CN100408934C - 相变储热电热交换器及智能控制循环运行*** - Google Patents
相变储热电热交换器及智能控制循环运行*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明专利相变储热电热交换器及智能控制循环运行***是供家庭或小型企事业单位制取采暖和生活热水的低功率储热式电加热类设备。其特征在于采用熔点80℃以下的固体石蜡为储热材料，最高加热温度550℃。利用低功率电热组件，配备智能化控制循环运行***，并充分利用太阳能和夜间廉价低谷电能，制取采暖热水和洗浴热水。本发明专利的优点在于：储热时间长，额定加热功率小，热损失小，水电完全分离，无毒无腐蚀，无污染，安全可靠，使用寿命长，智能化控制程度高，节约能源，结构紧凑，节省空间，运行费用低，安装方便，具备各种运行和保护模式功能，适用于新装和改造旧有各种热水采暖***、分户供热和利用低谷电采暖的新型的储热式低功率电加热设备，同时具备提供生活热水的功能。
Description
一、技术领域：
本发明专利是提供家庭或小型单位制取采暖和生活热水的电热类设备，是一种新型的储热节能型低功率电加热设备。
二、背景技术：
在本发明专利以前，电采暖加热设备多采用对水直接加热，或由电热体辐射传热的方式，其储热材料为水或金属，上述储热材料在应用中不具备相变功能，并且储热密度小、时间短、腐蚀容器、加热功率大，不适用现有家庭和小型单位的电路使用。
三、发明内容：
为解决上述不足和缺陷，本发明专利采用了新型储热材料及低功率加热方式，并结合紧凑式导热板及智能控制循环运行***，研制了一种蓄热时间长、加热功率小、安全可靠、操作方便、结构紧凑、制造简单，且能提供十几至百十平方米的采暖热水和单人至十几人的生活热水的新型低功率储热式电加热设备。
本发明专利主要由：储热材料、储热箱体、电热组件、换热水箱、紧凑式异型导热板、蓄热水箱、洗浴水箱、保温材料及智能控制循环运行***组成。
本发明专利的技术方案是：采用熔点80℃以下的固体石蜡作为固态变相储热材料，放入密闭的储热箱体内，最高可加热温度550℃。利用石蜡较高的相变储热性和较好的保温性能达到储热保温的目的。
采用低功率电热组件放在储热箱体间，对储热箱体由内向外加热并与箱体绝缘，达到均匀安全加热的目的。
储热箱体和电热组件整体放入换热水箱内，在储热箱体与换热水箱之间放置紧凑式异型导热板，使换热量和换热面积从10％～99％，随温度变化而增加或减少，达到均匀控制换热，以延缓放热时间的目的。
智能控制循环运行***，由温控装置、高温保险装置、循环水泵、电动阀门、冬、夏转换阀门、显示装置、时控装置、声光警报装置、保护装置、漏电保护装置、换热水箱、蓄热水箱、洗浴水箱、放气装置、过滤装置、检修装置、太阳能集热板、智能控制运行***和循环运行(管路)***等组成，具有多种完善的***保护和经济运行功能，可实现无人值守自动恒温运行的目的。
四、附图说明：
附图1是相变储热电加热器(C)主体结构示意图
附图2是智能控制运行***示意图
附图3是循环管路运行***示意图
五、具体实施方式
根据附图说明相变储热电热交换器及智能控制运行***的具体实施方案为：
采用熔点80℃以下的固体石蜡作为固态相变储热材料(1)，放入密闭的储热箱体(2)内，最高加热温度550℃。
采用低功率电热组件(3)(额定电流20A以下)，放置在储热箱体(2)间，对储热箱体(2)由内向外加热，且电热组件(3)本身有绝缘保护，外壳不带电，电热组件(3)与储热箱体(2)之间夹绝缘云母板(4)，确保不会发生漏电事故，并能与储热箱体(2)紧密接触，热效率高达99％，并采用耐高温绝缘导线(5)保证高温下的绝缘。
采用储热箱体(2)与电热组件(3)整体放入换热水箱(6)内，在储热箱体(2)与换热水箱(6)之间放置紧凑式异型导热板(7)，紧凑式导热板(7)采用异型薄板制作，在储热箱体(2)与换热水箱(6)之间通过传导与辐射两种形式传热，且由于紧凑式设计可随储热箱体(2)温度变化，使换热量和换热面积从10％～99％，随温度变化而增加或减少，达到均匀控制换热，以延缓放热时间的目的。
换热水箱(6)采用不锈钢板焊接而成，上下集热区可以达到平均温度，均匀换热的目的，进、出水管与循环管路运行***(14A、14B)连接，进行换热来制取热水。
保温材料：高温部分采用岩棉或珍珠岩材料(8)；低温部分采用阻燃型聚笨或聚氨脂材料(9)制作，用于隔热保温减少热量损失，外壳(10)采用钢板制作，表面喷塑处理，丝网印制控制面板的文字标识。
由储热材料(1)、储热箱体(2)、电热组件(3)、绝缘云母板(4)、耐高温导线(5)、换热水箱(6)、紧凑式异型导热板(7)、高温保温材料(8)、低温保温材料(9)和外壳组成的相变储热电热交换器(C)主体，与智能控制循环运行***连接。
采用蓄热水箱(11)与循环管路运行***(14A、14B)连接，具备蓄热水和循环***膨胀水箱的双重功能，蓄热水箱(11)由钢板或树脂材料制作，内外壁防腐处理，外壁用低温保温材料(9)做隔热保温；蓄热水箱(11)内设置浮球自动补水装置(12)、溢流装置(13)、供、回水循环管路接口(14A、14B)、洗浴水箱(15)、温控阀门(16、16A)，其中洗浴水箱(15)的供水管路与给水管路连接，出水管路与洗浴管路连接，并设置冷热水混合开关(17)，供洗浴使用；在散热器(31)循环管路上，设置冬、夏转换阀门(33)，冬天时打开，采暖、洗浴循环管路同时运行，夏天时关闭，只运行洗浴循环管路；蓄热水箱(11)顶部安装太阳能集热板(18)，太阳能集热板由多个有序排列的凸镜组成，并与蓄热箱体(11)顶板保持焦距和密封，阳光充足时通过太阳能集热板(18)收集热量，对蓄热水箱(11)加热，阳光不足时由于太阳能集热板(18)与蓄热水箱(11)顶板为双层密封结构，从而不会散失蓄热水箱(11)内的热量，达到节约能源的目的。
整个智能控制循环运行***，由温控装置(19A、19B)、高温保险装置(20)、循环水泵(21)、显示装置(22)、时控装置(23)、声光报警装置(24)、高温保护装置(25A)、转换开关(K)、低温保护装置(25B)、漏电保护装置(26)、换热水箱(6)、蓄热水箱(11)、温控阀门(16)、电动阀门(29)、冬、夏转换阀门(33)、放气装置(27)、过滤装置(28)、检修装置(32)、排污装置(30)、溢流装置(13)、太阳能集热板(18)和智能控制循环运行***组成，其中智能控制循环运行***由循环管路(14A、14B)***和智能控制***两部分组成，具有多种完善的***保护和经济运行功能，可实现自动恒温运行的目的。
智能控制循环运行***中智能控制运行***的具体方案为：由温控装置(19)控制加热组件(3)、电动阀门(29)和循环水泵(21)电路的通、断，当温度低于设定温度，开始自动加热，循环水泵(21)自动运行，电动阀门(29)关闭，实现强制加热循环状态；当温度超过设定温度，自动停止加热，循环水泵(21)自动停止运行，电动阀门(29)打开，转入自然放热循环状态。
当温度达到高温保护温度，高温保护装置(25A)动作，自动断开加热组件(3)电路，并转换为保护运行状态，循环水泵(21)自动运行，电动阀门(29)打开，实现强制放热循环状态。
当温度超过设定的保险温度，高温保险装置(20)断开，加热组件(3)电路断开，加热停止。
当转换开关(K)转换到低温保护时，温度低于低温保护设定温度，低温保护装置(25B)动作，循环水泵(21)和加热组件(3)电路自动接通运行，电动阀门(29)打开，实现强制加热循环状态；达到设定温度后该电路自动断开，可以防止冻坏循环管路运行***；在散热器(31)循环管路上，设置冬、夏转换阀门(33)，冬天时打开，采暖、洗浴循环管路同时运行，夏天时关闭，只运行洗浴循环管路。
漏电保护装置(26)：若万一发生漏电可通过切断电源保护设备及人身安全。
显示装置(22)包括：时间显示、温度显示、故障显示、运行显示并与声光警报装置(24)相连；时间显示：显示时间、自动开关机时间；温度显示：显示加热温度、进、出水温度；故障显示：显示故障状态；运行显示：显示设备运行状态；声光报警装置(24)：出现故障时利用声光报警。
时控装置(23)：可提前设定加热和停止时间，达到经济运行的目的。
智能控制循环运行***中循环管路运行***的具体方案为：采用在循环管路运行(14A、14B)***上设置循环水泵(21)、电动阀门(29)和温控阀门(16、16A)，控制供、回水温度；加热温度和时间随热量损失的增大而提高，随热量损失减小而降低；放气装置(27)、溢流装置(13)、过滤装置(28)和检修装置(32)确保循环管路运行***的正常和检修方便，并能充分利用太阳能和夜间廉价的低谷电能，达到节约能源、减少开支和经济运行的目的。
以下是上述发明专利的一个具体实施例，但不限定以上的发明专利。
具体实施例是：采用厚度1.2毫米的耐高温不锈钢板，焊制两个高500毫米、宽300毫、厚110毫米的方形储热箱体(2)，顶部留一个M14的螺纹孔，四边留18个直径5毫米的孔，将储热箱体(2)有效容积的70％---85％填充储热材料(1)，即市售58#精练石蜡，有效容积的其余部分抽成真空后，用M14的螺钉将M14螺纹孔密封。
将电热组件(3)，即总额定功率2400W、长450毫米、宽280毫米的电热板，两边各放置一块同样大小的绝缘云母板(4)后，用两个储热箱体(2)夹住，再用M4的螺钉，通过四边18个直径5毫米的孔，加以固定。
采用厚度0.8毫米的不锈钢板，焊制一个高600毫米、宽330毫米，厚250毫米，带夹层的方形换热水箱(6)，夹层厚度5毫米，上下各留一个3/4英寸，长40毫米的螺纹丝头。
将已固定好，并夹有加热板(3)和绝缘云母板(4)的两个储热箱体(2)，整个放入换热水箱(6)中，两箱间隙处，放置由厚度0.5毫米弹簧钢板冲制的紧凑式异型导热板(7)并塞紧，储热箱体(2)顶部，盖上一块厚度0.5毫米、长310毫米、宽230毫米的不锈钢板，不锈钢板上填充30毫米厚的岩棉保温材料(8)，将市售热水循环水泵(21)，安装到换热水箱(6)下部的3/4英寸丝头上，并与循环管路***(14B)连接，换热水箱(6)上部的3/4英寸丝头与循环管路***(14A)连接，换热水箱(6)外部包裹厚度为30毫米的阻燃型聚苯保温材料(9)，并将耐高温导线(5)引出，一端与温控装置(19)连接，一端与零线(N)连接，该线路上并联由400欧姆电阻和发光二极管组成的显示装置(22)。
采用厚度0.5毫米不锈钢板，焊制一个高710毫米、宽490毫米，厚280毫米的外壳(10)，表面喷塑处理，丝网印制控制面板的文字标识。
将高温保护装置(25A)、高温保险装置(20)与温控装置(19B)串联，安装在循环管路***(14A)上，将温控装置(19A)和低温保护装置(25B)安装在循环管路***(14B)上，其中高温保护装置(25A)为设定80℃动作的三点转换温度开关，高温保险装置(20)为设定温度95℃的熔断器，温控装置(19A)为10℃---65℃调温型常闭温度开关，温控装置(19B)为设定温度70℃的常闭温度开关，低温保护装置(25B)为设定温度5℃的常开温度开关，在高温保护装置(25A)和高温保险装置(20)两端，并联声光报警装置(24)，将温度探头分别安放在换热水箱(6)的进、出水管路上，将显示装置(22)、发光二极管、蜂鸣器、时间控制开关安装在外壳(10)的控制面板位置上，其线路按附图2连接，将外壳(10)固定在包裹阻燃型聚笨保温材料(9)的换热水箱(6)上。
以上部分安装完毕即制成相变储热电热交换器(C)主体。
将温控阀门(16A)安装在散热器(31)回水管上，温控范围设定在0℃---65℃，将蓄热水箱(11)通过温控阀门(16)与相变储热电热交换器(C)主体上的循环管路***(14A)连接，相变储热电热交换器(C)主体上的循环管路***(14B)与蓄热水箱(11)回水管路连接，其中温控阀门(16)设定为65℃以上通向蓄热水箱(11)循环管路运行***，65℃以下通向散热器(31)循环管路运行***。
在散热器(31)循环管路上，设置冬、夏转换阀门(33)，冬天时打开，采暖、洗浴循环管路同时运行，夏天时关闭，只运行洗浴循环管路。
蓄热水箱(11)内安装的自动补水装置(12)为热水浮球阀，溢流装置(13)和循环管路***排污阀直通排水地沟，蓄热水箱(11)内的洗浴水箱(15)靠蓄热水箱(11)传导加热，由冷热水混合开关(17)控制出水温度，在循环水泵(21)出水管路上安装过滤器，管路两端安装检修阀门，作为过滤和检修装置，以并联形式将电动阀门(29)安装在循环水泵(21)的管路两端。
以上各部分安装完毕，将***内注入软化水和低温防冻液后，相变储热电热交换器(C)及智能控制循环运行***即可试车运行，完成以下自动运行设定：
1.温控装置(19A)控制加热板(3)、电动阀门(29)和循环水泵(21)电路的通断，从而控制回水温度保持10℃---65℃之间的设定。
2.当出水温度达到65℃时，温控阀门(16)动作，循环运行***断开散热器管路；通向蓄热水箱(11)，同时给洗浴水箱(15)加热
3.当相变储热电热交换器(C)主体的出水温度达到70℃时，温控装置(19B)断开加热电路，停止加热。
4.若温控装置(19B)失灵，相变储热电热交换器(C)主体的出水温度达到80℃时，高温保护装置(25A)断开，加热板失电停止加热，接通循环水泵(21)，电动阀门(29)关闭，实现强制放热循环状态。
5.若高温保护装置(25A)失灵，相变储热电热交换器(C)主体的出水温度达到95℃时，高温保险(20)熔断，加热板失电停止加热，接通循环水泵(21)，电动阀门(29)关闭，实现强制放热循环状态，同时声光报警装置(24)发出声光报警。
6.当转换开关(K)转换到低温保护运行时，当回水温度低于5℃时，低温保护装置(25B)动作，接通加热板(3)、电动阀门(29)和循环水泵(21)电路，实现强制加热循环状态；当回水温度高于5℃时，低温保护装置(25B)动作，断开加热板(3)、电动阀门(29)和循环水泵(21)电路，实现自然循环静止状态。
7.冬、夏转换阀门(33)在冬天时打开，采暖、洗浴循环管路***同时运行，夏天时关闭，只运行洗浴循环管路***。
8.利用时间控制开关为时控装置(23)，可以提前设定开关机时间，达到计划用电、经济运行的目的。
上述为整个相变储热电热交换器及智能控制循环运行***的一个具体实施例和事实过程。
本发明专利的优点在于：储热时间长，额定加热功率小，热损失小，水电完全分离，无毒无腐蚀，无污染，安全可靠，使用寿命长，智能化控制程度高，节约能源，结构紧凑，节省空间，运行费用低，安装方便，具备各种运行和保护模式功能，适用于新装和改造旧有各种热水采暖***、分户供热和利用低谷电采暖的新型的储热式低功率电加热设备，同时具备提供生活热水的功能。
Claims (7)
1. 一种相变储热电热交换器，由交换器主体(C)、智能控制循环运行***和蓄热水箱(11)组成，其中交换器主体(C)由外及里依次是外壳(10)、换热水箱(6)、紧凑式异型导热板(7)、储热箱体(2)和电热组件(3)，储热材料(1)置于密闭的储热箱体(2)内，电热组件(3)与储热箱体(2)间置绝缘云母板(4)，电热组件(3)内接一条耐高温绝缘导线(5)，储热箱体(2)和电热组件(3)整体置于换热水箱(6)内，储热箱体(2)和换热水箱(6)之间放置紧凑式异型导热板(7)，换热水箱(6)外包有高温保温材料(8)，供水循环运行管路***(14A)和回水循环运行管路***(14B)是连接交换器主体(C)的管路***。蓄热水箱(11)内设自动补水装置(12)、溢流装置(13)、洗浴水箱(15)、温控阀门(16)，外接散热器(31)循环管路并设置冬夏转换阀门(33)，蓄热水箱(11)顶部安装太阳能集热板(18)，蓄热水箱(11)外包低温保温材料(9)；智能控制循环运行***由循环管路运行***和智能控制运行***两部分组成；电热组件(3)的加热额定电流低于20A。
2. 如权利要求1所述的相变储热电热交换器，其特征在于：在交换器主体(C)内，用熔点80℃以下的固体石蜡作为固态相变储热材料(1)，放入密闭的储热箱体(2)内。
3. 如权利要求1所述的相变储热电热交换器，其特征在于：电热组件(3)被储热材料(1)包裹于其中，使储热材料(1)充分均匀地加热。
4. 如权利要求1-3任一项所述的相变储热电热交换器，其特征在于：所述的循环管路运行***由温控装置(19)控制电热组件(3)、电动阀门(29)和循环水泵(21)电路的通断而实现控制功能。
5. 如权利要求1-3任一项所述的相变储热电热交换器，其特征在于：所述的智能控制运行***采用在循环管路运行(14A、14B)***上设置循环水泵(21)、电动阀门(29)和温控阀门(16、16A)，控制供、回水温度而实现控制功能。
6. 如权利要求4所述的相变储热电热交换器，其特征在于：所述的循环管路运行***由温控装置(19)控制电热组件(3)、电动阀门(29)和循环水泵(21)电路的通断而实现控制功能。
7. 如权利要求5所述的相变储热电热交换器，其特征在于：所述的智能控制运行***采用在循环管路运行(14A、14B)***上设置循环水泵(21)、电动阀门(29)和温控阀门(16、16A)，控制供、回水温度而实现控制功能。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080806 Termination date: 20100211 |