本發(fā)明涉及一種電能蓄能設(shè)備，具體地說是一種固體谷電蓄能設(shè)備。

背景技術(shù)：

為控制和整治大氣污染,國內(nèi)在煤炭潔凈加工開發(fā)技術(shù)、煤炭潔凈高效燃燒技術(shù)、煤炭潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)、污染排放控制技術(shù)等方面取得了許多新成果，并全面推行燃煤鍋爐改造工作。所采取的主要技術(shù)包括：煤改氣，煤改電，生物質(zhì)，空氣源熱泵，水源熱泵，電熱膜等。然而煤炭資源作為不可再生資源，最終會面臨資源枯竭問題。同樣，煤改氣和煤改生物質(zhì)會遇到燃料供應(yīng)受限制比較多等問題。并且以上技術(shù)并不能很好的解決目前PM2.5超標(biāo)嚴(yán)重和溫室效應(yīng)問題。中科院的研究表明盲目的推行煤改氣反而會加重霧霾現(xiàn)象。國外在應(yīng)對這方面的做法是大力推行電能替代。隨著我國民用核電技術(shù)的應(yīng)用和推廣，以及風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電這兩項基礎(chǔ)設(shè)施的投入和建設(shè)，用電緊張已經(jīng)得到了初步解決，并且部分地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)谷電不能完全消納的問題。充分利用谷電，將對我國電能替代工作產(chǎn)生巨大的推動作用。

由于電能替代在治理大氣污染方面的巨大效用，電能替代作為重大措施之一，已被寫入了國務(wù)院《大氣污染防治行動計劃》等重要文件。對此，國家電網(wǎng)公司提出了“全面深入推進(jìn)電能替代”。2013年8月，國家電網(wǎng)公司印發(fā)了電能替代實施方案，要求在經(jīng)營區(qū)域內(nèi)全面啟動電能替代工作，發(fā)揮電能便捷、安全、清潔、高效等優(yōu)勢，面向終端能源消費市場，積極倡導(dǎo)“以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來、來的是清潔電”的能源消費新模式，不斷提高電能占終端能源消費比重。

通常固體蓄熱介質(zhì)的最高耐熱溫度為1000℃左右，采用普通加熱絲、加熱帶在反復(fù)加熱工作后容易熔斷。同時，蓄熱設(shè)備在系統(tǒng)安裝中，需要一次、二次循環(huán)系統(tǒng)，通過一次循環(huán)系統(tǒng)和二次循環(huán)系統(tǒng)之間的板式換熱器進(jìn)行二次熱交換，造成二次熱量損失。熱效率低，自動化程度不高，勞動強(qiáng)度大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中固體蓄熱介質(zhì)最高耐熱溫度不夠，加熱元件在反復(fù)加熱工作后容易熔斷以及需要一次、二次循環(huán)系統(tǒng)二次熱量損失大等不足，本發(fā)明要解決的問題是提供一種用電成本低(谷電)，清潔高效無污染的固體谷電蓄能裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種固體谷電蓄能裝置，具有蓄熱單元、熱交換單元以及控制單元，熱交換單元與蓄熱單元在控制單元的控制下與用戶端進(jìn)行熱量置換，其中蓄熱單元包括蓄熱體、加熱單元組以及絕熱層，加熱單元組布設(shè)于蓄熱體中，將谷電轉(zhuǎn)換成熱能，并將熱能存儲于蓄熱體中，絕熱層布設(shè)于蓄熱體的外圍；熱交換單元包括風(fēng)機(jī)、換熱器、風(fēng)道和風(fēng)室，其將蓄熱體中的熱能通過熱交換方式輸出至用戶端；控制單元包括動力柜、控制柜、PLC控制器及觸摸屏，對蓄熱單元和熱交換單元中的電控設(shè)備進(jìn)行智能控制。

蓄熱體由固體氧化鎂磚砌筑成，固體氧化鎂整體為長方體，長方體的下底面沿一軸向及四個側(cè)面的豎向各設(shè)有一個凹槽即為通風(fēng)孔，在與下底面平行的上底面上，在垂直于下底面通風(fēng)孔的方向上，設(shè)有兩個凹槽為加熱元件的通過方向，構(gòu)成四維孔型的強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)。

絕緣層由外向內(nèi)為兩層，第一層采用納米絕熱材料層，第二層為空氣絕熱層。

熱交換單元中的風(fēng)機(jī)將蓄熱池中的熱風(fēng)經(jīng)過回風(fēng)風(fēng)道抽入換熱器，經(jīng)過換熱器換熱降溫后，通過風(fēng)道以及風(fēng)室進(jìn)入風(fēng)機(jī)入口，風(fēng)機(jī)加壓后，通過出風(fēng)風(fēng)道再次進(jìn)入蓄熱池；風(fēng)室即為蓄熱池的換熱空間。

控制單元包括多個溫度傳感器，設(shè)于風(fēng)機(jī)入口及蓄熱體中。

加熱單元組采用加熱絲，采用星型接法，并與蓄熱池吹風(fēng)方向形成垂直交叉結(jié)構(gòu)即星型交叉加熱結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還具有支撐結(jié)構(gòu)及保護(hù)外殼，支撐結(jié)構(gòu)由底部風(fēng)機(jī)、換熱器安裝平臺即一層平臺以及上部蓄熱池支撐平臺即二層平臺組成；保護(hù)外殼為安全而設(shè)置的防護(hù)罩。

換熱器為氣-水、氣-氣、氣-油換熱方式對負(fù)載循環(huán)熱媒進(jìn)行熱交換。

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：

1.本發(fā)明是一種高效的清潔節(jié)能熱工產(chǎn)品，利用低谷電在夜間21點到凌晨7點這段低價電費期間蓄熱，并在白天用電高峰的平峰價電時段，利用自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行采暖、供熱的智能設(shè)備，極大降低了用電成本，更清潔、高效、無污染，是未來清潔能源發(fā)展的一種趨勢。

2.本發(fā)明對蓄熱材料(鎂磚)和保溫材料(納米保溫材料)的更新設(shè)計，實現(xiàn)固體蓄熱的超高溫使用，設(shè)計最高使用溫度1200℃，超越國內(nèi)外同種產(chǎn)品800℃的儲能溫度，達(dá)到更高效儲熱、低成本運行效果；蓄熱材料采用高密高效的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證材料比熱200～1000℃平均比熱≥1159j/(kg·℃)，最高耐受溫度1600℃，同時，四維孔型的強(qiáng)化傳熱設(shè)計大大提高了傳熱效果，也使蓄熱體可以在壽命20年內(nèi)(反復(fù)升溫降溫)仍可維持強(qiáng)度、不粉、不裂。

3.本發(fā)明中的換熱裝置可以直接與負(fù)載對接，減少因二次換熱而造成的熱量損失，同時節(jié)約一次循環(huán)泵、板式換熱器等設(shè)備投資。且由于高科技納米保溫材料的應(yīng)用，使得整套設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)95％以上。

4.本發(fā)明中的加熱單元組采用星型交叉加熱結(jié)構(gòu)。可實現(xiàn)不停機(jī)狀況下加熱元件的快速更換，運行維護(hù)成本低；通過智能化數(shù)顯觸摸屏PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)氣候補償控制、友好人機(jī)對話、無人職守、個性設(shè)置、更加人性化的設(shè)備運行管理；此外設(shè)備自帶以太網(wǎng)及485協(xié)議，可實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的24小時遠(yuǎn)程信息傳遞與智能監(jiān)控。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2A為本發(fā)明中單塊固體氧化鎂磚結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2B為圖2A的立體圖；

圖2C為圖2A的俯視圖；

圖2D為圖2A的右視圖；

圖3為星型交叉加熱結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為蓄熱體，2為加熱單元組，3為絕熱層，301為空氣絕熱層，302為納米絕熱層，4為風(fēng)機(jī)，5為加熱器，6為風(fēng)道，601為出風(fēng)風(fēng)道，602為回風(fēng)風(fēng)道，7為風(fēng)室，8為動力柜，9為控制柜，10為保護(hù)外殼，11為蓄熱單元，12為換熱單元，13為二層平臺，14為支撐結(jié)構(gòu)，15為一層平臺，16為熱電偶安裝位置。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，本發(fā)明固體谷電蓄能裝置具有蓄熱單元11、熱交換單元12以及控制單元，熱交換單元12與蓄熱單元13在控制單元的控制下與用戶端進(jìn)行熱量置換，其中蓄熱單元包括蓄熱體1、加熱單元組2以及絕熱層3，加熱單元組2布設(shè)于蓄熱池1中，將谷電轉(zhuǎn)換成熱能，并將熱能存儲于蓄熱體1中，絕熱層3布設(shè)于蓄熱池1外圍；熱交換單元包括風(fēng)機(jī)4、換熱器5、風(fēng)道6和風(fēng)室7，其將蓄熱體1中的熱能通過熱交換方式輸出至用戶端；控制單元包括動力柜8、控制柜9、PLC控制器及觸摸屏，對蓄熱單元和熱交換單元中的電控設(shè)備進(jìn)行智能控制。本發(fā)明還具有支撐結(jié)構(gòu)14及保護(hù)外殼10，支撐結(jié)構(gòu)14由底部風(fēng)機(jī)4、換熱器5、二層平臺13以及上部蓄熱池支撐平臺組成；保護(hù)外殼10是在設(shè)備安裝完畢后為了安全而設(shè)置的防護(hù)罩，其為設(shè)備所有部件提供安裝環(huán)境的金屬構(gòu)架，及安全防護(hù)所需的外殼。

蓄熱體1的蓄熱材料通過科學(xué)的布置堆積而成，體積大小、堆積模數(shù)與存儲熱量的多少有關(guān)。一定功率熱能的存儲量，在設(shè)計時，既要考慮模數(shù)，還要考慮存儲量滿足使用要求，一般1.159kJ/kg.k。

蓄熱體1由固體氧化鎂磚砌筑成四維孔型的強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)，如圖2A～2D所示，固體氧化鎂整體為長方體結(jié)構(gòu)，長方體的上底面(圖2B)沿一軸向及四個側(cè)面的豎向各設(shè)有一個凹槽即是通風(fēng)孔，在與下底面平行的上底面上，在垂直于下底面通風(fēng)孔的方向上，設(shè)有兩個凹槽，是加熱元件的通過方向，構(gòu)成四維孔型的強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，為多個固體氧化鎂磚砌筑成四維孔型的強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)，各固體氧化鎂的相應(yīng)槽對接，多個加熱元件布置在上底面(從圖2B看為下面)的兩個凹槽中，雙箭頭所示為熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)向，由固體氧化鎂磚的下底面(從圖2B看為上部)的槽對接后形成的熱風(fēng)道通過，單箭頭所示為加熱元件通過方向，加熱元件采用星形聯(lián)接，即星型交叉加熱結(jié)構(gòu)。(本實施例中，磚布置的時候是按照圖2B倒置的方法布置的，也就是說當(dāng)俯視時看到的磚應(yīng)該是圖3的效果圖)

絕熱層3由外向內(nèi)為兩層防護(hù)，第一層采用納米絕熱層302，具有極大的熱阻，保證爐內(nèi)熱量不散失。第二層為空氣絕熱層301，空氣本身就是很好的隔熱材料，利用空氣隔熱。

加熱單元組2由加熱絲及連接配件、絕緣配件組成，通電后發(fā)熱實現(xiàn)對蓄熱池1的升溫。一定的加熱功率分成多組啟動、停止，減小因啟動功率過大對電網(wǎng)的沖擊，同時也有利蓄熱池的溫度控制。本發(fā)明中，加熱單元組2采用加熱絲，布置成星型交叉加熱結(jié)構(gòu)，如圖3所示，可實現(xiàn)不停機(jī)狀況下的加熱元件的快速更換。

熱交換單元中的風(fēng)機(jī)4將蓄熱池1中的熱風(fēng)經(jīng)過回風(fēng)風(fēng)道602抽入換熱器5，經(jīng)過換熱器5換熱降溫后，通過風(fēng)道6以及風(fēng)室7進(jìn)入風(fēng)機(jī)4入口，風(fēng)機(jī)4加壓后，通過出風(fēng)風(fēng)道601再次進(jìn)入蓄熱池1；風(fēng)室7即為蓄熱池的換熱空間。循環(huán)的高溫空氣通過換熱器5與系統(tǒng)需要的(用戶需求的)熱介質(zhì)進(jìn)行換熱，對熱水、熱風(fēng)、導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱。如蒸汽發(fā)生器，可生產(chǎn)蒸汽。

本實施例中，蓄熱材料存儲熱量，溫度最高達(dá)1200℃，利用空氣作為熱載體(也叫媒介)，通過控制空氣循環(huán)量的多少，達(dá)到控制熱量輸出的多少。循環(huán)設(shè)備即風(fēng)機(jī)4采用高溫風(fēng)機(jī)，變頻控制空氣循環(huán)量。

控制單元中動力柜8及控制柜9是為循環(huán)設(shè)備如水泵、風(fēng)機(jī)4及加熱單元等提供電源的設(shè)備，還包括多個溫度傳感器，設(shè)于風(fēng)機(jī)4入口及蓄熱體1相應(yīng)位置即圖1中熱電偶安裝位置16，以及為中央處理器提供數(shù)據(jù)的本地儀表(溫度、壓力)，本裝置中所有的動作通過一個中央處理系統(tǒng)(采用PLC)對信號收集、數(shù)據(jù)分析、發(fā)出動作指令，實現(xiàn)自動化無人值守。

本發(fā)明通過PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)氣候補償控制、友好人機(jī)對話、無人職守、個性設(shè)置、更加人性化的設(shè)備運行管理；此外設(shè)備自帶以太網(wǎng)及485協(xié)議，可實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的24小時遠(yuǎn)程信息傳遞與智能監(jiān)控。

本發(fā)明的工作過程如下：在低谷電期間，裝置內(nèi)部用電通過電加熱元件將電能轉(zhuǎn)化成熱能儲存在固體蓄熱體中，溫度可從常溫直達(dá)到800-1200攝氏度以上。在負(fù)載需要熱量供給時，設(shè)備可按照預(yù)先設(shè)定好的程序，按設(shè)定的溫度和供暖量。通過變頻風(fēng)機(jī)，將蓄熱體中的熱能經(jīng)由密閉的循環(huán)風(fēng)道吹入風(fēng)-水換熱器，再由換熱器將能量傳輸給負(fù)載端。裝置從蓄熱到為負(fù)載提供供給，整個環(huán)節(jié)均采用PLC智能控制，實現(xiàn)完全無人自動化運行。

本發(fā)明在制造時考慮整體運輸?shù)跹b會對蓄熱材料造成損壞，采用部件分離，現(xiàn)場組裝。搬運口很窄的地方也可進(jìn)行安裝。占地面積小，占地面積僅為水蓄暖的七分之一，為傳統(tǒng)鍋爐的四分之一?？紤]其安全實用性，系統(tǒng)蓄熱端與用戶端實現(xiàn)百分百絕緣。設(shè)計熱能利用率高，達(dá)到95％以上。

本發(fā)明還可在原有配套管線的基礎(chǔ)上加裝不同換熱裝置，可根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)計，對加熱輸出的介質(zhì)可以是水，可以是熱風(fēng)，也可以是水蒸氣，還可以是導(dǎo)熱油，擴(kuò)展空間巨大。

本發(fā)明能夠轉(zhuǎn)移用電高峰期電量，緩解用電高峰期電網(wǎng)壓力，實現(xiàn)“移峰填谷”，可配合風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電等新能源，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)適用性。設(shè)備使用無污染，零排放，高效環(huán)保。

本設(shè)備蓄熱材料采用獨有配方，保證材料比熱值達(dá)到1.159kJ/kg.k以上，最高耐受溫度可達(dá)1600℃，結(jié)構(gòu)采用四維孔型設(shè)計，壽命20年內(nèi)仍可維持強(qiáng)度，不粉、不裂，實現(xiàn)20年內(nèi)不更換。電加熱材料采用特有合金材質(zhì)，反復(fù)加熱工作6000小時(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2000小時)，與普通加熱管、加熱帶相比壽命延長3-5倍。星型交叉加熱方式，實現(xiàn)不停機(jī)狀況下的加熱帶快速更換；智能化數(shù)顯觸摸屏PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)氣候補償控制、友好人機(jī)對話、無人職守、個性設(shè)置、更加人性化的設(shè)備運行管理；此外設(shè)備自帶以太網(wǎng)及485協(xié)議，可實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的24小時遠(yuǎn)程信息傳遞與智能監(jiān)控。