一种相变蓄热供暖装置的制作方法

本发明涉及暖通给排水技术领域，具体涉及一种相变蓄热供暖装置。

背景技术：

随着环保意识深入人心，燃煤锅炉及火炉正在被逐渐淘汰，各地也相继提出“煤改电”要求，各种优惠政策也相继颁布，在实行“峰谷电价”的基础上进一步加大了采暖季谷电的补贴力度，这极大地推动了蓄热式采暖设备的发展应用。

蓄热式采暖设备能够将谷电期间的电能转换为热能存储于蓄热箱内，供峰电期间使用，这不但降低了采暖成本，而且也减少了电网高峰期间的压力。其中，cn205825203u提出了一种蓄热式电采暖器，其在谷电期间将电能转换为热能存储于蓄热砖内，峰电期间通过自然散热来实现采暖，这种方式虽然在一定程度上利用了谷电，但其蓄热体储能密度相对较低，且自然散热使室内温度均匀性较差；cn206398819u公开了一种蓄热式电磁感应采暖装置，包括电磁感应采暖炉、散热装置及保温罐，其在谷电期间将热量存储于保温罐内，峰电期间用于室内供暖，与电阻加热采暖炉相比，虽然电磁采暖炉在一定程度上提高了热效率，但采暖炉与保温罐分离式设计，这造成了较多的热量损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相变蓄热供暖装置，以克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，该相变蓄热供暖装置将加热系统集成于蓄热箱内，有效减少加热过程中的热量损失，提高了热效率，且具有智能化控制系统，能够灵活控制和设定加热时间、加热功率、出水温度和流量等参数。

为实现上述目的，本发明提供一种相变蓄热供暖装置，其包括蓄热箱、控制系统和循环系统，所述蓄热箱通过所述循环系统中供暖介质的循环流动向终端用户供暖；其中，所述蓄热箱包括换热管、加热元件、测温装置、外壳、保温材料、内壳和相变材料，所述内壳设置于所述外壳中，在所述内壳和所述外壳之间设置有所述保温材料，所述相变材料填充于所述内壳内，所述换热管、所述加热元件和所述测温装置均埋设于所述相变材料中，所述换热管内填充有所述供暖介质并与所述循环系统流体连通，所述控制系统能够基于所述测温装置的温度信号控制所述加热元件工作；所述控制系统能够在谷电期间控制所述加热元件加热所述换热管内的供暖介质以向所述终端用户供暖，且同时所述相变材料能够吸收所述加热元件的加热热量以蓄热；以及，所述控制系统能够在峰电期间控制所述加热元件不工作，所述相变蓄热供暖装置通过所述相变材料加热所述换热管内的供暖介质以向所述终端用户供暖；以及，当所述相变材料的放热供暖使所述终端用户所获得的温度小于目标温度时，所述控制系统能够控制所述加热元件加热所述换热管内的供暖介质以向所述终端用户辅助供暖。

优选地，当所述相变材料的放热供暖使所述终端用户所获得的所述温度与所述目标温度的差值为2℃时，所述控制系统控制所述加热元件加热所述换热管内的供暖介质以向所述终端用户辅助供暖。

进一步地，所述控制系统包括加热控制系统和供暖控制系统；所述加热控制系统用于实现加热时间、加热功率的控制、设定与调节；所述加热控制系统能够判断当前时间段是处于谷电期间，还是峰电期间，并能够基于所述测温装置的温度信号控制所述加热元件工作；所述供暖控制系统用于控制所述循环系统，实现输出温度和循环流量的控制、设定与调节。

优选地，相变材料为无机类相变材料，其储放热温度为50℃-95℃；所述外壳的材质为彩钢板、不锈钢板或高分子板；所述保温材料为多层结构，所述保温材料的材质为橡塑聚苯板、玻化微珠保温板、泡沫水泥板、挤塑聚苯板、酚醛树脂板、聚氨酯发泡板、硅酸铝保温板、真空绝热板、膨胀珍珠岩保温板中的一种或几种。

优选地，所述内壳上设置有加强筋，所述内壳的材质为不锈钢板、高分子板、搪瓷板或外喷防腐涂料的碳钢板，其中，所述不锈钢板的材质为304不锈钢、310s不锈钢或316l不锈钢。

进一步地，所述换热管为光滑管、波纹管或翅片管，其在所述内壳中的排布方式为螺旋单盘式、螺旋双盘式或阵列式；所述换热管的材质为304不锈钢、316l不锈钢、外喷防腐蚀涂料的q235碳钢、铝合金、铜或聚四氟乙烯；所述换热管的内径为6-20mm。

进一步地，所述加热元件为电阻加热器或电磁加热器，其中，所述电磁加热器包括电磁线圈和感应加热板，所述感应加热板安装于所述内壳中的所述换热管之间。

进一步地，所述测温装置包括测温盲管和内置于所述测温盲管中的测温探头，其中，所述测温盲管的内径大于所述测温探头的外径，所述测温盲管和所述测温探头之间填充有高导热粉体材料。

进一步地，所述蓄热箱内设有两个所述测温装置；其中一个所述测温装置邻近所述加热元件设置，用于检测所述加热元件的最高温度，防止温度过高造成所述加热元件周围的局部所述相变材料变质；其中另一个所述测温装置邻近所述蓄热箱的所述内壳设置，用于检测所述相变材料的温度，当所述相变材料的温度达到设定值时，停止加热。

此外，本发明还提供一种使用相变蓄热供暖装置向终端用户供暖的方法，该方法包括：判断当前时间段是处于谷电期间或峰电期间的步骤；当前时间段处于谷电期间开启充热供暖工作模式的步骤；当前时间段处于峰电期间开启放热供暖工作模式的步骤；在所述放热供暖工作模式期间判断所述终端用户所获得的温度是否小于目标温度的步骤；当所述终端用户所获得的温度小于所述目标温度时开启辅助供暖工作模式的步骤。其中，所述充热供暖工作模式为：所述控制系统控制所述加热元件工作以向所述终端用户供暖，且同时所述相变材料吸收所述加热元件的热量以蓄热；所述放热供暖工作模式为：所述相变材料放热以向所述终端用户供暖；所述辅助供暖工作模式为：在所述相变材料放热以向所述终端用户供暖的同时，所述控制系统控制所述加热元件工作以向所述终端用户辅助供暖。

和现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

本发明的该种相变蓄热供暖装置不仅可以将谷电期间的电能转换为热能存储于蓄热箱内，供峰电期间使用，降低采暖成本，减少电网高峰期间的压力，还能有效减少加热过程中的热量损失，提高热效率；控制系统的智能化避免了极寒天气条件下需人工开启加热功能的麻烦，当用户长期外出时，启用防冻功能可以避免循环水管道冻裂情况的发生。

附图说明

图1是本发明的相变蓄热供暖装置的系统结构示意图；

图2是本发明的相变蓄热供暖装置用测温装置的结构示意图；

图3是本发明的相变蓄热供暖装置用一种蓄热箱的结构示意图；

图4是本发明的相变蓄热供暖装置用另一种蓄热箱的结构示意图；

图5是本发明的相变蓄热供暖装置用电磁加热器的结构示意图；

图6是本发明的相变蓄热供暖装置的控制流程图。

附图标记：

蓄热箱1、终端用户2、换热管3、加热元件4、测温装置5、测温盲管51、测温探头52、外壳6、保温材料7、内壳8、相变材料9、加料口10、滚轮11、加热控制系统12、供暖控制系统13、阀门14、支撑底座15、电磁线圈16、感应加热板17、支架18、碳钢板19、绝热连接件20、保护罩21、传热肋片22。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1描述本发明提供的一种相变蓄热供暖装置。在图1中，一种相变蓄热供暖装置，其包括蓄热箱1、控制系统和循环系统。其中，蓄热箱1通过循环系统中供暖介质(例如水)的循环流动以向终端用户2供暖；控制系统主要由控制用电磁阀、热电偶、控制面板等组成，用于实现加热时间、加热功率、输出温度和循环流量等参数的设定与控制；循环系统主要包括循环泵、管路及若干阀门14，用于控制供暖介质的循环流动。

具体地，蓄热箱1包括换热管3、加热元件4、测温装置5、外壳6、保温材料7、内壳8、相变材料9和加料口10，内壳8设置于外壳6中，在内壳8和外壳6之间设置有保温材料7，相变材料9填充于内壳8内，换热管3、加热元件4和测温装置5均埋设于相变材料9中，换热管3内填充有供暖介质并与循环系统流体连通。其中，内壳8的上盖上设置加料口10，加料口10上设置有通气孔，该加料口10可以是可拆卸式的，加料口10适用于向蓄热箱1内添加相变材料9，以及当相变蓄热供暖装置发生故障时对其内部的相变材料9进行取样检测。

本领域技术人员可以理解的是，前述相变材料9是一种已知材料，其是能够利用物质的相态变化而实现大量热量的吸收或释放的材料，该种材料具有单位质量(体积)储能密度高，吸放热过程近似恒温的优点。

公知地，相变材料按照其组成可以分为无机类相变材料和有机类相变材料，无机类相变材料主要包括无机水合盐、熔盐、金属合金等物质，有机类相变材料主要包括高级脂肪烃类、脂肪酸类、醇类、芳香烃类等物质。

优选地，本发明所用的相变材料9优选为无机类相变材料，其储放热温度为50℃-95℃。

优选地，换热管3可以是光滑管、波纹管或翅片管，其材质可以是304不锈钢、316l不锈钢、外喷防腐蚀涂料的q235碳钢、铝合金、铜或聚四氟乙烯，其内径优选为6-20mm。

优选地，换热管3在内壳8中的排布方式可以为螺旋单盘式、螺旋双盘式或阵列式，换热管3采用盘管式或阵列式排布，在保证换热面积的同时，也增加了相变材料9的受热均匀度。

优选地，外壳6的材质可以是彩钢板、不锈钢板或高分子板；保温材料7为多层结构，其材质可以是橡塑聚苯板、玻化微珠保温板、泡沫水泥板、挤塑聚苯板、酚醛树脂板、聚氨酯发泡板、硅酸铝保温板、真空绝热板、膨胀珍珠岩保温板中的一种或几种；内壳8的材质可以是不锈钢板、高分子板、搪瓷板或外喷防腐涂料的碳钢板，其中，不锈钢板的材质可以是304不锈钢、310s不锈钢或316l不锈钢。

优选地，为了提高结构强度，内壳8上还可以设置有加强筋。

进一步地，本发明的相变蓄热供暖装置的控制系统包括加热控制系统12和供暖控制系统13。加热控制系统12可以接收测温装置5的温度信号并控制加热元件4工作，实现加热时间、加热功率等参数的控制与调节，加热控制系统12还能用于判断当前时间段是处于谷电期间或峰电期间；供暖控制系统13用于控制循环系统，实现输出温度和循环流量等参数的设定与调节。

优选地，本发明的相变蓄热供暖装置的控制系统可以整体集成于蓄热箱1的壳体上或相对于蓄热箱1而言采取分体式设计。

进一步地，图2示出了本发明的相变蓄热供暖装置用测温装置。该测温装置5包括测温盲管51和内置于测温盲管51中的测温探头52，测温盲管51的内径大于测温探头52的外径，其中，测温探头52和测温盲管51之间内还填充有高导热粉体材料，以保证测温探头52和测温盲管51之间的紧密接触，而且能够提高测温装置5的测温灵敏度。测温盲管51一端开口供测温探头52插入，另一端封闭，实际使用时，将测温探头52塞进测温盲管51后填充好高导热粉体材料即可完成组装，组装及维修更换均很方便。

本领域技术人员可以理解的是，上述高导热粉体材料可以是任何适用的高导热粉体材料，例如铜粉、铝粉等。

进一步地，图3示出了本发明的相变蓄热供暖装置用的一种蓄热箱。图3中，蓄热箱1包括外壳6、内壳8及设置在内壳8和外壳6之间的保温材料7。其中，内壳8内填充有相变材料9，相变材料9内埋设有换热管3，换热管3的顶端伸出蓄热箱1的外壳6，并由循环系统中的管路并联连接，实现供暖介质在换热管3与终端用户2之间的循环；内壳8的侧边邻近处还设置有一个测温装置5，该测温装置5的测温盲管51内安装测温探头52，测温探头52的接线柱伸出内壳8与控制系统电连接，该测温装置5用于检测相变材料9的温度，当相变材料9的温度达到设定值时，停止加热。

特别地，前述蓄热箱1中安装有加热元件4，该加热元件4优选为电阻加热器。其中，加热元件4分布于换热管3之间，加热元件4的接线头伸出内壳8与控制系统电连接，其中一个加热元件4的旁边邻近处安装有另一个测温装置5，该测温装置5的测温盲管51内安装测温探头52，测温探头52的接线柱伸出内壳8与控制系统电连接，该测温装置5用于检测加热元件4的最高温度，防止温度过高造成加热元件4周围的局部相变材料9变质。

可选地，图4示出了本发明的相变蓄热供暖装置用的另一种蓄热箱。图4中，蓄热箱1包括外壳6、内壳8及设置在内壳8和外壳6之间的保温材料7。其中，内壳8内填充有相变材料9，相变材料9内埋设有换热管3，换热管3的顶端伸出蓄热箱1的外壳6，并由循环系统中的管路并联连接，实现供暖介质在换热管3与终端用户2之间的循环；内壳8的侧边邻近处还设置有一个测温装置5，该测温装置5的测温盲管51内安装有测温探头52，测温探头52的接线柱伸出内壳8与控制系统电连接，该测温装置5用于检测相变材料9的温度，当相变材料9的温度达到设定值时，停止加热。

与图3中不同的是，图4中，蓄热箱1中安装的加热元件4优选为电磁加热器，该电磁加热器的电磁线圈16缠绕在保温材料7外，电磁加热器的感应加热板17安装于内壳8中的换热管3之间，其中一块感应加热板17的旁边邻近处安装有另一个测温装置5，该测温装置5的测温盲管51内安装有测温探头52，测温探头52的接线柱伸出内壳8与控制系统电连接，该测温装置5用于检测加热元件4的最高温度，防止温度过高造成加热元件4周围的局部相变材料9变质。

进一步地，图5示出了前述电磁加热器的具体结构，该电磁加热器包括电磁线圈16和感应加热板17，该感应加热板17由支架18、碳钢板19、绝热连接件20及保护罩21组成，碳钢板19上喷涂有耐腐蚀涂料，保护罩21上安装有传热肋片22。

进一步地，前述图3和4中的蓄热箱1的外壳6的下方均可设置有滚轮11，换热管3的底部均可设置有支撑底座15，该滚轮11是可拆卸式的，在滚轮11被拆卸后支撑底座15可继续为蓄热箱1提供整体支撑。

本发明的相变蓄热供暖装置具有如下三种工作模式：

1、充热供暖工作模式：谷电(低电价)期间，加热控制系统12控制加热元件4开始工作，加热元件4加热换热管3内的供暖介质(例如水)，供暖介质在循环系统中循环流动，实现终端用户2的供暖，此过程中，供暖控制系统13可以对相变蓄热供暖装置的出水温度和出水流量等进行设定与调节；在加热元件4加热换热管3中的供暖介质的同时，加热元件4也加热蓄热箱1内的相变材料9，相变材料9不断吸收热量，直至发生相变过程并达到指定温度，完成蓄热。

2、放热供暖工作模式：峰电(高电价)期间，从终端用户2回流的低温供暖介质(例如水)通过换热管3与蓄热箱1内的相变材料9进行换热，被加热后的供暖介质可再次在循环系统中循环流动，实现终端用户2的供暖，在此过程中，供暖控制系统13可以对相变蓄热供暖装置的出水温度和出水流量等进行设定与调节；随着供暖过程的进行，相变材料9持续放出热量，直至发生相变并降温至一定温度，实现放热供暖。

3、辅助供暖工作模式：当遭遇极寒天气时，无法仅通过蓄热箱1内的相变材料9供热以满足终端用户2的供暖需求时，例如，终端用户2的室内温度无法大于或等于目标温度时，加热控制系统12会自动控制加热元件4开始工作，开启前述充热供暖工作模式，实现自动辅热供暖，保证终端用户2室内温度舒适度。

4、防冻工作模式：当终端用户2的用户长期外出时，启用防冻功能可以避免循环系统的管道发生冻裂。

本领域技术人员可以理解的是，可以根据终端用户2对室温舒适度的要求来选定欲维持的室内温度，即前述目标温度，当仅通过蓄热箱1内的相变材料9供热以使终端用户2所获得的温度与该目标温度之间的差值为2℃时，加热控制系统12判断终端用户2的实际室内温度与目标温度间的关系并开启辅助供暖工作模式。

具体地，图6示出了本发明的相变蓄热供暖装置的控制流程，其控制流程如下：

步骤s1：加热控制系统12判断当前时间段是处于谷电期间，还是处于峰电期间，若处于谷电期间，则执行步骤s2，若处于峰电期间，则执行步骤s3；

步骤s2：启动充热供暖工作模式；

步骤s3：启动放热供暖工作模式，加热控制系统12判断终端用户2的室内温度是否持续小于目标温度，若室内温度持续小于目标温度，则执行步骤s4，若室内温度大于或等于目标温度，则执行步骤s5；

步骤s4：维持放热供暖工作模式的同时启动辅助供暖工作模式；

步骤s5：仅维持放热供暖工作模式。

本发明的相变蓄热供暖装置具有静音、占地面积小、结构简单、安装方便的优点，在满足采暖需求的同时可大幅降低采暖成本，用此系统进行供暖改造，可有效维持16℃-24℃的室内温度，取暖费用与市政供暖相比可降低20％以上。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。