一种高电压大容量固体电蓄热系统

技术领域

本发明涉及电蓄热领域，尤其涉及一种高电压大容量固体电蓄热装置。

背景技术

近年来 ,随着人民生活水平的提高,供电峰谷差逐年加大，给电网运行带来较大的经济损失，因此大力推广在低谷时段运行的电蓄热装置,成为“削峰填谷”的有效办法。固体电蓄热装置是一种在谷电时段，采用电加热元件将电能转换成热能存储在蓄热砖中，使用时，再将蓄热砖中的热量释放出来的装置。

现有技术中的固体电蓄热装置一般是采用电热元件分散均匀布置在蓄热砌砖体内电热通道中，电热元件与蓄热砖接触，把蓄热砖作为一种绝缘材料。实际上由于电热通道狭小，传热效果很差，造成电热元件温度很高，寿命低，还有电热元件的安装维护困难。其二，现有技术中普遍采用的蓄热材料在高温下绝缘性能大大下降，很容易造成电气短路、过流烧坏电热元件故障，因此固体蓄热的温度一般不能高于800℃，限制了蓄热容量及电源电压等级，另外，蓄热材料要求高温绝缘，其成本高。针对以上问题，现有文献也有报道改进的方案。例如，把电热元件相对集中布置在蓄热体包围的腔体内，与蓄热材料不接触，单独绝缘。对于每组电热元件，只有部分循环风流经该组电热元件，其对流散热的效果差，电热元件及绝缘部分温度高，仍然存在上述问题。开发一种在高电压高温下，运行稳定可靠，蓄热材料适中的电蓄热技术在该领域存在必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高电压大容量固体电蓄热系统，以解决上述背景中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高电压大容量固体电蓄热系统，该系统由多个空气闭合循环回路并联构成。每个空气闭合循环回路包括：若干个空气加热单元、若干个蓄热单元、换热器、变频风机、管路系统及阀门附件等。其特征在于：所述的空气加热单元上部有一个空气进口，下部有一个空气出口；所述的蓄热单元上部有一个空气出口，下部有一个空气进口。沿空气流动方向，变频风机出口第一个空气加热单元的空气出口与第一个蓄热单元的空气进口通过电气绝缘结构的法兰连接；第一个蓄热单元空气出口再与第二个空气加热单元的空气进口通过电气绝缘结构的法兰连接，依次类推，将若干个空气加热单元与蓄热单元串联，最后一个蓄热单元的空气出口通过管路与换热器进口相连，换热器的空气出口通过管路又与变频风机的入口相连，变频风机的出口最后与第一个空气加热单元的进口通过电气绝缘结构的法兰连接。这样，首尾相连，形成一个闭合循环回路。所述的闭合循环回路上，换热器空气进口与出口之间设置有旁通管路，旁通管路上设置有旁通阀。

优选的，所述若干个蓄热单元，蓄热材料可以采用不同耐热温度的材质，按照顺序，第一个蓄热单元蓄热材料需要的耐热温度最低，最后一个蓄热单元采用最高等级耐热材质。

优选的，若干个蓄热单元内可以是普通耐热砖砌成多孔蜂窝状结构，也可由耐热钢或铸铁与耐热材料混合构建成多孔蜂窝状结构，甚至可以是颗粒状鹅卵石等耐热材料堆放成一定孔隙率的结构，若干个蓄热单元为长方体结构，空气进口在下部一侧端角处，空气出口在上部另一侧对角处。

优选的，所述若干空气加热单元电气上首尾相连，形成串联电路，星型接入高压交流电源。其中第一个空气加热单元与星型接法的相电压相连，最后一个空气加热单元接入中性点，中性点良好接地。

优选的，所述若干空气加热单元电气绝缘等级不同。其中第一个空气加热单元采用最高等级的电气绝缘，最后一个空气加热单元电气绝缘等级最低。所述每个空气加热单元的空气进出口在管路系统中的法兰连接均设有电气绝缘结构，绝缘结构包括绝缘法兰、绝缘套、绝缘垫片等构成。

优选的，所述空气加热单元内部可以由电热丝、电热带、电热管等电阻发热元件与绝缘陶瓷、折流挡板等组成。若干个蓄热单元为长方体结构，空气进口在上部一侧端角处，空气出口在下部另一侧对角处。

优选的，所述一种高电压大容量固体电蓄热系统由多个空气闭合循环回路并联构成，其并联数量由电蓄热的容量所决定，容量大则并联的数量多；所述每个空气闭合循环回路中串联的空气加热单元、蓄热单元数量由电压等级和最终蓄热温度所决定，电压等级、最终蓄热温度越高，串联的数量多。

与现有技术相比，本发明有益效果是：加热元件与蓄热材料完全隔离，布置在不同腔体内，蓄热材料无须考虑高温电气绝缘，只需考虑耐热等级；在蓄热量一定的条件下，分成若干个蓄热单元，每个蓄热单元可以选用不同耐热等级的材料，以上降低了固体电蓄热材料的使用条件，大大降低了高温材料的使用量，节约了蓄热材料成本。本发明提出的空气加热单元，空气闭合循环回路中循环风全部100%通过每个回路中所有的空气加热单元，参与热交换的对流风量大，电热元件以及绝缘材料的散热条件好，电热元件的寿命长。电热单元的电气接线方法，使得耐高温与抗高电压问题分离，第一个空气加热单元主要考虑高电压绝缘问题，最后一个主要考虑耐高温问题，解决了现有技术中需要同时考虑耐高温与抗高压问题，绝缘成本可以大大降低，实现了高电压大容量下固体电蓄热稳定运行。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明系统主视图。

图2为本发明系统俯视图。

图3为本发明蓄热单元内部结构之一主视图。

图4为本发明蓄热单元内部结构之二主视图。

图5为本发明空气加热单元内部结构图。

图6为本发明若干空气加热单元电气接线示意图。

图7为本发明空气加热单元与管路系统法兰连接的电气绝缘结构图。

附图中，各标号所代表的设备如下。

1-第一个空气加热单元，2-第一个蓄热单元，3-第二个空气加热单元，4-第二个蓄热单元，5-最后一个空气加热单元，6-最后一个蓄热单元，7-旁通管路，8-换热器入口阀，9-换热器，10-旁通阀，11-管路，12-变频风机，13-多孔蜂窝状结构，14-颗粒状鹅卵石等耐热材料堆放成一定孔隙率的结构，15-电气接线端子，16-电阻发热元件，17-折流挡板，18-螺栓，19-垫片，20-绝缘垫片，21-法兰，22-绝缘法兰，23-绝缘套，24-螺母。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1--7，本发明提供一种技术方案：一种高电压大容量固体电蓄热系统，该系统由多个空气闭合循环回路并联构成。每个空气闭合循环回路包括：若干个空气加热单元（1、3、5）、若干个蓄热单元（2、4、6）、换热器（9）、变频风机（12）、管路（11）及阀门附件等。所述的空气加热单元（1、3、5）上部有一个空气进口，下部有一个空气出口；所述的蓄热单元（2、4、6）上部有一个空气出口，下部有一个空气进口。沿空气流动方向，变频风机出口第一个空气加热单元（1）的空气出口与第一个蓄热单元（2）的空气进口通过电气绝缘结构的法兰连接；第一个蓄热单元（2）空气出口再与第二个空气加热单元（3）的空气进口通过电气绝缘结构的法兰连接，依次类推，将若干个空气加热单元（1、3、5）与蓄热单元（2、4、6）串联，最后一个蓄热单元（6）的空气出口通过管路与换热器（9）进口相连，换热器（9）的空气出口通过管路（11）又与变频风机（12）的入口相连，变频风机（12）的出口最后与第一个空气加热单元（1）的进口通过电气绝缘结构的法兰连接。这样，首尾相连，形成一个闭合循环回路。所述的闭合循环回路上，换热器（9）空气进口与出口之间设置有旁通管路（7），旁通管路（7）上设置有旁通阀（10）。

本发明所述若干个蓄热单元（2、4、6），蓄热材料可以采用不同耐热温度的材质，按照顺序，第一个蓄热单元（2）蓄热材料需要的耐热温度最低，最后一个蓄热单元（6）采用最高等级耐热材质。若干个蓄热单元（2、4、6）内部如图3、图4所示结构，可以是普通耐热砖砌成多孔蜂窝状结构（13），也可由耐热钢或铸铁与耐热材料混合构建成多孔蜂窝状结构（13），甚至可以是颗粒状鹅卵石等耐热材料堆放成一定孔隙率的结构（14），若干个蓄热单元（2、4、6）为长方体结构，空气进口在下部一侧端角处，空气出口在上部另一侧对角处。

本发明所述若干空气加热单元（1、3、5）电气上首尾相连，形成串联电路，星型接入高压交流电源。其中第一个空气加热单元（1）与星型接法的相电压相连，最后一个空气加热单元（5）接入中性点，中性点良好接地，图6为电气接线示意图。所述若干空气加热单元（1、3、5）电气绝缘等级不同。其中第一个空气加热单元（1）采用最高等级的电气绝缘，最后一个空气加热单元（5）电气绝缘等级最低。所述每个空气加热单元（1、3、5）的空气进出口在管路系统中的法兰连接均设有电气绝缘结构，绝缘结构如图7所示，由绝缘法兰（22）、绝缘套（23）、绝缘垫片（20）等构成。所述的空气加热单元（1、3、5）如图6所示，内部可以由电热丝、电热带、电热管等电阻发热元件（16）与绝缘陶瓷、折流挡板（17）等组成。若干个空气加热单元（1、3、5）为长方体结构，空气进口在上部一侧端角处，空气出口在下部另一侧对角处。外部有两个电气接线端子（15），空气由上部入口进入，经多次折流，冲刷电阻发热元件（16），从下部出口流出。

所述的所述一种高电压大容量固体电蓄热系统由多个空气闭合循环回路并联构成，其并联数量由电蓄热的容量所决定，容量大则并联的数量多；所述每个空气闭合循环回路中串联的空气加热单元（1、3、5）、蓄热单元（2、4、6）数量由电压等级和最终蓄热温度所决定，电压等级、最终蓄热温度越高，串联的数量多。

本实施例的一个具体应用为如图1、图2所示，低谷电期间，系统开始工作。变频风机打出的循环空气进入第一个空气加热单元（1），在第一个空气加热单元中被电阻发热元件（16）加热后进入第一个蓄热单元（2），依次类推，进入最后一个蓄热单元（6）（图中第三个蓄热单元，数量不限于此）。从最后一个蓄热单元（6）流出后进入换热器（9）放出热量，再进入变频风机（12）完成一个循环回路的热量交换过程。供热回路中的低温回水进入换热器（9）中，接受换热器（9）的热量被加热成较高温度的热水或蒸汽从换热器（9）流出，带走换热器（9）的热量。当外界不需要供热时，关闭换热器入口阀（8），完全打开旁通阀（10），进入100%蓄热模式工作；当外界供热负荷需要调整时，可通过上述两个阀门的开启程度配合来适应供热负荷变化，旁通阀（10）开启越大，供热负荷越低，反之，亦然。与仅靠变频风机调节的方式相比，很大程度上，扩大了热负荷调节的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。