坑道式电加热蓄热体结构及控制方法
【专利摘要】一种坑道式电加热蓄热体结构,该结构包括换热装置、以及与换热装置连接的储热装置，换热装置为设置在绝热外壳内的换热管，换热管两端分别为进水口和出水口，在绝热外壳上设置有换热进风口和换热出风口；其工作原理是云平台无线传送或手动触摸键盘将蓄热预测数值写入预置器，再传入蓄热监控界面中，通过本地DSP控制器进行控制，没有达到预测设置目标去级联加热调节器，做变频鼓风和炉丝组合控制完成加热蓄热控制，以此形成一个循环系统。其具有结构巧妙，安全可靠，运行费用低的优势，并且可以起到削峰填谷，提高电网负荷利用率的作用。
【专利说明】
坑道式电加热蓄热体结构及控制方法
技术领域 [0001] :本发明设计一种坑道式电加热蓄热体结构及控制方法，它涉及一种加 热蓄热式供暖系统，蓄热控制方法通过电加热蓄热炉的蓄热结构级联组合调节技术实现。
[0002]
【背景技术】：随着地球环境温度上升，空气污染严重，雾霾天屡见不鲜。这种人类无 计划、不科学活动，已造成人类自己的健康的损坏及未来后代的生存危机。因此一种杜绝直 燃煤锅炉的一电加热锅炉就应运而生。用电加热锅炉，在一定程度上可以降低煤等化石燃 料的低效直接燃烧，降低二氧化碳等气体的无序排放；同时，电加热锅炉还能够蓄热，能够 利用低谷电产热，充分利用低谷电的能量，利于消纳电网低峰电力。但是目前还未见有效果 较好的报道。
【发明内容】
：
[0003] 发明目的：发明提供一种坑道式电加热蓄热体结构及控制方法，其目的是克服将 电能作为采暖锅炉加热源的缺点。
[0004] 技术方案:发明是通过以下技术方案实现的：
[0005] -种坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:该结构包括换热装置、以及与换热装 置连接的储热装置，换热装置为设置在绝热外壳（14)内的换热管（13)，换热管（13)两端分 别为进水口（ 11)和出水口（ 12 )，在绝热外壳（14)上设置有换热进风口和换热出风口（ 15);
[0006] 储热装置包括方形坑道式蓄热砖（1)和储存加热丝（2)，储存加热丝（2)设置在方 形坑道式蓄热砖（1)的坑道内，在蓄热砖（1)内形成热风通道(6)，热风通道(6)首位相连形 成贯通的通道，该通道的两端分别为进风口（7)和出风口（8)，进风口（7)通过管路连接至换 热出风口（15)，出风口（8)通过管路连接至换热进风口。
[0007] 在进风口（7)和出风口（8)位置设置可控阀门（9);该结构还包括变频风机（10)，变 频风机(10)的一端与进风口（7)连通，变频风机(10)的另一端与换热出风口（15)连通;在换 热装置与储热装置连接的管路上也设置有绝热外壳。
[0008] 该结构还包括控制系统（16)，控制系统（16)控制加热丝(2)、变频风机（10)和可控 阀门（9)。
[0009] 方形坑道式蓄热砖（1)设置在蓄热壳体(5)内，在蓄热壳体(5)内壁设置有保温层 ⑶。
[0010] 热风通道(6)为首尾相连形成的"S"形通道，在每个拐角衔接处设置挡风板(4)。 [0011]蓄热结构体由多个正方体型固体蓄热砖垛叠组成，垛叠之后在结构体内部形成小 坑道和大坑道。
[0012] 每个蓄热体有两个小坑道一个大坑道共三个坑道用来放置大小不同的储存加热 丝(2)并作为通风散热的热风通道使用。
[0013] 控制系统（16)包括云平台数值预置器（16-0)、蓄热监控界面（16-1)、本地DSP控制 器（16-2)和级联加热调节器（16-3);云平台数值预置器（16-0)连接蓄热监控界面（16-1)， 蓄热监控界面（16-1)连接本地DSP控制器（16-2)，本地DSP控制器（16-2)连接级联加热调节 器(16-3)，级联加热调节器(16-3)连接变频风机(10)和储存加热丝(2)。
[0014] 利用上述的坑道式电加热蓄热体结构所实施的分布式级联电加热炉的蓄热控制 方法，其特征在于:该方法是根据所需蓄热量和用户负荷的不同而调节供热量及产热量的 控制方法;利用云平台无线传送或手动触摸键盘将蓄热数值写入预置器(16-0)，再传入蓄 热监控界面（16-1)中，通过本地DSP控制器（16-2)进行控制，没有达到预置目标去蓄热体结 构的级联加热调节器（16-3)，做变频鼓风和炉丝组合控制完成加热蓄热控制，以此形成一 个循环系统，以达到多用低峰电、少用高峰电加热的目的，实现节能蓄热控制的目的。
[0015] 本方法主要目的是通过显示屏来选择所需的温度并计算所需的热量，将数据传输 到蓄热控制器中，控制器指挥变频鼓风-水循环系统将蓄热体中的热量输出和输入，以达到 控制蓄热体放出热量及电阻丝加热的目的，显示屏来设定用户所需的入户温度和炉体蓄热 总量，也可通过远程数据预置器设定用户所需的入户温度和炉体蓄热总量，本地DSP控制器 将数据连接到蓄热和供热控制执行器中，加热控制的热量送入蓄热体中，由蓄热体按用户 的设定目标需要，释放所需的热量。
[0016] 优点效果：
[0017] 本发明提出一种坑道式电加热蓄热体结构及控制方法，本发明的目的是这样实现 的：本加热蓄热式供暖系统、蓄热控制方法通过电加热蓄热炉的蓄热结构级联组合调节技 术实现。电加热蓄热炉供暖系统包括作为加热蓄热介质的蓄热体结构和电加热炉蓄热控制 系统两部分。在坑道式电加热蓄热体结构中，方形坑道式蓄热砖承载加热丝、储存电加热丝 的热能。在蓄热砖的层与层之间形成热风通道，热风通道衔接处加装挡风板。蓄热砖周围加 装保温层，保温层外部为蓄热壳体。热风通道两端分别为进风口和出风口，在进风口和出风 口位置设置可控阀门。变频风机的一端与进风口连通，变频风机的另一端与换热出风口连 通。换热管两端分别为进水口和出水口，换热装置以及和储热装置连接部分加装绝热外壳， 加热丝、变频风机和可控阀门通过控制系统控制。
[0018] 蓄热控制方法嵌入在电加热炉蓄热控制系统中，电加热蓄热控制系统主要包括 云平台数值预置器、蓄热监控界面、本地DSP控制器、级联加热调节器、炉丝组合和蓄热数值 预置器。其工作原理是云平台无线传送或手动触摸键盘将蓄热预测数值写入预置器，再传 入蓄热监控界面中，通过本地DSP控制器进行控制，没有达到预测设置目标去级联加热调节 器，做变频鼓风和炉丝组合控制完成加热蓄热控制，以此形成一个循环系统。
[0019] 本发明的优点如下：
[0020] 1、可以根据所需温度的不同来调节供热量及产热量，具有良好的供热效果。
[0021] 2、采用电能作为采暖锅炉加热源，绿色环保。
[0022] 3、蓄热预测控制系统可以在电网负荷高峰时不用或少用电加热；电网负荷低峰 时，把电加热储存起来，在高峰时将蓄热放出给用户供热。这样既可利用峰电和谷电的价差 优势，又达到对电网的消峰填谷负荷调节，更有效地实现节能降耗的经济运行。
[0023] 蓄热结构级联组合调节技术具有结构巧妙，安全可靠，运行费用低的优势，并且可 以起到削峰填谷，提高电网负荷利用率的作用。
【附图说明】：
[0024] 图1为坑道式电加热蓄热体结构供暖系统示意图
[0025] 图2为电加热蓄热控制系统工作示意图
[0026] 图3为方形坑道式蓄热砖的结构平面图；
[0027] 图4为方形坑道式蓄热砖的结构立体图；
[0028] 图5为方形坑道式蓄热砖垛叠组成的坑道式级联蓄热体结构的图。
[0029] 零部件编号:方形坑道式蓄热砖（1)、加热丝(2)、保温层(3)、挡风板(4)、蓄热壳体 (5)、热风通道(6)、进风口（7)、出风口（8)、可控阀门（9)、变频风机（10)、进水口（11)、出水 口（12)、换热管（13)、绝热外壳（14)、换热出风口（15)、控制系统（16)、云平台数值预置器 (16-0)、蓄热监控界面（16-1 )、本地DSP控制器（16-2)、级联加热调节器（16-3)、炉丝组合 (16-4)〇
【具体实施方式】：
[0030] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0031] 本发明提供一种坑道式电加热蓄热体结构，该结构包括换热装置、以及与换热装 置连接的储热装置，换热装置为设置在绝热外壳14内的换热管13,换热管13两端分别为进 水口 11和出水口 12,在绝热外壳14上设置有换热进风口和换热出风口 15;
[0032] 储热装置包括方形坑道式蓄热砖1和储存加热丝2,储存加热丝2设置在方形坑道 式蓄热砖1的坑道内，在蓄热砖1内形成热风通道6,热风通道6首位相连形成贯通的通道，该 通道的两端分别为进风口7和出风口8,进风口7通过管路连接至换热出风口 15,出风口8通 过管路连接至换热进风口。在换热装置与储热装置连接的管路上也设置有绝热外壳
[0033] 在进风口 7和出风口 8位置设置可控阀门9;该结构还包括变频风机10，变频风机10 的一端与进风口 7连通，变频风机10的另一端与换热出风口 15连通。
[0034] 该结构还包括控制系统16，控制系统16控制加热丝2、变频风机10和可控阀门9。
[0035] 方形坑道式蓄热砖1设置在蓄热壳体5内，在蓄热壳体5内壁设置有保温层3。
[0036] 热风通道6为首尾相连形成的"S"形通道，在每个拐角衔接处设置挡风板4。
[0037]蓄热结构体由多个正方体型固体蓄热砖垛叠组成，垛叠之后在结构体内部形成小 坑道和大坑道。
[0038]每个蓄热体有两个小坑道一个大坑道共三个坑道用来放置大小不同的储存加热 丝2并作为通风散热的热风通道使用。
[0039] 控制系统16包括云平台数值预置器16-0、蓄热监控界面16-1、本地DSP控制器16-2 和级联加热调节器16-3;云平台数值预置器16-0连接蓄热监控界面16-1，蓄热监控界面16-1连接本地DSP控制器16-2,本地DSP控制器16-2连接级联加热调节器16-3,级联加热调节器 16-3连接变频风机10和储存加热丝2。
[0040] 分布式级联电加热炉的蓄热控制方法，其特征在于：该方法是根据所需蓄热量和 用户负荷的不同而调节供热量及产热量的控制方法;利用云平台无线传送或手动触摸键盘 将蓄热数值写入预置器16-0,再传入蓄热监控界面16-1中，通过本地DSP控制器16-2进行控 制，没有达到预置目标去蓄热体结构的级联加热调节器16-3，做变频鼓风和炉丝组合控制 完成加热蓄热控制，以此形成一个循环系统，以达到多用低峰电、少用高峰电加热的目的， 实现节能蓄热控制的目的。
[0041] 本方法主要目的是通过显示屏来选择所需的温度并计算所需的热量，将数据传输 到蓄热控制器中，控制器指挥变频鼓风-水循环系统将蓄热体中的热量输出和输入，以达到 控制蓄热体放出热量及电阻丝加热的目的，显示屏来设定用户所需的入户温度和炉体蓄热 总量，也可通过远程数据预置器设定用户所需的入户温度和炉体蓄热总量，本地DSP控制器 将数据连接到蓄热和供热控制执行器中，加热控制的热量送入蓄热体中，由蓄热体按用户 的设定目标需要，释放所需的热量。
[0042] 方形坑道式蓄热砖1储存加热丝2释放的热能，换热装置以及和储热装置连接部分 加装绝热外壳14。
[0043]方形坑道式蓄热砖（1)，主要组成如图3、图4和图5所示，工作原理是，蓄热结构体 可由正方体型固体蓄热砖(a)和(b)垛叠组成结构体（c)，垛叠得结构体内部形成A、B型坑 道，坑道内可配置不同的炉丝，组成加热蓄热可控的坑道体结构。砖体上下表面有相互契合 的峰与谷，这样可以保证垛体的稳定性。每个蓄热体有两个小坑道一个大坑道共三个坑道 用来放置大小不同的电加热丝并作为通风散热孔道使用。如，每个大坑道中可放置一组 500KW的电热丝，或一组200KW的电热丝，或一组100KW电热丝；其中一个小坑可放一组50KW 或20KW或10KW电热丝；另一个小坑放一组5KW电热丝，或2KW电热丝，或1KW电热丝。根据炉体 蓄热容量配置级联炉丝和大小坑道;级联控制输出时，由炉丝所在的坑道对应功率组合，进 行炉子加热控制。每个坑道由不同的输出通道号(Qu。。）来控制调用，以实现上述级联蓄热 的控制。例如，上述65KW级联组合即可调用A坑道中一组50KW电热丝，B坑道中一组10KW电热 丝和另一 B坑道中一组5KW电热丝组合，完成加热过程控制。
[0044] 不同功率的电阻丝级联组合会放出不同的热量，则升高到所需的温度就需要不同 热量的炉丝进行级联组合加热，组合控制根据算法，进行逻辑字输出，得到对应的功率输 出。按照表1所列的方法进行级联组合，可满足l〇〇〇〇kW以下的功率输出控制。
[0045] 本发明克服了将电能作为采暖锅炉加热源的缺点，即电网负荷高峰时不用或少用 电加热系统，电网负荷低峰时，按控制要求把电加热储存起来，在高峰时将蓄热放出给用户 供热，这样既可利用峰电和谷电的价差优势，又达到对电网的消峰填谷负荷调节，更有效地 实现节能降耗的经济运行。
[0046] 综上所述，本系统的工作过程如下：
[0047]谷电时段，由云平台无线传送或手动触摸键盘将蓄热数值写入预置器16-0,再传 入蓄热监控界面16-1中，通过本地DSP控制器16-2进行控制，没有达到预置目标去蓄热体结 构1的级联加热调节器16-3,做变频鼓风和炉丝组合控制。组合控制根据算法，进行逻辑字 输出，得到对应的功率输出。在坑道式电加热蓄热体结构中的电加热丝组成所需的级联组 合进行加热。如果温度已经达到预设温度，则变频风机10工作，热量通过换热管13输出。当 蓄热量需要改变时，控制器16需要调用不同的级联组合。
[0048]以100KW的电蓄热器为例。由云平台参数值，预测明日夜间温度为0°C，夜间23时， 设定用户温度为18°C，通过GPRS将预设参数值通讯至本地PI控制器。用户当前温度每两小 时监测一次，假设当地监测器显示用户实时温度为14°C，实时温度传输至云平台进而通讯 至远程。本地PI控制器计算得需要散热量q = 40KWh，散热过程需要0.5h，同时远程控制器计 算需要散热量为40KWh，纯蓄热量为25KW。控制器采用级联方式调用50KWX 1，10KWX 1，5KW XI，三组加热丝工作。当用户监测器显示已达到设定温度后，鼓风机停止工作，放热过程结 束。蓄热器继续蓄热。蓄热过程从21时至6时，共持续10小时。当需要热量调整时，再改变调 节级联组合。
[0049] 表1为电炉丝级联组合逻辑表：
[0050]
[0052] 控制输出65kW，控制逻辑QmQkjQx，
[0053] 表 1
[0054] 本发明具有结构巧妙、安全可靠、运行费用低的特点，其可以起到削峰填谷，提高 电网负荷利用率的作用。
【主权项】
1. 一种坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:该结构包括换热装置、以及与换热装置 连接的储热装置，换热装置为设置在绝热外壳（14)内的换热管（13)，换热管（13)两端分别 为进水口（11)和出水口（12)，在绝热外壳（14)上设置有换热进风口和换热出风口（15); 储热装置包括方形坑道式蓄热砖（1)和储存加热丝（2)，储存加热丝（2)设置在方形坑 道式蓄热砖（1)的坑道内，在蓄热砖（1)内形成热风通道(6)，热风通道(6)首位相连形成贯 通的通道，该通道的两端分别为进风口（7)和出风口（8)，进风口（7)通过管路连接至换热出 风口（ 15)，出风口（8)通过管路连接至换热进风口。2. 根据权利要求1所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:在进风口（7)和出风 口（8)位置设置可控阀门（9);该结构还包括变频风机（10)，变频风机（10)的一端与进风口 (7)连通，变频风机(10)的另一端与换热出风口（15)连通;在换热装置与储热装置连接的管 路上也设置有绝热外壳。3. 根据权利要求2所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:该结构还包括控制系 统（16)，控制系统（16)控制加热丝(2)、变频风机(10)和可控阀门（9)。4. 根据权利要求1所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于：方形坑道式蓄热砖 (1)设置在蓄热壳体(5)内，在蓄热壳体(5)内壁设置有保温层(3)。5. 根据权利要求1所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于：热风通道(6)为首尾 相连形成的"S"形通道，在每个拐角衔接处设置挡风板(4)。6. 根据权利要求1所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:蓄热结构体由多个正 方体型固体蓄热砖垛叠组成，垛叠之后在结构体内部形成小坑道和大坑道。7. 根据权利要求6所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:每个蓄热体有两个小 坑道一个大坑道共三个坑道用来放置大小不同的储存加热丝(2)并作为通风散热的热风通 道使用。8. 根据权利要求3所述的坑道式电加热蓄热体结构，其特征在于:控制系统（16)包括云 平台数值预置器（16-0)、蓄热监控界面（16-1)、本地DSP控制器（16-2)和级联加热调节器 (16-3);云平台数值预置器（16-0)连接蓄热监控界面（16-1)，蓄热监控界面（16-1)连接本 地DSP控制器（16-2 )，本地DSP控制器（16-2 )连接级联加热调节器（16-3 )，级联加热调节器 (16-3)连接变频风机(10)和储存加热丝(2)。9. 利用权利要求1所述的坑道式电加热蓄热体结构所实施的分布式级联电加热炉的蓄 热控制方法，其特征在于:该方法是根据所需蓄热量和用户负荷的不同而调节供热量及产 热量的控制方法;利用云平台无线传送或手动触摸键盘将蓄热数值写入预置器（16-0)，再 传入蓄热监控界面（16-1)中，通过本地DSP控制器（16-2)进行控制，没有达到预置目标去蓄 热体结构的级联加热调节器（16-3)，做变频鼓风和炉丝组合控制完成加热蓄热控制，以此 形成一个循环系统，以达到多用低峰电、少用高峰电加热的目的，实现节能蓄热控制的目 的。10. 根据权利要求9所述的分布式级联电加热炉的蓄热控制方法，其特征在于:本方法 主要目的是通过显示屏来选择所需的温度并计算所需的热量，将数据传输到蓄热控制器 中，控制器指挥变频鼓风-水循环系统将蓄热体中的热量输出和输入，以达到控制蓄热体放 出热量及电阻丝加热的目的，显示屏来设定用户所需的入户温度和炉体蓄热总量，也可通 过远程数据预置器设定用户所需的入户温度和炉体蓄热总量，本地DSP控制器将数据连接 到蓄热和供热控制执行器中，加热控制的热量送入蓄热体中，由蓄热体按用户的设定目标 需要，释放所需的热量。
【文档编号】F24D19/10GK105890026SQ201610053890
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】邢作霞, 李媛, 姜立兵, 康爱国
【申请人】沈阳工业大学