CN110068041B - 蓄热式电暖器和电暖器控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蓄热式电暖器和电暖器控制方法，其中蓄热式电暖器包括电暖器壳体、第一相变蓄热层和第二相变蓄热层，第一相变蓄热层和第二相变蓄热层层叠设置在电暖器壳体中，第一相变蓄热层的相变温度高于第二相变蓄热层的相变温度，第一相变蓄热层中设有加热元件，电暖器壳体上与第二相变蓄热层相对的壁为前壁，前壁与第二相变蓄热层间隔设置形成风道，电暖器壳体上设有与风道导通的进风口和出风口。通过采用以上设置，使用过程中能够延长风道中流出空气的温度维持在中等温度的时长，延长等功率放热时长，缩短高温放热的时长，提高舒适性。避免前期高温放热时间较长，放热功率较高，后期放热功率较低，导致室内温度波动较大的情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及电暖器领域，特别是涉及一种蓄热式电暖器和电暖器控制方法。
背景技术
为改善环境，减少燃煤污染，电暖器得到广泛应用。而随着电器产品数量的增加，在用电高峰时段电网的负荷较大，此时的用电费用较高。为此具有蓄热功能的电暖器得到推广，蓄热式电暖器能够在夜间用电低谷时段储存热量，在用电高峰时段将之前存储的热量释放，进行加热，达到削峰填谷的目的。但是一般的蓄热式电暖器的热舒适性较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种蓄热式电暖器和电暖器控制方法，以提高使用时的舒适性。
一种蓄热式电暖器，包括电暖器壳体、第一相变蓄热层和第二相变蓄热层，所述第一相变蓄热层和所述第二相变蓄热层层叠设置在所述电暖器壳体中，所述第一相变蓄热层的相变温度高于所述第二相变蓄热层的相变温度，所述第一相变蓄热层中设有加热元件，所述电暖器壳体上与所述第二相变蓄热层相对的壁为前壁，所述前壁与所述第二相变蓄热层间隔设置形成风道，所述电暖器壳体上设有与所述风道导通的进风口和出风口。
上述方案提供了一种蓄热式电暖器，在所述电暖器壳体中设有第一相变蓄热层和第二相变蓄热层，用于加热的加热元件设置在相变温度较高的第一相变蓄热层中。基于用于形成所述风道的第二相变蓄热层的相变温度相对较低，因此在所述加热元件加热的过程中，所述风道中温度保持在中等温度的时间较长；当所述加热元件停止加热时，所述第一相变蓄热层首先发生相变过程，释放相变潜热，第一相变蓄热层温度基本保持稳定，所述第二相变蓄热层也保持较高的恒定温度，通过风道中流动的空气持续向房间等功率释放热量，直到所述第一相变蓄热层相变过程结束，温度继续降低使得所述第二相变蓄热层的温度降低到其相变温度时，所述第二相变蓄热层发生相变过程，释放相变潜热，再次等功率释放热量，此时所述风道中的温度再次维持相对稳定，直到所述第二相变蓄热层的相变过程结束，从而延长风道中空气的温度维持在中等温度的时长，缩短高温放热的时长，延长中温放热的时长，提高舒适性。而传统的电暖器只采用单个相变蓄热层进行热量的存储，存在高温放热和低温放热时间较长，导致室内温度波动较大的情况。
在其中一个实施例中，所述前壁的内侧设有第一隔热层，所述第一隔热层与所述第二相变蓄热层间隔设置形成所述风道。
在其中一个实施例中，所述蓄热式电暖器还包括第二隔热层，所述第二隔热层层叠设置在所述第一相变蓄热层与所述第二相变蓄热层之间。
在其中一个实施例中，所述第二隔热层为纳米微孔绝热板，所述第二隔热层的厚度为10mm～40mm。
在其中一个实施例中，所述电暖器壳体的后壁、上壁、下壁和两个侧壁的内侧均设有保温层，所述第一相变蓄热层和所述第二相变蓄热层设置在所述保温层围成的空间中。
在其中一个实施例中，所述保温层为硅酸钙板、硅酸铝保温毡或陶瓷纤维毯，所述保温层的厚度为30mm～80mm。
在其中一个实施例中，所述进风口设置在所述电暖器壳体的下壁上，所述出风口设置在所述电暖器壳体的上壁上，所述出风口设有风门。
在其中一个实施例中，所述进风口为多个，多个进风口沿所述第二相变蓄热层的长度方向间隔布置。
在其中一个实施例中，所述第二相变蓄热层中设有高导热件，所述高导热件的导热速率大于所述第二相变蓄热层的导热速率，或所述第二相变蓄热层中混合有高热导率材料。
在其中一个实施例中，所述蓄热式电暖器还包括第三相变蓄热层，所述第三相变蓄热层层叠设置在所述第一相变蓄热层与所述第二相变蓄热层之间，所述第三相变蓄热层的相变温度位于所述第一相变蓄热层的相变温度与所述第二相变蓄热层的相变温度之间。
在其中一个实施例中，所述第一相变蓄热层为高温相变蓄热层，所述高温相变蓄热层的相变温度为450℃～800℃，所述第二相变蓄热层为中温相变蓄热层，所述中温相变蓄热层的蓄热温度为100℃～450℃。
在其中一个实施例中，所述第一相变蓄热层的厚度为20mm～80mm，所述第二相变蓄热层的厚度为10mm～80mm。
在其中一个实施例中，所述第一相变蓄热层由铝、铝基合金、氯化镁或硫酸锂材料制作，所述第二相变蓄热层由有机相变材料或混合盐类材料制作。
一种电暖器控制方法，包括以下步骤：
在用电低谷时段将上述的蓄热式电暖器开启，使得加热元件进入加热状态；
加热一段时间后，判断所述第一相变蓄热层(12)的相变情况和是否仍然处于用电低谷时段；
若所述第一相变蓄热层(12)完成了蓄热相变过程，或不处于用电低谷时段，则关闭所述加热元件(12)，利用所述第一相变蓄热层(12)和所述第二相变蓄热层(13)储存的热量持续对室内供暖。
上述方案提供了一种电暖器控制方法，通过采用上述任一实施例中所述的蓄热式电暖器，使得采用上述电暖器控制方法时能够使得室内温度维持在中等温度的时间较长，提高舒适性，避免室内温度波动较大。而且，在用电低谷时段利用所述加热元件加热，加热至所述第一相变蓄热层完成蓄热相变过程后，或超过用电低谷时间，将所述加热元件关闭，所述第一相变蓄热层和所述第二相变蓄热层中储存的热量逐渐释放，基于所述第二相变蓄热层的相变温度低于所述第一相变蓄热层的相变温度，中等温度的释放时长较长，使得在用电高峰时段能够直接利用之前存储的热量，达到削峰填谷减少成本的同时也提高了整体的舒适性。
附图说明
图1为本实施例所述蓄热式电暖器的结构示意图；
图2为图1中所述蓄热式电暖器的剖视图；
图3为另一实施例中所述蓄热式电暖器的剖视图；
图4为又一实施例中所述蓄热式电暖器的剖视图。
附图标记说明：
10、蓄热式电暖器，11、电暖器壳体，111、上壁，1111、出风口，112、下壁，1121、进风口，113、后壁，114、侧壁，12、第一相变蓄热层，13、第二相变蓄热层，14、加热元件，15、风道，16、第一隔热层，17、第二隔热层，18、第三相变蓄热层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
如图1所示，在一个实施例中提供了一种蓄热式电暖器10，包括电暖器壳体11、第一相变蓄热层12和第二相变蓄热层13。如图2所示，所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13层叠设置在所述电暖器壳体11中，所述第一相变蓄热层12的相变温度高于所述第二相变蓄热层13的相变温度，所述第一相变蓄热层12中设有加热元件14，所述电暖器壳体11上与所述第二相变蓄热层13相对的壁为前壁，所述前壁与所述第二相变蓄热层13间隔设置形成风道15，所述电暖器壳体11上设有与所述风道15导通的进风口1121和出风口1111。室内空气从所述进风口1121进入所述风道15内，与所述第二相变蓄热层13的壁面进行换热后从所述出风口1111流回室内，实现室内供暖过程。
相变温度不同的第一相变蓄热层12和第二相变蓄热层13设置在所述电暖器壳体11中，用于加热的加热元件14设置在相变温度较高的第一相变蓄热层12中。基于用于形成所述风道15的第二相变蓄热层13的相变温度相对较低，因此在所述加热元件14加热的过程中，所述风道15中温度保持在中等温度的时间较长。具体地，在加热初期，所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13的进入储热阶段，同时为风道15中流通的空气加热。随着加热元件14加热时间的延长，相变温度相对较低的第二相变蓄热层13先发生蓄热相变过程，这个过程中风道15中的温度维持在稳定状态。当所述第二相变蓄热层13的相变过程完成后，随着加热元件14加热时间的进一步延长，所述第一相变蓄热层12逐渐进入蓄热相变过程。当所述第一相变蓄热层12进入蓄热相变过程时，所述风道15中的温度维持在较高的水平。
当所述加热元件14停止加热时，随着所述风道15中空气的流通，所述风道15中的空气将热量带走，所述第一相变蓄热层12发生相变过程，释放相变潜热，第一相变蓄热层12温度保持基本不变，同时维持着所述第二相变蓄热层13处于相变温度以上保持不变，此时所述风道15中维持较高的恒定温度，直至相变过程结束，温度降低，当所述第二相变蓄热层13的温度降低到相变温度时，所述第二相变蓄热层13发生相变过程，释放相变潜热，此时所述风道15中的温度维持稳定，直到所述第二相变蓄热层13的相变过程结束，从而使得流出风道15的空气温度能够较长时间维持在中等温度，缩短高温放热的时长，提高舒适性。避免高温放热时间和低温放热时间较长，导致室内温度波动较大的情况发生。
这里所述的中等温度是相对于单独设置所述第一相变蓄热层12时，电暖器加热时风道中的最高温度而言。
具体地，所述蓄热式电暖器10加热储能的时间可以是在夜间用电低谷时进行，当加热元件14加热至所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13完成蓄热相变过程后，所述加热元件14停止加热，而所述电暖器中储存的热量能够满足用电高峰时室内加热的需求。
具体地，在一个实施例中，所述第一相变蓄热层12为高温相变蓄热层，所述高温相变蓄热层的相变温度为450℃～800℃，所述第二相变蓄热层13为中温相变蓄热层，所述中温相变蓄热层的蓄热温度为100℃～450℃。
通过将所述第一相变蓄热层12设计为相变温度为450℃～800℃，将所述中温相变蓄热层的蓄热温度为100℃～450℃，使得所述第一相变蓄热层12能够存储较多的热量，以使得所述电暖器在用电高峰时段能够释放足够时长的热量，以满足在用电高峰时段加热元件14不加热的情况下室内加热的需求。
进一步具体地，在一个实施例中，所述第一相变蓄热层12的厚度为20mm～80mm，所述第二相变蓄热层13的厚度为10mm～80mm。既满足储能要求，也保障了所述蓄热式电暖器10的整体尺寸。
进一步地具体地，在一个实施例中，所述第一相变蓄热层12由铝、铝基合金、氯化镁或硫酸锂材料制作，所述第二相变蓄热层13由有机相变材料或混合盐类材料制作。
可选的，所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13也可以采用其他材料制作，在这里不做具体限制。
进一步地，在一个实施例中，为避免所述电暖器壳体11的前壁温度过高，导致烫伤的情况发生，如图3所示，在所述前壁的内侧设有第一隔热层16，所述第一隔热层16与所述第二相变蓄热层13间隔设置形成所述风道15。
进一步地，在一个实施例中，所述蓄热式电暖器10还包括第二隔热层17，所述第二隔热层17层叠设置在所述第一相变蓄热层12与所述第二相变蓄热层13之间，避免所述第二相变蓄热层13出现过热的情况。
具体地，在一个实施例中，所述第二隔热层17为纳米微孔绝热板，所述第二隔热层17的厚度为10mm～40mm。
可选的，所述第二隔热层17也可以采用其他材料制作，在这里不做具体限制。
进一步地，在一个实施例中，如图2至图4所示，所述电暖器壳体11的后壁113、上壁111、下壁112和两个侧壁114的内侧均设有保温层，所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13设置在所述保温层围成的空间中。
使得所述第一相变蓄热层12与所述电暖器壳体11之间，以及所述第二相变蓄热层13和所述电暖器壳体11之间均通过所述保温层隔开，保障热量尽可能的扩散到所述风道15中。
具体地，在一个实施例中，所述保温层为硅酸钙板、硅酸铝保温毡或陶瓷纤维毯，所述保温层的厚度为30mm～80mm。
进一步地，在一个实施例中，如图1所示，所述进风口1121设置在所述电暖器壳体11的下壁112上，所述出风口1111设置在所述电暖器壳体11的上壁111上，所述出风口1111设有风门。
使用过程中可以通过所述风门调节所述出风口1111的开度，调节出风风量。具体地，可以通过压片室感温元件或自动控制机构控制所述出风口1111的开度。
进一步地具体地，如图1所示，在一个实施例中，所述进风口1121为多个，多个进风口1121沿所述第二相变蓄热层13的长度方向间隔布置，使得室内空气能够更加均匀的在风道15中换热。
进一步地，在一个实施例中，所述第二相变蓄热层13中设有高导热件，所述高导热件的导热速率大于所述第二相变蓄热层13的导热速率，或所述第二相变蓄热层13中混合有高热导率材料。从而增加所述第二相变蓄热层13的热传导能力，使得第二相变蓄热层13内部温度基本一致，从而使得所述第二相变蓄热层13中各个部分进入相变阶段的时间一致，延长等功率放热时间。
进一步地，在一个实施例中，如图4所示，所述蓄热式电暖器10还包括第三相变蓄热层18，所述第三相变蓄热层18层叠设置在所述第一相变蓄热层12与所述第二相变蓄热层13之间，所述第三相变蓄热层18的相变温度位于所述第一相变蓄热层12的相变温度与所述第二相变蓄热层13的相变温度之间。由相变温度依次递减的第一相变蓄热层12、第三相变蓄热层18和第二相变蓄热层13形成蓄热体，实现对热量的提前存储。
而且具体地，当所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13之间设有所述第二隔热层17时，可以将所述第二隔热层17设置在所述第一相变蓄热层12和所述第三相变蓄热层18之间。进一步地，在所述第二相变蓄热层13和所述第三相变蓄热层18之间也可以设置隔热层。
进一步地，所述第三相变蓄热层18也可以是由多层相变温度不同的蓄热层层叠组成，在从所述第一相变蓄热层12到第二相变蓄热层13的方向上各个相变蓄热层的温度逐渐降低。
进一步地，在又一个实施例中提供了一种电暖器控制方法，包括以下步骤：
在用电低谷时段将上述的蓄热式电暖器10开启，使得加热元件14进入加热状态；
加热一段时间后，判断所述第一相变蓄热层(12)的相变情况和是否仍然处于用电低谷时段；
若所述第一相变蓄热层(12)完成了蓄热相变过程，或不处于用电低谷时段，则关闭所述加热元件(12)，利用所述第一相变蓄热层(12)和所述第二相变蓄热层(13)储存的热量持续对室内供暖。
上述方案提供了一种电暖器控制方法，通过采用上述任一实施例中所述的蓄热式电暖器10，使得采用上述电暖器控制方法时能够使得室内温度维持在中等温度的时间较长，提高舒适性，避免室内温度波动较大。而且，在用电低谷时段利用所述加热元件14加热，加热至所述第一相变蓄热层12完成蓄热相变过程后，或超过用电低谷时间，将所述加热元件14关闭，所述第一相变蓄热层12和所述第二相变蓄热层13中储存的热量逐渐释放，基于所述第二相变蓄热层13的相变温度低于所述第一相变蓄热层12的相变温度，中等温度的释放时长较长，使得在用电高峰时段能够直接利用之前存储的热量，达到削峰填谷减少成本的同时也提高了整体的舒适性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种蓄热式电暖器(10)，其特征在于，包括电暖器壳体(11)、第一相变蓄热层(12)和第二相变蓄热层(13)，所述第一相变蓄热层(12)和所述第二相变蓄热层(13)层叠设置在所述电暖器壳体(11)中，所述第一相变蓄热层(12)的相变温度高于所述第二相变蓄热层(13)的相变温度，所述第一相变蓄热层(12)中设有加热元件(14)，所述电暖器壳体(11)上与所述第二相变蓄热层(13)相对的壁为前壁，所述前壁与所述第二相变蓄热层(13)间隔设置形成风道(15)，所述电暖器壳体(11)上设有与所述风道(15)导通的进风口(1121)和出风口(1111)。
2.根据权利要求1所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述前壁的内侧设有第一隔热层(16)，所述第一隔热层(16)与所述第二相变蓄热层(13)间隔设置形成所述风道(15)。
3.根据权利要求1所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，还包括第二隔热层(17)，所述第二隔热层(17)层叠设置在所述第一相变蓄热层(12)与所述第二相变蓄热层(13)之间。
4.根据权利要求3所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述第二隔热层(17)为纳米微孔绝热板，所述第二隔热层(17)的厚度为10mm～40mm。
5.根据权利要求1所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述电暖器壳体(11)的后壁(113)、上壁(111)、下壁(112)和两个侧壁(114)的内侧均设有保温层，所述第一相变蓄热层(12)和所述第二相变蓄热层(13)设置在所述保温层围成的空间中。
6.根据权利要求5所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述保温层为硅酸钙板、硅酸铝保温毡或陶瓷纤维毯，所述保温层的厚度为30mm～80mm。
7.根据权利要求1所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述进风口(1121)设置在所述电暖器壳体(11)的下壁(112)上，所述出风口(1111)设置在所述电暖器壳体(11)的上壁(111)上，所述出风口(1111)设有风门。
8.根据权利要求7所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述进风口(1121)为多个，多个进风口(1121)沿所述第二相变蓄热层(13)的长度方向间隔布置。
9.根据权利要求1所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述第二相变蓄热层(13)中设有高导热件，所述高导热件的导热速率大于所述第二相变蓄热层(13)的导热速率，或所述第二相变蓄热层(13)中混合有高热导率材料。
10.根据权利要求1至9任一项所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，还包括第三相变蓄热层(18)，所述第三相变蓄热层(18)层叠设置在所述第一相变蓄热层(12)与所述第二相变蓄热层(13)之间，所述第三相变蓄热层(18)的相变温度位于所述第一相变蓄热层(12)的相变温度与所述第二相变蓄热层(13)的相变温度之间。
11.根据权利要求1至9任一项所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述第一相变蓄热层(12)为高温相变蓄热层，所述高温相变蓄热层的相变温度为450℃～800℃，所述第二相变蓄热层(13)为中温相变蓄热层，所述中温相变蓄热层的蓄热温度为100℃～450℃。
12.根据权利要求11所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述第一相变蓄热层(12)的厚度为20mm～80mm，所述第二相变蓄热层(13)的厚度为10mm～80mm。
13.根据权利要求11所述的蓄热式电暖器(10)，其特征在于，所述第一相变蓄热层(12)由铝、铝基合金、氯化镁或硫酸锂材料制作，所述第二相变蓄热层(13)由有机相变材料或混合盐类材料制作。
14.一种电暖器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在用电低谷时段将权利要求1至13任一项所述的蓄热式电暖器(10)开启，使得加热元件(14)进入加热状态；
加热一段时间后，判断所述第一相变蓄热层(12)的相变情况和是否仍然处于用电低谷时段；
若所述第一相变蓄热层(12)完成了蓄热相变过程，或不处于用电低谷时段，则关闭所述加热元件(14)，利用所述第一相变蓄热层(12)和所述第二相变蓄热层(13)储存的热量持续对室内供暖。
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