坑道式電加熱蓄熱體結構的制作方法
【專利摘要】一種坑道式電加熱蓄熱體結構,該結構包括換熱裝置、以及與換熱裝置連接的儲熱裝置，換熱裝置為設置在絕熱外殼內的換熱管，換熱管兩端分別為進水口和出水口，在絕熱外殼上設置有換熱進風口和換熱出風口；其蓄熱結構級聯組合調節技術具有結構巧妙，安全可靠，運行費用低的優勢，并且可以起到削峰填谷，提高電網負荷利用率的作用。
【專利說明】
坑道式電加熱蓄熱體結構
技術領域 [0001] :本實用新型設計一種坑道式電加熱蓄熱體結構及控制方法，它涉及一 種加熱蓄熱式供暖系統，蓄熱控制方法通過電加熱蓄熱爐的蓄熱結構級聯組合調節技術實 現。
[0002]
【背景技術】：隨著地球環境溫度上升，空氣污染嚴重，霧霾天屢見不鮮。這種人類無 計劃、不科學活動，已造成人類自己的健康的損壞及未來后代的生存危機。因此一種杜絕直 燃煤鍋爐的一電加熱鍋爐就應運而生。用電加熱鍋爐，在一定程度上可以降低煤等化石燃 料的低效直接燃燒，降低二氧化碳等氣體的無序排放；同時，電加熱鍋爐還能夠蓄熱，能夠 利用低谷電產熱，充分利用低谷電的能量，利于消納電網低峰電力。但是目前還未見有效果 較好的報道。 【實用新型內容】：
[0003] 實用新型目的：實用新型提供一種坑道式電加熱蓄熱體結構及控制方法，其目的 是克服將電能作為采暖鍋爐加熱源的缺點。
[0004] 技術方案:實用新型是通過以下技術方案實現的：
[0005] -種坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:該結構包括換熱裝置、以及與換熱裝 置連接的儲熱裝置，換熱裝置為設置在絕熱外殼內的換熱管，換熱管兩端分別為進水口和 出水口，在絕熱外殼上設置有換熱進風口和換熱出風口；
[0006] 儲熱裝置包括方形坑道式蓄熱磚和儲存加熱絲，儲存加熱絲設置在方形坑道式蓄 熱磚的坑道內，在蓄熱磚內形成熱風通道，熱風通道首位相連形成貫通的通道，該通道的兩 端分別為進風口和出風口，進風口通過管路連接至換熱出風口，出風口通過管路連接至換 熱進風口。
[0007] 在進風口和出風口位置設置可控閥門；該結構還包括變頻風機，變頻風機的一端 與進風口連通，變頻風機的另一端與換熱出風口連通;在換熱裝置與儲熱裝置連接的管路 上也設置有絕熱外殼。
[0008] 該結構還包括控制系統，控制系統控制加熱絲、變頻風機和可控閥門。
[0009] 方形坑道式蓄熱磚設置在蓄熱殼體內，在蓄熱殼體內壁設置有保溫層。
[0010]熱風通道為首尾相連形成的"S"形通道，在每個拐角銜接處設置擋風板。
[0011]蓄熱結構體由多個正方體型固體蓄熱磚垛疊組成，垛疊之后在結構體內部形成小 坑道和大坑道。
[0012] 每個蓄熱體有兩個小坑道一個大坑道共三個坑道用來放置大小不同的儲存加熱 絲并作為通風散熱的熱風通道使用。
[0013] 控制系統包括云平臺數值預置器、蓄熱監控界面、本地DSP控制器和級聯加熱調節 器;云平臺數值預置器連接蓄熱監控界面，蓄熱監控界面連接本地DSP控制器，本地DSP控制 器連接級聯加熱調節器，級聯加熱調節器連接變頻風機和儲存加熱絲。
[0014] 利用上述的坑道式電加熱蓄熱體結構所實施的分布式級聯電加熱爐的蓄熱控制 方法，其特征在于:該方法是根據所需蓄熱量和用戶負荷的不同而調節供熱量及產熱量的 控制方法;利用云平臺無線傳送或手動觸摸鍵盤將蓄熱數值寫入預置器，再傳入蓄熱監控 界面中，通過本地DSP控制器進行控制，沒有達到預置目標去蓄熱體結構的級聯加熱調節 器，做變頻鼓風和爐絲組合控制完成加熱蓄熱控制，以此形成一個循環系統，以達到多用低 峰電、少用高峰電加熱的目的，實現節能蓄熱控制的目的。
[0015] 本方法主要目的是通過顯示屏來選擇所需的溫度并計算所需的熱量，將數據傳輸 到蓄熱控制器中，控制器指揮變頻鼓風-水循環系統將蓄熱體中的熱量輸出和輸入，以達到 控制蓄熱體放出熱量及電阻絲加熱的目的，顯示屏來設定用戶所需的入戶溫度和爐體蓄 熱總量，也可通過遠程數據預置器設定用戶所需的入戶溫度和爐體蓄熱總量，本地DSP控制 器將數據連接到蓄熱和供熱控制執行器中，加熱控制的熱量送入蓄熱體中，由蓄熱體按用 戶的設定目標需要，釋放所需的熱量。
[0016] 優點效果：
[0017] 本實用新型提出一種坑道式電加熱蓄熱體結構及控制方法，本實用新型的目的是 這樣實現的：本加熱蓄熱式供暖系統、蓄熱控制方法通過電加熱蓄熱爐的蓄熱結構級聯組 合調節技術實現。電加熱蓄熱爐供暖系統包括作為加熱蓄熱介質的蓄熱體結構和電加熱爐 蓄熱控制系統兩部分。在坑道式電加熱蓄熱體結構中，方形坑道式蓄熱磚承載加熱絲、儲存 電加熱絲的熱能。在蓄熱磚的層與層之間形成熱風通道，熱風通道銜接處加裝擋風板。蓄熱 磚周圍加裝保溫層，保溫層外部為蓄熱殼體。熱風通道兩端分別為進風口和出風口，在進風 口和出風口位置設置可控閥門。變頻風機的一端與進風口連通，變頻風機的另一端與換熱 出風口連通。換熱管兩端分別為進水口和出水口，換熱裝置以及和儲熱裝置連接部分加裝 絕熱外殼，加熱絲、變頻風機和可控閥門通過控制系統控制。
[0018] 蓄熱控制方法嵌入在電加熱爐蓄熱控制系統中，電加熱蓄熱控制系統主要包括云 平臺數值預置器、蓄熱監控界面、本地DSP控制器、級聯加熱調節器、爐絲組合和蓄熱數值預 置器。其工作原理是云平臺無線傳送或手動觸摸鍵盤將蓄熱預測數值寫入預置器，再傳入 蓄熱監控界面中，通過本地DSP控制器進行控制，沒有達到預測設置目標去級聯加熱調節 器，做變頻鼓風和爐絲組合控制完成加熱蓄熱控制，以此形成一個循環系統。
[0019] 本實用新型的優點如下：
[0020] 1、可以根據所需溫度的不同來調節供熱量及產熱量，具有良好的供熱效果。
[0021] 2、采用電能作為采暖鍋爐加熱源，綠色環保。
[0022] 3、蓄熱預測控制系統可以在電網負荷高峰時不用或少用電加熱；電網負荷低峰 時，把電加熱儲存起來，在高峰時將蓄熱放出給用戶供熱。這樣既可利用峰電和谷電的價差 優勢，又達到對電網的消峰填谷負荷調節，更有效地實現節能降耗的經濟運行。
[0023] 蓄熱結構級聯組合調節技術具有結構巧妙，安全可靠，運行費用低的優勢，并且可 以起到削峰填谷，提高電網負荷利用率的作用。
【附圖說明】：
[0024] 圖1為坑道式電加熱蓄熱體結構供暖系統示意圖
[0025] 圖2為電加熱蓄熱控制系統工作示意圖
[0026] 圖3為方形坑道式蓄熱磚的結構平面圖；
[0027] 圖4為方形坑道式蓄熱磚的結構立體圖；
[0028] 圖5為方形坑道式蓄熱磚垛疊組成的坑道式級聯蓄熱體結構的圖。
[0029] 零部件編號:方形坑道式蓄熱磚（1)、加熱絲(2)、保溫層(3)、擋風板(4)、蓄熱殼體 (5)、熱風通道(6)、進風口（7)、出風口（8)、可控閥門（9)、變頻風機（10)、進水口（11)、出水 口（12)、換熱管（13)、絕熱外殼（14)、換熱出風口（15)、控制系統（16)、云平臺數值預置器 (16-0)、蓄熱監控界面（16-1 )、本地DSP控制器（16-2)、級聯加熱調節器（16-3)、爐絲組合 (16-4)〇
【具體實施方式】：
[0030] 下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
[0031] 本實用新型提供一種坑道式電加熱蓄熱體結構，該結構包括換熱裝置、以及與換 熱裝置連接的儲熱裝置，換熱裝置為設置在絕熱外殼14內的換熱管13,換熱管13兩端分別 為進水口 11和出水口 12，在絕熱外殼14上設置有換熱進風口和換熱出風口 15;
[0032] 儲熱裝置包括方形坑道式蓄熱磚1和儲存加熱絲2,儲存加熱絲2設置在方形坑道 式蓄熱磚1的坑道內，在蓄熱磚1內形成熱風通道6,熱風通道6首位相連形成貫通的通道，該 通道的兩端分別為進風口7和出風口8,進風口7通過管路連接至換熱出風口 15,出風口8通 過管路連接至換熱進風口。在換熱裝置與儲熱裝置連接的管路上也設置有絕熱外殼
[0033] 在進風口 7和出風口 8位置設置可控閥門9;該結構還包括變頻風機10，變頻風機10 的一端與進風口 7連通，變頻風機10的另一端與換熱出風口 15連通。
[0034] 該結構還包括控制系統16，控制系統16控制加熱絲2、變頻風機10和可控閥門9。
[0035] 方形坑道式蓄熱磚1設置在蓄熱殼體5內，在蓄熱殼體5內壁設置有保溫層3。
[0036] 熱風通道6為首尾相連形成的"S"形通道，在每個拐角銜接處設置擋風板4。
[0037]蓄熱結構體由多個正方體型固體蓄熱磚垛疊組成，垛疊之后在結構體內部形成小 坑道和大坑道。
[0038]每個蓄熱體有兩個小坑道一個大坑道共三個坑道用來放置大小不同的儲存加熱 絲2并作為通風散熱的熱風通道使用。
[0039] 控制系統16包括云平臺數值預置器16-0、蓄熱監控界面16-1、本地DSP控制器16-2 和級聯加熱調節器16-3;云平臺數值預置器16-0連接蓄熱監控界面16-1，蓄熱監控界面16-1連接本地DSP控制器16-2,本地DSP控制器16-2連接級聯加熱調節器16-3,級聯加熱調節 器16-3連接變頻風機10和儲存加熱絲2。
[0040] 分布式級聯電加熱爐的蓄熱控制方法，其特征在于：該方法是根據所需蓄熱量和 用戶負荷的不同而調節供熱量及產熱量的控制方法;利用云平臺無線傳送或手動觸摸鍵盤 將蓄熱數值寫入預置器16-0,再傳入蓄熱監控界面16-1中，通過本地DSP控制器16-2進行控 制，沒有達到預置目標去蓄熱體結構的級聯加熱調節器16-3，做變頻鼓風和爐絲組合控制 完成加熱蓄熱控制，以此形成一個循環系統，以達到多用低峰電、少用高峰電加熱的目的， 實現節能蓄熱控制的目的。
[0041] 本方法主要目的是通過顯示屏來選擇所需的溫度并計算所需的熱量，將數據傳輸 到蓄熱控制器中，控制器指揮變頻鼓風-水循環系統將蓄熱體中的熱量輸出和輸入，以達到 控制蓄熱體放出熱量及電阻絲加熱的目的，顯示屏來設定用戶所需的入戶溫度和爐體蓄熱 總量，也可通過遠程數據預置器設定用戶所需的入戶溫度和爐體蓄熱總量，本地DSP控制器 將數據連接到蓄熱和供熱控制執行器中，加熱控制的熱量送入蓄熱體中，由蓄熱體按用戶 的設定目標需要，釋放所需的熱量。
[0042] 方形坑道式蓄熱磚1儲存加熱絲2釋放的熱能，換熱裝置以及和儲熱裝置連接部分 加裝絕熱外殼14。
[0043]方形坑道式蓄熱磚（1)，主要組成如圖3、圖4和圖5所示，工作原理是，蓄熱結構體 可由圖3和圖4的正方體型固體蓄熱磚垛疊組成圖5所示的結構體，垛疊得結構體內部形成 A、B型坑道，坑道內可配置不同的爐絲，組成加熱蓄熱可控的坑道體結構。磚體上下表面有 相互契合的峰與谷，這樣可以保證垛體的穩定性。每個蓄熱體有兩個小坑道B-個大坑道A 共三個坑道用來放置大小不同的電加熱絲并作為通風散熱孔道使用。如，每個大坑道中可 放置一組500KW的電熱絲，或一組200KW的電熱絲，或一組100KW電熱絲;其中一個小坑可放 一組50KW或20KW或10KW電熱絲；另一個小坑放一組5KW電熱絲，或2KW電熱絲，或1KW電熱絲。 根據爐體蓄熱容量配置級聯爐絲和大小坑道;級聯控制輸出時，由爐絲所在的坑道對應功 率組合，進行爐子加熱控制。每個坑道由不同的輸出通道號（Qi。。。）來控制調用，以實現上 述級聯蓄熱的控制。例如，上述65KW級聯組合即可調用A坑道中一組50KW電熱絲，B坑道中一 組10KW電熱絲和另一 B坑道中一組5KW電熱絲組合，完成加熱過程控制。
[0044] 不同功率的電阻絲級聯組合會放出不同的熱量，則升高到所需的溫度就需要不同 熱量的爐絲進行級聯組合加熱，組合控制根據算法，進行邏輯字輸出，得到對應的功率輸 出。按照表1所列的方法進行級聯組合，可滿足l〇〇〇〇kW以下的功率輸出控制。
[0045] 本實用新型克服了將電能作為采暖鍋爐加熱源的缺點，即電網負荷高峰時不用或 少用電加熱系統，電網負荷低峰時，按控制要求把電加熱儲存起來，在高峰時將蓄熱放出給 用戶供熱，這樣既可利用峰電和谷電的價差優勢，又達到對電網的消峰填谷負荷調節，更有 效地實現節能降耗的經濟運行。
[0046] 綜上所述，本系統的工作過程如下：
[0047]谷電時段，由云平臺無線傳送或手動觸摸鍵盤將蓄熱數值寫入預置器16-0,再傳 入蓄熱監控界面16-1中，通過本地DSP控制器16-2進行控制，沒有達到預置目標去蓄熱體結 構1的級聯加熱調節器16-3,做變頻鼓風和爐絲組合控制。組合控制根據算法，進行邏輯字 輸出，得到對應的功率輸出。在坑道式電加熱蓄熱體結構中的電加熱絲組成所需的級聯組 合進行加熱。如果溫度已經達到預設溫度，則變頻風機10工作，熱量通過換熱管13輸出。當 蓄熱量需要改變時，控制器16需要調用不同的級聯組合。
[0048]以100KW的電蓄熱器為例。由云平臺參數值，預測明日夜間溫度為0°C，夜間23時， 設定用戶溫度為18°C，通過GPRS將預設參數值通訊至本地PI控制器。用戶當前溫度每兩小 時監測一次，假設當地監測器顯示用戶實時溫度為14°C，實時溫度傳輸至云平臺進而通訊 至遠程。本地PI控制器計算得需要散熱量q = 40KWh，散熱過程需要0.5h，同時遠程控制器計 算需要散熱量為40KWh，純蓄熱量為25KW。控制器采用級聯方式調用50KWX 1，10KWX 1，5KW XI，三組加熱絲工作。當用戶監測器顯示已達到設定溫度后，鼓風機停止工作，放熱過程結 束。蓄熱器繼續蓄熱。蓄熱過程從21時至6時，共持續10小時。當需要熱量調整時，再改變調 節級聯組合。
[0049] 表1為電爐絲級聯組合邏輯表：
[0050]
[0052] 控制輸出65kW，控制邏輯QmQkjQx，
[0053] 表 1
[0054] 本實用新型具有結構巧妙、安全可靠、運行費用低的特點，其可以起到削峰填谷， 提高電網負荷利用率的作用。
【主權項】
1. 一種坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:該結構包括換熱裝置、以及與換熱裝置 連接的儲熱裝置，換熱裝置為設置在絕熱外殼（14)內的換熱管（13)，換熱管（13)兩端分別 為進水口（11)和出水口（12)，在絕熱外殼（14)上設置有換熱進風口和換熱出風口（15); 儲熱裝置包括方形坑道式蓄熱磚（1)和儲存加熱絲（2)，儲存加熱絲（2)設置在方形坑 道式蓄熱磚（1)的坑道內，在蓄熱磚（1)內形成熱風通道(6)，熱風通道(6)首位相連形成貫 通的通道，該通道的兩端分別為進風口（7)和出風口（8)，進風口（7)通過管路連接至換熱出 風口（ 15)，出風口（8)通過管路連接至換熱進風口。2. 根據權利要求1所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:在進風口（7)和出風 口（8)位置設置可控閥門（9);該結構還包括變頻風機（10)，變頻風機（10)的一端與進風口 (7)連通，變頻風機(10)的另一端與換熱出風口（15)連通;在換熱裝置與儲熱裝置連接的管 路上也設置有絕熱外殼。3. 根據權利要求2所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:該結構還包括控制系 統（16)，控制系統（16)控制加熱絲(2)、變頻風機(10)和可控閥門（9)。4. 根據權利要求1所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于：方形坑道式蓄熱磚 (1)設置在蓄熱殼體(5)內，在蓄熱殼體(5)內壁設置有保溫層(3)。5. 根據權利要求1所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于：熱風通道(6)為首尾 相連形成的"S"形通道，在每個拐角銜接處設置擋風板(4)。6. 根據權利要求1所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:蓄熱結構體由多個正 方體型固體蓄熱磚垛疊組成，垛疊之后在結構體內部形成小坑道和大坑道。7. 根據權利要求6所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:每個蓄熱體有兩個小 坑道一個大坑道共三個坑道用來放置大小不同的儲存加熱絲(2)并作為通風散熱的熱風通 道使用。8. 根據權利要求3所述的坑道式電加熱蓄熱體結構，其特征在于:控制系統（16)包括云 平臺數值預置器（16-0)、蓄熱監控界面（16-1)、本地DSP控制器（16-2)和級聯加熱調節器 (16-3);云平臺數值預置器（16-0)連接蓄熱監控界面（16-1)，蓄熱監控界面（16-1)連接本 地DSP控制器（16-2 )，本地DSP控制器（16-2 )連接級聯加熱調節器（16-3 )，級聯加熱調節器 (16-3)連接變頻風機(10)和儲存加熱絲(2)。
【文檔編號】F24D13/02GK205481273SQ201620077897
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月26日
【發明人】李媛, 邢作霞, 姜立兵, 康愛國
【申請人】沈陽工業大學