CN111998432A - 热管式蓄热供热装置及方法 - Google Patents

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CN111998432A CN202010947620.1A CN202010947620A CN111998432A CN 111998432 A CN111998432 A CN 111998432A CN 202010947620 A CN202010947620 A CN 202010947620A CN 111998432 A CN111998432 A CN 111998432A
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白穜
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Abstract

本申请提供了一种热管式蓄热供热装置及方法，属于供热技术领域。该技术方案通过管道使回水单元、电热单元、蓄热单元和供热单元之间彼此互联，从而在蓄热过程中，由回水单元流回的冷水可以被输送至电热单元，使用夜间谷电进行加热，从电热单元中流出的热水一部分被输送至供热单元，一部分被输送至蓄热单元中储存起来，蓄热单元中的冷水被输送至电热单元，从而实现了将夜间谷电的电能转化为热能储存于蓄热单元中；在供热过程中，蓄热单元中的热水被输送至供热单元，回水单元中的冷水被输送至蓄热单元，通过电热单元和蓄热单元之间的配合，实现了低成本发热，以及热能的储存和释放，该装置结构简单，造价较低，使用水作为介质也有较高的储能密度。

Description

热管式蓄热供热装置及方法
技术领域
本申请涉及供热技术领域，特别涉及一种热管式蓄热供热装置及方法。
背景技术
在寒冷地区的采暖季，常使用电能为工业和生活提供热能。由于夜晚电费廉价，因此，常使用夜晚电力对蓄热供热装置进行加热，将热能储存在该装置中，在白天时放热。
目前通常使用的蓄热供热装置通常是利用固体镁砖作为介质的，在使用时，利用夜晚用电低谷时期的廉价电能加热镁砖，镁砖具有储能作用，能够将夜晚时吸收的热能储存起来，在白天释放这部分能量，为用户供热。然而，上述蓄热供热装置结构复杂，造价较高。
发明内容
本申请实施例提供了一种热管式蓄热供热装置及方法，能够实现了低成本发热，以及热能的储存和释放，且该装置结构简单，造价较低，使用水作为介质也有较高的储能密度。该技术方案如下：
一方面，提供了一种热管式蓄热供热装置，该装置包括：回水单元、电热单元、蓄热单元和供热单元；
该电热单元包括：电源和热管，该热管与电源连接，以便通过电能为该热管加热；
该电热单元的出水端、该蓄热单元的第一连接端、该供热单元通过管道两两相连通，以使该回水单元能够将从用户端流回的水输送至该电热单元，且该电热单元能够将加热后的水输送至该供热单元和该蓄热单元，以及该蓄热单元能够将储存的加热后的水通过第一连接端输送至该供热单元；
该电热单元的进水端、该蓄热单元的第二连接端、该回水单元通过管道两两相连通，以使该回水单元能够将从用户端流回的水通过第二连接端输送至蓄热单元，且该蓄热单元能够将储存的未加热的水通过第二连接端输送至电热单元的进水端。
在一种可能设计中，该电热单元还包括壳体，该壳体的两端具有开口，作为该进水端和该出水端；
该热管包括依次连接的蒸发段、绝热段和冷凝段；
该蒸发段的外壁上具有多个凹槽，该凹槽用于容置加热件，该加热件与该电源电性耦接。
在一种可能设计中，该壳体上具有用于容置该热管的孔，每根热管插装在一个孔中，该热管的冷凝段位于该壳体的内部，该热管的绝热段与该孔的内壁相接触，该热管的蒸发段位于该壳体的外部。
在一种可能设计中，该热管的内部具有吸液芯，该吸液芯用于将冷凝段内的液体抽吸至蒸发段内。
在一种可能设计中，该热管的蒸发段位于冷凝段的上方。
在一种可能设计中，该蓄热单元包括蓄热水罐和布水器，该布水器位于该蓄热水罐的内部。
在一种可能设计中，该第一连接端31与该蓄热水罐33内上部的布水器34相连接，该第二连接端32与该蓄热水罐33内下部的布水器34相连接。
在一种可能设计中，该蓄热单元和供热单元之间具有第一水泵。
在一种可能设计中，该回水单元和该蓄热单元之间具有第二水泵。
在一种可能设计中，该回水单元和该电热单元之间具有第三水泵。
一方面，提供了一种热管式蓄热供热方法，该方法包括：
在蓄热过程中：
控制回水单元将从用户端流回的水输送至电热单元；
控制该电热单元对水进行加热，并将加热后的水输送至供热单元和蓄热单元；
控制该蓄热单元将储存的未加热的水通过第二连接端输送至该电热单元的进水端；
在供热过程中：
控制该蓄热单元将储存的加热后的水通过第一连接端输送至该供热单元；
控制该回水单元将从用户端流回的水通过该第二连接端输送至该蓄热单元。
本申请实施例提供的技术方案，通过管道使回水单元、电热单元、蓄热单元和供热单元之间彼此互联，可以实现：在蓄热过程中，由回水单元流回的冷水可以被输送至电热单元，使用夜间谷电进行加热，从电热单元中流出的热水一部分被输送至供热单元，一部分被输送至蓄热单元中储存起来，同时，蓄热单元中的冷水通过第二连接端被输送至电热单元的进水端，这样就实现了将夜间谷电的电能转化为热能，通过蓄热单元储存起来；在供热过程中，蓄热单元中的热水通过第一连接端被输送至供热单元，同时，回水单元中的冷水通过第二连接端被输送至蓄热单元。通过上述结构中电热单元和蓄热单元之间的配合，实现了低成本发热，以及热能的储存和释放，该装置结构简单，造价较低，使用水作为介质也有较高的储能密度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种热管式蓄热供热装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种热管22的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种热管22的蒸发段221的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的一种热管式蓄热供热方法的流程图。
附图中的各零件的标号说明如下：
1-回水单元；
2-电热单元；
21-电源；
22-热管；
221-蒸发段；
2211-凹槽，
2212-加热件；
222-绝热段；
223-冷凝段；
224-吸液芯；
23-出水端；
24-进水端；
25-壳体；
3-蓄热单元；
31-第一连接端，
32-第二连接端，
33-蓄热水罐，
34-布水器；
4-供热单元；
5-第一水泵；
6-第二水泵；
7-第三水泵；
81-第一阀门，
82-第二阀门，
83-第三阀门，
84-第四阀门，
85-第五阀门，
86-第六阀门，
87-第七阀门，
88-第八阀门，
89-第九阀门，
810-第十阀门，
811-第十一阀门，
812-第十二阀门，
813-第十三阀门；
91-第一调节阀，
92-第二调节阀，
93-第三调节阀。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
图1是本申请实施例提供的一种热管式蓄热供热装置的结构示意图，该装置包括：回水单元1、电热单元2、蓄热单元3和供热单元4；该电热单元2包括：电源21和热管22，该热管22与电源21连接，以便通过电能为该热管22加热；该电热单元2的出水端23、该蓄热单元3的第一连接端31、该供热单元4通过管道两两相连通，以使该回水单元1能够将从用户端流回的水输送至该电热单元2，且该电热单元2能够将加热后的水输送至该供热单元4和该蓄热单元3，以及该蓄热单元3能够将储存的加热后的水通过第一连接端31输送至该供热单元4；该电热单元2的进水端24、该蓄热单元3的第二连接端32、该回水单元1通过管道两两相连通，以使该回水单元1能够将从用户端流回的水通过第二连接端32输送至蓄热单元3，且该蓄热单元3能够将储存的未加热的水通过第二连接端32输送至电热单元2的进水端24。
下面对该装置的工作原理进行详述：
该装置作为供暖设备，其供热单元4、热能的用户端与回水单元1顺次连接，也即是，供热单元4、热能的用户端、回水单元1、电热单元2、蓄热单元3顺次连接形成闭环，水作为导热介质，在该闭环中流动，从而将电能转化为热能，以提供给用户。
在该装置中，通过管道使回水单元1、电热单元2、蓄热单元3和供热单元4之间彼此互联，可以实现：在蓄热过程中，由回水单元1流回的冷水可以被输送至电热单元2，使用夜间谷电进行加热，从电热单元2中流出的热水一部分被输送至供热单元4，一部分被输送至蓄热单元3中储存起来，同时，蓄热单元3中的冷水通过第二连接端32被输送至电热单元2的进水端24，这样就实现了将夜间谷电的电能转化为热能，通过蓄热单元3储存起来；在供热过程中，蓄热单元3中的热水通过第一连接端31被输送至供热单元4，同时，回水单元1中的冷水通过第二连接端32被输送至蓄热单元3。通过上述结构中电热单元2和蓄热单元3之间的配合，实现了低成本发热，以及热能的储存和释放，该装置结构简单，造价较低，使用水作为介质也有较高的储能密度。
下面对该装置各部分结构及工作原理进行详述：
图2是本申请实施例提供的一种热管22的结构示意图，图3是本申请实施例提供的一种热管22的蒸发段221的结构示意图，请参见图2和图3，在一种可能设计中，该电热单元2还包括壳体25，该壳体25的两端具有开口，作为该进水端24和该出水端23；该热管22包括依次连接的蒸发段221、绝热段222和冷凝段223；该蒸发段221的外壁上具有多个凹槽2211，该凹槽2211用于容置加热件2212，该加热件2212与该电源21电性耦接。
其中，壳体25用于作为水的容置空间，也即是说，水流通过进水端24流入壳体25，在壳体25内部流动，在被加热后通过出水端23流出。
壳体25的形状可以根据该装置的安装位置设计，例如，可以为立方体或圆柱体，或者该壳体25的主体部分为圆柱体，在圆柱体的端部设有环形的倾斜面，以便适应不同的安装位置，本实施例对此不作限定。
蒸发段221上的凹槽2211的截面可以是半圆形或四边形，相应的，加热件2212的外形与凹槽2211的形状适配，以便加热件2212能够嵌入到相应的凹槽2211中。具体地，加热件2212可以是通过焊接、铆接或粘接等方式固定在凹槽2211中的，本实施例对此不作限定。加热件2212可以是电阻丝或其他电加热装置，本实施例对此不作限定。
热管22是用于为冷水加热的部件，具体地，该热管22可以被加热件2212加热，热管22至少有部分位于壳体25中，水在流动的过程中与热管22接触，水和热管22之间进行换热，换热后被加热后的水通过该出水端23从壳体25中流出，热管22被不停加热，以便连续流动的水流能够一直从热管22吸收热量。
在一种可能设计中，该壳体25上具有用于容置该热管22的孔，每根热管22插装在一个孔中，该热管22的冷凝段223位于该壳体25的内部，该热管22的绝热段222与该孔的内壁相接触，该热管22的蒸发段221位于该壳体25的外部。
该孔壁与热管22之间密封连接，以保证壳体25内的水不会通过该孔泄漏。该热管22中的冷凝段223在壳体25内部，用于与液体之间进行换热，蒸发段221在壳体25外部，用于被加热件2212加热。
在一种可能设计中，该热管22的内部具有吸液芯224，该吸液芯224用于将冷凝段223内的液体抽吸至蒸发段221内。
其中，该吸液芯224为多孔毛细结构的金属丝网，设置于热管22的内壁上，具有抽吸功能，冷凝段223内的凝液浸没至吸液芯224里面，靠毛细压力的作用流回蒸发段221，完成工质的自动循环。
当热管22的蒸发段221受热时，吸液芯224中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段223，由于冷凝段223被冷水包围，蒸汽在冷凝段223冷凝放热，与冷凝段223外的冷水换热，蒸汽放出热量后凝结成液体，液体再沿吸液芯224靠毛细力的作用流回蒸发段221。如此循环往复，热量由热管22的蒸发段221传递至冷凝段223。
由于热管22内部具有吸液芯224结构，因此系统所应用的热管22并非重力热管22，也即是说热管22的布置可以不受位置影响，在一种可能设计中，该热管22的蒸发段221位于冷凝段223的上方。热管22内部工作介质通过吸液芯224提供的毛细抽力从冷凝段223回流至蒸发段221，完成一个工作循环。
当然，该热管22的蒸发段221与冷凝段223的相对位置还可以有多种可能设计，例如，蒸发段221在冷凝段223的下方，或蒸发段221与冷凝段223在同一水平面内等，本实施例对此不作限定。
在一种可能设计中，该蓄热单元3包括蓄热水罐33和布水器34，该布水器34位于该蓄热水罐33的内部。
其中，蓄热水罐33为具有一定高度的罐体，该蓄热水罐33的容积可以根据实际需要进行设置，例如，蓄热水罐33的体积可以从数千立方米至数万立方米，本实施例对此不作限定。
布水器34用于在一定的工作面积上按一定规律布置水量，例如，可以在蓄热水罐33的内部均匀布水，可以使进出水流均匀缓慢的流进或者流出蓄热水罐33，使蓄热水罐33中形成稳定的温度分层现象，例如，水由上到下分为热水层、斜温层和冷水层，从而提高了蓄热水罐33的蓄热效率。
在实际使用过程中，由于液体本身的性质，蓄热水罐33内液体的温度从上到下逐渐降低，本专利在蓄热过程中冷却介质为水，换热能力强，且在整个蓄热过程中，冷却介质始终流过热管22的冷凝段223，将蓄热能量带走，热水流至蓄热水罐33中后将热能储存于蓄热水罐33中，本装置中的电转化为热的效率高，蓄热水罐33的蓄热效率高，这两点共同决定了系统的能量利用率较高。
在一种可能设计中，该第一连接端31与该蓄热水罐33内上部的布水器34相连接，该第二连接端32与该蓄热水罐33内下部的布水器34相连接。
具体的，通过第一连接端31进入蓄热水罐33的热水可以通过位于蓄热水罐33上部的布水器34进入蓄热水罐33的上部，相应的，来自蓄热水罐33的上部的热水也可以通过这些布水器34流动至第一连接端31，通过第一连接端31流出。
通过第二连接端32进入蓄冷水罐33的冷水可以通过位于蓄冷水罐33下部的布水器34进入蓄冷水罐33的下部，相应的，来自蓄冷水罐33的下部的冷水也可以通过这些布水器34流动至第二连接端32，通过第二连接端32流出。
例如，该第一连接端31与该蓄热水罐33的液面以下280mm-320mm处的布水器34相连接，该第二连接端32与该蓄热水罐33的底面以上480mm-520mm处的布水器34相连接。
在一种可能设计中，该蓄热单元3和供热单元4之间具有第一水泵5，该第一水泵5用于将蓄热单元3中的水泵入该供热单元4中，从而满足供热热水的流动对于压力的要求，抵消液体流动的压力损失，提高装置的效率。
具体的，该第一水泵5还可以是变压增频泵，用于控制水的流量，进而调节水的供热能力。在使用过程中，该第一水泵5用于精准控制水罐中的液位高度，确保液位不至于过高或者过低，影响水罐的安全运行。同时，该第一水泵5消除了蓄热水罐33高度对液体流动压力和流动速度的影响，使该装置具有更广泛的适应性。
在一种可能设计中，该回水单元1和该蓄热单元3之间具有第二水泵6，该第二水泵6的作用主要是满足供热供水的压力要求。
在一种可能设计中，该回水单元1和该电热单元2之间具有第三水泵7，该第三水泵7的作用主要是放热时将供热回水输送至蓄热单元3中，克服流动阻力和蓄热水罐33的高度带来的压力。
在一种可能设计中，该装置还包括多个阀门和调节阀，阀门用于作为该装置中其他结构的开关，调节阀用于对管道中流体的流量进行调节。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
本申请实施例提供的装置，通过管道使回水单元1、电热单元2、蓄热单元3和供热单元4之间彼此互联，可以实现：在蓄热过程中，由回水单元1流回的冷水可以被输送至电热单元2，使用夜间谷电进行加热，从电热单元2中流出的热水一部分被输送至供热单元4，一部分被输送至蓄热单元3中储存起来，同时，蓄热单元3中的冷水通过第二连接端32被输送至电热单元2的进水端24，这样就实现了将夜间谷电的电能转化为热能，通过蓄热单元3储存起来；在供热过程中，蓄热单元3中的热水通过第一连接端31被输送至供热单元4，同时，回水单元1中的冷水通过第二连接端32被输送至蓄热单元3。通过上述结构中电热单元2和蓄热单元3之间的配合，实现了低成本发热，以及热能的储存和释放，该装置结构简单，造价较低，使用水作为介质也有较高的储能密度。
图4是本申请实施例提供的一种热管式蓄热供热方法的流程图，请参见图4，该方法包括：
在蓄热过程401中：
4011、控制回水单元1将从用户端流回的水输送至电热单元2。
在该步骤中，供热回水通过第一阀门81、第二水泵6和第二阀门82进入电热单元2。
4012、控制该电热单元2对水进行加热，并将加热后的水输送至供热单元4和蓄热单元3。
在该步骤中，一部分水通过第三阀门83和第四阀门84后为流至供热单元4，以用户端供热，另一部分水通过第一调节阀91、第五阀门85、第六阀门86后通过第一连接端31进入蓄热单元3。
4013、控制该蓄热单元3将储存的未加热的水通过第二连接端32输送至该电热单元2的进水端24。
蓄热单元3中的冷水经过第七阀门87、第二调节阀92、第八阀门88流入第一阀门81的前端。
在上述步骤401中，其他未提到的阀门和水泵均处于关闭状态。
在供热过程402中：
4021、控制该蓄热单元3将储存的加热后的水通过第一连接端31输送至该供热单元4。
热水经蓄热水罐33、第六阀门86、第九阀门89、第一水泵5、第十阀门810、第三调节阀93、第十一阀门811、第四阀门84对外供热。
4022、控制该回水单元1将从用户端流回的水通过该第二连接端32输送至该蓄热单元3。
供热回水经第十二阀门812、第三水泵7、第十三阀门813、第七阀门87流入蓄热单元3。
在上述步骤402中，其他未提到的阀门和水泵均处于关闭状态。
本申请实施例提供的方法，通过管道使回水单元1、电热单元2、蓄热单元3和供热单元4之间彼此互联，可以实现：在蓄热过程中，由回水单元1流回的冷水可以被输送至电热单元2，使用夜间谷电进行加热，从电热单元2中流出的热水一部分被输送至供热单元4，一部分被输送至蓄热单元3中储存起来，同时，蓄热单元3中的冷水通过第二连接端32被输送至电热单元2的进水端24，这样就实现了将夜间谷电的电能转化为热能，通过蓄热单元3储存起来；在供热过程中，蓄热单元3中的热水通过第一连接端31被输送至供热单元4，同时，回水单元1中的冷水通过第二连接端32被输送至蓄热单元3。通过上述结构中电热单元2和蓄热单元3之间的配合，实现了低成本发热，以及热能的储存和释放，该装置结构简单，造价较低，使用水作为介质也有较高的储能密度。
上述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热管式蓄热供热装置，其特征在于，所述装置包括：回水单元(1)、电热单元(2)、蓄热单元(3)和供热单元(4)；
所述电热单元(2)包括：电源(21)和热管(22)，所述热管(22)与电源(21)连接，以便通过电能为所述热管(22)加热；
所述电热单元(2)的出水端(23)、所述蓄热单元(3)的第一连接端(31)、所述供热单元(4)通过管道两两相连通，以使所述回水单元(1)能够将从用户端流回的水输送至所述电热单元(2)，且所述电热单元(2)能够将加热后的水输送至所述供热单元(4)和所述蓄热单元(3)，以及所述蓄热单元(3)能够将储存的加热后的水通过第一连接端(31)输送至所述供热单元(4)；
所述电热单元(2)的进水端(24)、所述蓄热单元(3)的第二连接端(32)、所述回水单元(1)通过管道两两相连通，以使所述回水单元(1)能够将从用户端流回的水通过第二连接端(32)输送至蓄热单元(3)，且所述蓄热单元(3)能够将储存的未加热的水通过第二连接端(32)输送至电热单元(2)的进水端(24)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电热单元(2)还包括壳体(25)，所述壳体(25)的两端具有开口，作为所述进水端(24)和所述出水端(23)；
所述热管(22)包括依次连接的蒸发段(221)、绝热段(222)和冷凝段(223)；
所述蒸发段(221)的外壁上具有多个凹槽(2211)，所述凹槽(2211)用于容置加热件(2212)，所述加热件(2212)与所述电源(21)电性耦接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壳体(25)上具有用于容置所述热管(22)的孔，每根热管(22)插装在一个孔中，所述热管(22)的冷凝段(223)位于所述壳体(25)的内部，所述热管(22)的绝热段(222)与所述孔的内壁相接触，所述热管(22)的蒸发段(221)位于所述壳体(25)的外部。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述热管(22)的内部具有吸液芯(224)，所述吸液芯(224)用于将冷凝段(223)内的液体抽吸至蒸发段(221)内。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述热管(22)的蒸发段(221)位于冷凝段(223)的上方。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蓄热单元(3)包括蓄热水罐(33)和布水器(34)，所述布水器(34)位于所述蓄热水罐(33)的内部。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一连接端(31)与所述蓄热水罐(33)内上部的布水器(34)相连接，所述第二连接端(32)与所述蓄热水罐(33)内下部的布水器(34)相连接。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蓄热单元(3)和供热单元(4)之间具有第一水泵(5)。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述回水单元(1)和所述蓄热单元(3)之间具有第二水泵(6)。
10.一种热管式蓄热供热方法，其特征在于，所述方法包括：
在蓄热过程中：
控制回水单元(1)将从用户端流回的水输送至电热单元(2)；
控制所述电热单元(2)对水进行加热，并将加热后的水输送至供热单元(4)和蓄热单元(3)；
控制所述蓄热单元(3)将储存的未加热的水通过第二连接端(32)输送至所述电热单元(2)的进水端(24)；
在供热过程中：
控制所述蓄热单元(3)将储存的加热后的水通过第一连接端(31)输送至所述供热单元(4)；
控制所述回水单元(1)将从用户端流回的水通过所述第二连接端(32)输送至所述蓄热单元(3)。
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