CN113446652A - 一种基于自发热材料的应急供热装置及供热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于自发热材料的应急供热装置及供热方法，所述应急供热装置包括：装设有自发热材料的反应器，所述反应器通过螺旋给料机供给所述自发热材料；所述反应器的底部设置有进水口，顶部设置有出水口，市政用水通过所述进水口进入到反应器中进行加热后，从所述出水口出去供给用户使用；所述自发热材料为铁基自发热材料。本发明的应急供热装置主要应用在出现供热管路应急抢修及检修阶段，不能正常提供居民热水时，采用所述应急供热***，可做到不影响居民正常生活用热水。

Description

一种基于自发热材料的应急供热装置及供热方法

技术领域

本发明涉及市政供热领域，尤其涉及一种基于自发热材料的应急供热装置及供热方法。

背景技术

我国北方供暖季节有时会遇到因管路抢修导致的供暖中断问题，失去供热来源后居民生活将受到非常大的影响，因此需要一种可在断供现场快速开展的临时供热装置进行应急供热加热生活用水以及供暖用水。

目前已经投入应用的可移动式应急供热设备包括电加热、燃油加热等方式，但这些应急加热手段往往都有各自的局限性。

采用电加热方式的应急供热设备虽然在使用过程中没有环境污染，但是其耗电量巨大，应用在居民区等供热需求大的场所时，往往无法保证有足够的电力供应，因此电加热这种应急供热手段在应用场景上具有极大的限制。此外，应急加热的主要方式是加热市政用水，因此采用电加热方式在实际使用中往往存在较大的安全隐患问题。

燃烧化石燃料如燃油的方式进行应急供热虽然使用方便，但因燃烧时燃油燃烧不充分，导致尾气中含有大量的环境污染物，无法在环保要求高的居民生活区大规模推广。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种采用自发热材料作为热源的应急供热装置，主要应用在出现供热管路应急抢修及检修阶段，不能正常提供居民热水时，采用所述应急供热***，可做到不影响居民正常生活用热水，避免了传统的应急加热手段的弊端，操作灵活，占地面积小，可提供有利的应急手段。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种基于自发热材料的应急供热装置，包括：装设有自发热材料的反应器，所述反应器通过螺旋给料机供给所述自发热材料；

所述反应器的底部设置有进水口，顶部设置有出水口，市政用水通过所述进水口进入到反应器中进行加热后，从所述出水口出去供给用户使用；

所述自发热材料为铁基自发热材料。

本发明的应急供热装置并不需要采用传统的加热方式，比如电加热或燃油加热的方式都存在着极大的限制，本发明则提供了一种利用自发热材料作为能源的应急加热装置，该装置本身结构也比较简单，主要通过反应器为媒介将自发热材料与水进行换热，从而将加热后的水供给给用户。

其中，本发明的自发热材料为铁基自发热材料，铁基发热材料是一种利用铁吸氧腐蚀的化学反应热作为热源的新型加热方式，材料组成成分一般包括铁粉、活性炭、膨胀蛭石、氯化钠以及水，材料基于铁吸氧腐蚀反应释放热量，其反应放热最高温度可达90℃以上，放热量可达3800J/g，且整个反应过程中不会产生污染物。铁基发热材料还具有使用方便、***启动时间短等优点，可在很短时间内达到峰值温度并维持较长时间。铁基发热材料在接触空气和水后，反应立即启动并放出热量，使用的便捷性使得其除***必须装置外不需要其他外界辅助装置即可运行。

使用铁基发热材料作为供热热源的新型应急供热装置具有使用便捷、占地面积小、启动时间短、环保无污染等优点，在满足供热需求的同时，可有效解决传统供暖方式的环境污染以及安全性等问题。

为了提高自发热材料的性能，本发明对自发热材料的配方进行了优化，优选地，作为进一步可实施的方案，所述自发热材料主要由以下组分组成：以质量份数计，30-50份铁，10-30份活性炭，10-30份蛭石，和10-20份氯化钠。

本发明为了提高整个自发热材料的发热效果，特对各个组分进行了配比以及成分选择上的优化，通过添加了蛭石之后，有利于自发热材料的长效放热，因为多孔的结构更有利于内部材料参与反应；铁粉用量过少不利于反应放热的持续，过多则会造成材料的浪费；材料中加水量过少同样不利于反应的持续性，而加入过多的水则会带走过多热量同时堵塞材料间气道不利于材料的整体反应放热；因此通过实践也发现各个组分之间的配比是需要进行适宜控制的。

另外，在本发明的应急供热装置中，本身反应器内是设置有多层换热盘，水与自发热材料以互逆的方式经过所述换热盘以提高换热效果，相当于在反应器内自发热材料与水的流动形式为逆流，水自反应器最下层进入反应器随后从反应器最上层流出；自发热材料自最上层进入到反应器中随后从最下层排出，通过互逆流动的方式也可以充分提高两者之间的接触度。

当然，换热盘也可以根据用户实际的热负荷增加或减少反应器内的换热盘的多少。

优选地，作为进一步可实施的方案，每层换热盘包括设置有落料口的料室、以及设置有多个刮刀的刮刀盘，自发热材料通过落料口进入料室后，采用所述刮刀推进逐层向下运输。

优选地，作为进一步可实施的方案，每层换热盘还包括有与所述料室层叠设置的水室，所述水室内设置有提高换热的若干折流板，以提高水的流速并增强水的扰动强化换热。

优选地，作为进一步可实施的方案，还包括气水余热回收器，所述反应器内的热空气抽出后送至所述气水余热回收器，市政用水先经过所述气水余热回收器预热后再从所述进水口进入到反应器中。

利用风机将反应器内的40℃的热空气抽出，制造反应器内的微负压环境，同时新风经由反应器下部进入，热空气可以进入到气水余热回收器中预热，提高热量的利用率。

优选地，作为进一步可实施的方案，还包括传送带，自发热材料使用完毕后从所述反应器的底部下落至传送带后，通过所述传送带重新经过螺旋给料机运至所述反应器中，所述螺旋给料机上设置有用于喷水的喷嘴。

乏料输送至螺旋给料机后，经喷嘴重新喷水后送回至反应器中进行进一步的反应加热，以构成物料的循环。

本发明除了提供了一种应急供热装置，还提供了上述应急供热装置的供热方法，具体包括如下步骤：

15-20℃的市政用水通过自发热材料加热后，加热至40℃以上，供给给用户使用。

该方法反应持续时间长，反应温度高，使用安全性较高。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于：

1)本发明的应急供热装置采用自发热材料作为热源，使用过程中无污染，放热反应启动速度快，所用铁基发热材料的放热量大，反应持续时间长，反应温度高，使用安全；

2)本发明的应急供热装置在放热完毕后可做到经由反应器下料口落料、传送带输送、螺旋给料机二次加水与混匀的步骤重新送入反应器内进行多次放热，直至材料内铁消耗完毕，同时避免了材料的浪费；

3)本发明应急供热装置中的气水余热回收器可利用反应器内排出40℃热风与15℃市政冷水进行换热达到余热回收目的，有效提高反应器热效率；

4)本发明的应急供热装置所用反应器为模块化组装方式，单层料室与水室及配套刮刀、刮刀盘作为一个单元，实际应用中可依据用户实际热负荷灵活增加单元数，提高了使用灵活性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例1的应急供热装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1的换热盘的料室结构示意图；

图3为本发明实施例1的换热盘的水室结构示意图；

图4为本发明实施例1的换热盘的立体结构示意图。

附图说明：

1-螺旋给料机； 2-反应器；

3-变频水泵； 4-传送带；

5-喷嘴； 6-用户端；

7-风机； 8-气水余热回收器；

9-刮刀； 10-料室；

11-落料口； 12-刮刀盘；

13-旋转轴； 14-水室；

15-折流板。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例1

如图1-图4所示，该实施例提供了一种基于自发热材料的应急供热装置，具体包括螺旋给料机1，反应器2，变频水泵3，传送带4，喷嘴5，用户端6，风机7，气水余热回收器8。

在本实施例中，反应器2与供回水管路连接，15℃的市政用水经由变频水泵3加压后送至所述气水余热回收器8换热，随后送至所述反应器2底部的进水口进行加热，给水以逆流形式盘旋向上经多层换热盘加热达到45℃后由反应器2上部的出水口流出，送至用户端6供给用户使用，待用户端6换热完成后，送回至变频水泵3重新加压后送至气水余热回收器8，构成水循环。

每层换热盘包括了设置有落料口11的料室10、以及设置有多个刮刀9的刮刀盘12，自发热材料通过落料口进入料室10后，采用所述刮刀9推进逐层向下运输，料室10主要用于自发热材料的运输。

每层换热盘还包括有与所述料室层叠设置的水室14，水室14内设置有提高换热的若干折流板15，水室14主要用于市政用水的运输，单层的料室与单层的水室可叠放设置。

其中，螺旋给料机1料斗内按配方比例加入铁基自发热材料(组成：40质量份铁，20质量份活性炭，15质量份蛭石，15质量份氯化钠，和15质量份水)的粉状干料，所述螺旋给料机1自带电机驱动螺旋旋进送料，所述螺旋给料机1中部设置有喷水的喷嘴5向混合干料内加水以促进反应放热，随后将材料旋进送至反应器2上端盖进料口。传送带4将反应器2下料口落下的乏料输送至所述螺旋给料机1，经喷嘴5重新喷水放热后送回至所述反应器2进一步反应，构成物料循环。

风机7将所述反应器2内40℃的热空气抽出，制造反应器2内的微负压环境，同时新风经由反应器2下部进入，抽出热风被送至气水余热回收器8内与用户端6来的15℃市政用水换热回收热风余热。

整个应急供热装置的工作原理为：

市政给水经变频水泵3加压后先经过气水余热回收器8，与反应器2上部抽出的热风进行预热后，后送至反应器2被加热，随后送至用户端6，用户端利用完后的低温冷水再经变频水泵3加压后，重新送入反应器2内加热循环使用；自发热材料按比例加注到螺旋给料机1的料斗内并在给料机内混合均匀，同时由喷嘴5注水启动反应，反应完成后经反应器2下部落料口排出到传送带4，送回至螺旋给料机1料斗中，重新经喷嘴5喷水混匀送回反应器2内再次放热，直至放热温度低于60℃经底部落料口11落入传送带4，材料经传送带4被送至螺旋给料机1重新喷水后再次送回至反应器2放热直至无法利用；反应器2运行中产生的热风经由风机7抽出后被送至气水余热回收器8与15℃的市政自来水换热，回收余热。

上述装置可实现将15-20℃的市政用水通过自发热材料加热后，加热至40℃以上，供给给用户使用。

实施例2

具体操作步骤与上述实施例1一致，区别在于：铁基自发热材料的组成：30质量份铁，30质量份活性炭，10质量份蛭石，20质量份氯化钠，和10份水。

实施例3

具体操作步骤与上述实施例1一致，区别在于：铁基自发热材料的组成：50质量份铁，10质量份活性炭，30质量份蛭石，10质量份氯化钠和30份水。

实施例4

具体操作步骤与上述实施例1一致，区别在于：铁基自发热材料的组成：45质量份铁，15质量份活性炭，15质量份蛭石，15质量份氯化钠和和20份水。

实验例1

将铁基自发热材料本身配方的配比对发热效果的影响进行试验，具体结果如下表1所示：

表1评价结果

从上表1的实验结果可以看出，铁粉含量的多少对实际的发热效果是有一定影响的，铁粉量越多，放热温度随之升高，在达到一定温度后，受限于高温放热水的大量蒸发，反应的最高温度以及放热持续时间将不会有明显的提升。

另外，随活性炭量的增加，45℃以上反应放热时间增长缓慢，而反应最高温度变化不大。氯化钠含量的变化对反应强度影响不是很大。蛭石的增加有利于材料的热量维持，但同时会使最高温度下降。

此外，在一定程度上，水的量越多，放热强度会越大，而过量的水会带走大量热量，同时堵塞材料间孔隙，致使材料内部无法接触空气。

总之，本发明提供的基于自发热材料的应急供热方法及装置，可以应对市政管道发生意外或检修等阶段，解决短期内不能正常提供生活热水的问题，并且采用铁基发热材料化学反应放热，热源清洁无污染，使用简单，启动迅速，有效解决市政应急供暖的问题，并且所述基于化学反应放热代替市政热水的应急供热***较一般传统应急供热方式在环保以及安全性方面具有明显优势。

最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于自发热材料的应急供热装置，其特征在于，包括：装设有自发热材料的反应器，所述反应器通过螺旋给料机供给所述自发热材料；

所述反应器的底部设置有进水口，顶部设置有出水口，市政用水通过所述进水口进入到反应器中进行加热后，从所述出水口出去供给用户使用；

所述自发热材料为铁基自发热材料。

2.根据权利要求1所述的应急供热装置，其特征在于，所述反应器内竖直设置有多层换热盘，水与自发热材料以互逆的方式经过所述换热盘以提高换热效果。

3.根据权利要求1所述的应急供热装置，其特征在于，每层换热盘包括设置有落料口的料室、以及设置有多个刮刀的刮刀盘，自发热材料通过落料口进入料室后，采用所述刮刀推进逐层向下运输。

4.根据权利要求1所述的应急供热装置，其特征在于，每层换热盘还包括有与所述料室层叠设置的水室，所述水室内设置有提高换热的若干折流板。

5.根据权利要求1-4任一项所述的应急供热装置，其特征在于，还包括气水余热回收器，所述反应器内的热空气抽出后送至所述气水余热回收器，市政用水先经过所述气水余热回收器预热后再从所述进水口进入到反应器中。

6.根据权利要求1-4任一项所述的应急供热装置，其特征在于，还包括传送带，自发热材料使用完毕后从所述反应器的底部下落至传送带后，通过所述传送带重新经过螺旋给料机运至所述反应器中，所述螺旋给料机上设置有用于喷水的喷嘴。

7.根据权利要求1-4任一项所述的应急供热装置，其特征在于，所述自发热材料主要由以下组分组成：以质量份数计，30-50份铁，10-30份活性炭，10-30份蛭石，10-20份氯化钠和10-30份水。

8.权利要求1-7任一项所述的应急供热装置的供热方法，其特征在于，包括如下步骤：

15-20℃的市政用水通过自发热材料加热后，加热至40℃以上，供给给用户使用。

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