阵列式通孔，孔径为5-15mm。

进一步地，所述多孔复合相变砖的封装材料上设有阵列式小孔，其尺寸与多孔陶瓷砖阵列式通孔尺寸相同。

优选地，所述多孔复合相变砖在储热子系统的排布方式为交错搭接方式，砖与砖中间的间隙为15-30mm。

优选地，所述多孔复合相变砖、多孔陶瓷砖与壳体之间填充有保温层。

有益效果：

本实用新型提供了一种基于相变储热的电热供热系统，以经过无机多孔材料封装的复合相变材料作为储热介质，通过相变材料进行固-液相变过程中吸收的大量潜热提高了系统单位体积储热能力；此外通过在相变储热砖底部布置含有不同孔径的多孔陶瓷砖，使热风先在底层多孔陶瓷砖内均匀分布并缓慢流向得多孔复合相变储热砖，使得系统储热和放热过程中的热量分布更为均匀，适宜大规模推广使用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本实用新型基于相变储热的电热供热系统的结构图。

图2为本实用新型基于相变储热的电热供热系统多孔陶瓷砖结构图。

图3为本实用新型基于相变储热的电热供热系统多孔复合相变储热砖结构图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，该电热供热系统包括制热子系统、储热子系统和供热子系统；所述制热子系统由循环风机1、电加热模块2和控制模块7构成；循环风机1位于电加热模块2前端；所述电加热模块2位于循环风机1与储热子系统之间，内部含有电加热元件和空气通道；电加热模块2通过管道连接于循环风机1与储热子系统之间，内部含有电加热元件和空气通道；所述控制模块7分别与循环风机1、电加热模块2和储热子系统相电连接，内部含集成电路模块和热电偶，其中热电偶与储热子系统相连。

所述储热子系统由壳体3、保温层4、多孔复合相变砖5和多孔陶瓷砖6构成；所述壳体3位于储热子系统最外侧；所述保温层4填充于复合相变砖5、多孔陶瓷砖6与壳体3之间。

如图2所示，所述多孔陶瓷砖6位于储热子系统内底部，其四个侧面设有孔径相同、相互连通的单个大孔61，孔径为80-240mm，而顶面和底面设有孔径相同的阵列式通孔62，孔径为5-15mm。

如图3所示，所述多孔复合相变砖5位于多孔陶瓷砖6顶部，排布方式为交错搭接方式，砖与砖中间的间隙为15-30mm；所述多孔复合相变砖5顶面和底面分布着与多孔陶瓷砖顶部或底部通孔62尺寸一致的阵列式小孔51，孔径为5-15mm；所述多孔复合相变砖5包括相变材料和封装材料两部分，封装材料为多孔结构，通过毛细作用力将相变材料吸附固定，达到封装效果；多孔复合相变砖5含有30wt％碳酸钠、20wt％碳酸钾、12wt％氯化钾、8wt％氯化钠和30wt％硅藻土。

所述供热子系统由气水换热器8、循环水泵9和热用户10构成；所述气水换热器8位于储热子系统和热用户10之间，气水换热器8、循环风机1、电加热模块2和储热子系统依次通过管道首尾相连，构成一个热风循环系统；气水换热器8、热用户10和循环水泵9依次通过管道首尾相连，构成一个水路循环系统；通过气水换热器8将热风循环系统中的热量传递到水路循环系统中。

在夜间低谷电期间，开启循环风机和电加热模块，被增压后的常温空气经由电加热模块变为高温空气；高温空气先流经储热子系统内底层的多孔陶瓷砖，由于多孔陶瓷砖的两侧通孔孔径较大，因此高温空气在底层多孔陶瓷砖之间流动而快速达到温度平衡，同时沿顶部较小孔径的通孔缓慢流向多孔复合相变砖的堆砌体内，通过对流换热的方式使多孔复合相变砖内的相变材料发生固-液相变从而进行储热；温度下降的高温空气随后流经气水换热器加热供暖循环水，实现对热用户的供暖。

在白天用电高峰期间，开启循环风机，关闭电加热模块，被增压后的常温空气流经储热子系统内底层的多孔陶瓷砖，由于多孔陶瓷砖的两侧通孔孔径较大，因此常温空气在底层多孔陶瓷砖之间流动而快速达到温度平衡，同时沿顶部较小孔径的通孔缓慢流向多孔复合相变砖的堆砌体内，通过对流换热的方式使多孔复合相变砖内的相变材料发生液-固相变从而进行放热，使得空气温度升高，随后流经气水换热器加热供暖循环水，实现对热用户的不间断供暖。

本实用新型提供了一种基于相变储热的电热供热系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。