电加热式固体蓄热设备.pdf

本发明是一种电加热式固体蓄热设备，蓄热体本体长度走向上设置有若干条通风风道，蓄热体本体宽度走向上设置有若干条电热丝通道；沿蓄热体本体长度走向，安装在所述电热丝通道中的电热丝被分为至少两个单元；每个单元的电源通断实行单独控制。能够保证蓄热体温度均衡，防止电热丝温度过高。

1.  一种电加热式固体蓄热设备，包括由若干块蓄热砖堆砌而成的蓄热体本体以及与蓄热体本体中的电热丝相连接的供电电源，其特征在于：所述的蓄热砖具有左右各一个竖直立面（2）、前后各一个竖直端面（5）、一个带有左右方向上通透的凹槽（4）的底面（3）和一个位于底面正上方且在左右方向上短于底面宽度的顶面（1），顶面（1）与竖直立面（2）之间为左右各一个斜面或者内凹面（6）；蓄热砖左右块竖直立面贴合，前后块竖直端面贴合，上下层底面贴合且凹槽槽口正对，形成蓄热体本体长度走向上贯通的若干条由所述凹槽围成的通风风道（7），并形成蓄热体本体宽度走向上贯通的若干条由相邻蓄热砖的斜面或者内凹面围成的电热丝通道（8）；沿蓄热体本体长度走向，安装在所述电热丝通道（8）中的电热丝被分为至少两个单元；每一单元中的电热丝（9）又被分为若干组，每九根电热丝设定为一组；每个单元的电源通断实行单独控制。

2.  如权利要求1所述的电加热式固体蓄热设备，其特征在于：还包括用于将电炉丝端部引出蓄热设备本体的陶瓷管（10）；陶瓷管（10）的中心孔壁具有一段喇叭口段（11），该喇叭口段（11）靠近陶瓷管（10）的外端；该喇叭口段（11）至陶瓷管（10）外端的中心孔壁直径小于该喇叭口段（11）至陶瓷管（10）内端的中心孔壁直径。

3.    如权利要求1或2所述的电加热式固体蓄热设备，其特征在于：所述供电电源包括电源柜体（12）和安装在电源柜体（12）中的干式变压器（20）；电源柜体（12）中还安装有高压隔离开关（16）以及用于对回路进行通断控制的高压真空接触器（17）；高压隔离开关（16）连接有用于连接电网上级开关的高压进线端（14），高压隔离开关（16）还通过接线排连接高压真空接触器（17）的输入端，高压真空接触器（17）的输出端通过接线排和绝缘子（18）连接干式变压器（20）的高压输入端（19），干式变压器（20）的低压输出端（13）连接有低压输出线；电源柜体（12）中还安装有与所述高压隔离开关（16）相连接的电压传感器（4），该电压传感器（4）与电源柜体（12）的柜门上设置的高压带电显示装置相连接；所述的电源柜体（12）的柜门上还安装有变压器温控仪；所述的干式变压器（20）底部安装有风机，上部安装有风扇，所述风机和风扇的转动和停止均由所述变压器温控仪控制。

电加热式固体蓄热设备
技术领域
本发明涉及一种电加热式固体蓄热设备。
背景技术
作为一种新型储能系统的电加热式固体蓄热设备，其主要功能是利用低谷电、风力发电以及光伏太阳能发电等对固体蓄能材料进行加热并储存热能，在供电高峰期将储存的热能持续向采暖系统或者生活热水系统释放。
现有的电加热式固体蓄热设备所采用的固体蓄热体材料一般为氧化镁砖，砖与砖之间在蓄热体本体长度走向上留出若干条通道。这些通道既作为通风风道又作为发热电热丝通道使用。电加热和风循环过程中，由于这种通道结构只能采用统一加热断电模式，无法实现长度走向上的分段控制加热，这些通道在前后方向上存在比较明显的温度梯度，导致蓄热体温度不均衡，易于造成电热丝因局部温度过高而损坏的问题。
另一方面，授权公告号为CN204119543U的中国发明公开了“一种电加热式固体蓄热设备的加热接线装置”，该装置将电热丝的两个端部安装在陶瓷管中，将陶瓷管可拆卸地置于保温材料之中，并在陶瓷管之外设置夹线板用于连接电热丝和电源线，需要更换电热丝时，打开夹线板即可从一个端头抽出电热丝，而不需要拆卸其它部件。实践中发现，这种方式确实能够简化电热丝的更换操作，但所用陶瓷管中心孔向外散热的问题比较突出，在很大程度上影响了蓄热设备的蓄热性能。
第三方面，由于没有一种专用装置将10KV或者6KV高压交流电转换成1000V交流电为大功率蓄热体供电，现有的电加热式固体蓄热设备一般直接使用固体电源或者传统的380V交流电。一方面需要额外增加380V变压器变送电源；另一方面，固体蓄热设备的蓄热功率通常在几百千瓦，由于现有的380V电网主要针对工厂或者小区设计其负荷，如果固体蓄热设备并入现有电网会给基础电网带来较大的负担。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电加热式固体蓄热设备，第一、通过分段控制模式对不同温度区域的蓄热体分开控制，保证蓄热体温度均衡；第二、通过改进电热丝两端陶瓷管的结构形状，最大限度地降低陶瓷管中心孔热量流失率。第三、提供一种专用供电电源，将高压交流电转换成适合电加热式固体蓄热设备使用的低压电源。
本发明的技术方案如下：
一种电加热式固体蓄热设备，包括由若干块蓄热砖堆砌而成的蓄热体本体以及与蓄热体本体中的电热丝相连接的供电电源，其特征在于：所述的蓄热砖具有左右各一个竖直立面、前后各一个竖直端面、一个带有左右方向上通透的凹槽的底面和一个位于底面正上方且在左右方向上短于底面宽度的顶面，顶面与竖直立面之间为左右各一个斜面或者内凹面；蓄热砖左右块竖直立面贴合，前后块竖直端面贴合，上下层底面贴合且凹槽槽口正对，形成蓄热体本体长度走向上贯通的若干条由所述凹槽围成的通风风道，并形成蓄热体本体宽度走向上贯通的若干条由相邻蓄热砖的斜面或者内凹面围成的电热丝通道；沿蓄热体本体长度走向，安装在所述电热丝通道中的电热丝被分为至少两个单元；每一单元中的电热丝又被分为若干组，每九根电热丝设定为一组；每个单元的电源通断实行单独控制。
还包括用于将电炉丝端部引出蓄热设备本体的陶瓷管；陶瓷管的中心孔壁具有一段喇叭口段，该喇叭口段靠近陶瓷管的外端；该喇叭口段至陶瓷管外端的中心孔壁直径小于该喇叭口段至陶瓷管内端的中心孔壁直径。
    所述供电电源包括电源柜体和安装在电源柜体中的干式变压器；电源柜体中还安装有高压隔离开关以及用于对回路进行通断控制的高压真空接触器；高压隔离开关连接有用于连接电网上级开关的高压进线端，高压隔离开关还通过接线排连接高压真空接触器的输入端，高压真空接触器的输出端通过接线排和绝缘子连接干式变压器的高压输入端，干式变压器的低压输出端连接有低压输出线；电源柜体中还安装有与所述高压隔离开关相连接的电压传感器，该电压传感器与电源柜体的柜门上设置的高压带电显示装置相连接；所述的电源柜体的柜门上还安装有变压器温控仪；所述的干式变压器底部安装有风机，上部安装有风扇，所述风机和风扇的转动和停止均由所述变压器温控仪控制。
本发明的积极效果在于：
第一、本发明每九根电热丝设定为一组，若干组为一个独立的控制单元，这些控制单元沿蓄热体长度走向布置，每个单元单独控制，达到设定温度后相应单元自动停止加热，因此能够保证蓄热体温度均衡，防止电热丝温度过高。
第二、由于电热丝通道和通风通道之间互不干涉，一方面减少了高温电热丝与流动空气的接触，减轻了电热丝氧化程度，延长了电热丝寿命。另一方面，通风阻力减小，风道通风更加流畅。
第三、陶瓷管采用耐高温材料，内部有通孔，用于电炉丝通出炉外。其中通孔为不等半径圆孔，可最大限度地防止热量流失。
第四、本发明的专用供电电源从高压电网接入10KV或者6KV高压电，转化成蓄热设备所需的1000V电源，而不需要额外增加380V变压器变送电源。彻底解决了大功率蓄热设备安装后的能耗功率不足、基础电网负担过重的问题。本专用电源与其他380V电源设备分开独立，蓄热设备运行时，减少了设备之间的干扰和电压波动，因而延长了蓄热设备的使用寿命，并提高了设备的稳定性和设备用电操作的安全性。在没有380V电源的地区，通过本专用电源能够直接从10KV或6KV高压网取电，给蓄热设备安装使用提供了便利，同时减少了低压电网的垃圾电对设备的损害。采用本专用电源为蓄热设备供电，克服了逐级变压或者电力远距离传输造成的能源损耗问题，节省了的线材投入成本。
附图说明
图1是本发明蓄热砖的侧面形状示意图。
图2是本发明蓄热砖的端面形状示意图。
图3是本发明蓄热体本体与通风风道相垂直的侧面结构形状示意图。
图4是本发明蓄热体本体与电热丝通道相垂直的端面结构形状示意图。
图5是本发明电热丝分组分单元布置示意图。
图6是本发明电热丝两端陶瓷管的结构形状示意图。
图7是本发明专用电源的结构和工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
本发明的实施例包括由若干块蓄热砖堆砌而成的蓄热体本体。
如图1和图2，所述的蓄热砖具有左右各一个竖直立面2、前后各一个竖直端面5、一个带有左右方向上通透的凹槽4的底面3和一个位于底面正上方且在左右方向上短于底面宽度的顶面1，顶面1与竖直立面2之间为左右各一个斜面或者内凹面6。
如图3和图4，蓄热砖左右块竖直立面贴合，前后块竖直端面贴合，上下层底面贴合且凹槽槽口正对，形成蓄热体本体长度走向上贯通的若干条由所述凹槽围成的通风风道7，并形成蓄热体本体宽度走向上贯通的若干条由相邻蓄热砖的斜面或者内凹面围成的电热丝通道8。电热丝通道8和通风通道7均水平布置且互相垂直，互不干涉。
如图5，沿蓄热体本体长度走向，安装在所述电热丝通道8中的电热丝被分为三个单元，即DY1、DY2和DY3，每一单元中的电热丝9又被分为若干组，每九根电热丝设定为一组。每个单元的电源通断实行单独控制。基于这种布置方式，本发明实现了按照不同单元的分段控制模式。加热中实时监控各单元温度，每个单元达到设定蓄热温度时，随时断电，确保蓄热体各个单元温度均衡。
如图6，本发明还包括用于将电炉丝端部引出蓄热设备本体的陶瓷管10，陶瓷管10的中心孔用于安装电热丝的端部。使用时电热丝从该陶瓷管10外端穿出用于连接电源线。
其中陶瓷管10的中心孔壁具有一段喇叭口段11，该喇叭口段11尽量靠近陶瓷管10的外端。该喇叭口段11至陶瓷管10外端的中心孔壁直径小于该喇叭口段11至陶瓷管10内端的中心孔壁直径。多次实验证实，这种结构的陶瓷管10具有明显的降低陶瓷管中心孔热量流失率的效果。
如图7，本发明的专用供电电源包括电源柜体12和安装在电源柜体12中的干式变压器20。电源柜体12中还安装有高压隔离开关16、用于对回路进行通断控制的高压真空接触器17以及绝缘子18，其中高压隔离开关16连接有用于连接电网上级开关的高压进线端14，高压隔离开关16还通过接线排连接高压真空接触器17的输入端，高压真空接触器17的输出端通过接线排和所述绝缘子18连接干式变压器20的高压输入端19，干式变压器20的低压输出端13连接有低压输出线。使用时所述低压输出线通过蓄热控制柜接蓄热体并为大功率固体蓄热设备提供电能。
电源柜体12中还安装有与所述高压隔离开关16相连接的电压传感器4，该电压传感器4与电源柜体12的柜门上设置的高压带电显示装置相连接。电压传感器4将高压隔离开关16的通断状态信号实时传输至所述高压带电显示装置，显示装置显示该通断状态。
所述的电源柜体12的柜门上还安装有行程开关，门开立即跳开上级开关以保证创作者人身安全。
所述的电源柜体12的柜门上还安装有变压器温控仪，可实现超温报警或跳闸的自动控制。干式变压器20底部安装有风机，上部安装有风扇，用以实现本供电电源的散热。所述风机和风扇的转动和停止均由温控仪控制。
所有操作按键都置于电源柜体12的前面（假定机柜后方不具备打开条件）。控制箱和操作箱放置在机柜前方，方便操作。
低压控制部分和高压有安全隔离。
所述的电源柜体12的柜门上还安装有三相输出电压表、电流表及按钮指示灯等。
考虑通风，所述的电源柜体12的柜门上设计有百叶窗，以进一步保证柜体内部设备的散热。
所述的电源柜体12设计有观察窗，便于在不打开前门的前提下，方便观察柜内变压器情况（柜内配有照明灯）。
本供电电源还通过电气联锁设计保证了送电及断电能够按顺序操作。
采用智能式数显电流表，可以在某相短路时有效切断电路。
通过测试实验及现场使用，该设备运行可靠，并能满足绝缘电阻测试（测试电压2500V，绝缘阻值＞1GΩ）及一次器件28kV、二次器件2.5kV的耐压测试。
设备整体运行安全可靠，符合高压设备电气安全操作规程，内部布局合理，电气和结构设计最优化，接地可靠，整体外观整齐、美观，结构简单、实用。