CN114370663A - 电蓄热装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电蓄热装置及其控制方法，其中，电蓄热装置包括蓄热组件、管路组件、加热组件和换热组件，蓄热组件设有蓄热腔；管路组件内填充有二元非共沸工质；加热组件设于蓄热组件上，以用于加热管路组件内的二元非共沸工质；换热组件设有换热腔，蓄热腔与换热腔通过管路组件连通。本发明改进了电蓄热装置的结构，提高了电蓄热装置的可靠性和可控性，提升了热交换能力。

Description

电蓄热装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及蓄热式电采暖技术领域，尤其涉及一种电蓄热装置及其控制方法。

背景技术

储能技术可以解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。其中，电蓄热技术是为了解决电能不能大量储存的缺点，将电能转化成热能并利用蓄热材料进行储存，以便在需要时使用的技术；电蓄热作为一种提高能源利用率和保护环境的重要技术，能充分利用低谷电的价格优势，削峰填谷，节约运行成本，减少污染物排放，既是能源利用的客观需要，也是今后发展的必然趋势。

现有的电蓄热装置主要包括蓄热器、换热器、控制箱和测温表等，换热器两端分别设有进水口和出水口，蓄热器包括热管、蓄热体、保温层、电加热管等。然而，这种电蓄热装置存在热交换效率低的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电蓄热装置及其控制方法，旨在提高电蓄热装置的热交换能力。

为实现上述目的，本发明提出一种电蓄热装置，所述电蓄热装置包括：

蓄热组件，设有蓄热腔；

管路组件，所述管路组件内填充有二元非共沸工质；

加热组件，设于所述蓄热组件上，以用于加热所述管路组件内的二元非共沸工质；以及

换热组件，设有换热腔，所述蓄热腔与所述换热腔通过所述管路组件连通。

可选地，所述管路组件包括：

热管蒸发段，贯穿所述蓄热腔设置并形成所述蓄热组件的进液端和出液端，所述二元非共沸工质填充于所述热管蒸发段内；

绝热管路，包括第一管段和第二管段；以及

热管冷凝段，设于所述换热腔内并形成所述换热组件的进液端和出液端；所述蓄热组件的进液端与所述换热组件的出液端通过所述第一管段连通，所述蓄热组件的出液端与所述换热组件的进液端通过所述第二管段连通。

可选地，所述热管蒸发段位于所述蓄热腔内的部分设有翅片。

可选地，所述热管蒸发段和所述热管冷凝段均为重力热管。

可选地，所述二元非共沸工质包括第一沸点工质及与其混合的第二沸点工质，所述第一沸点工质的相变温度区间为100～200℃，所述第二沸点工质的相变温度区间为100～200℃。

可选地，所述第一沸点工质为苯；所述第二沸点工质为甲苯。

可选地，所述二元非共沸工质的液面高度等于所述热管蒸发段长度的一半。

可选地，所述蓄热组件包括形成有所述蓄热腔的容器壳体及设于所述蓄热腔内的蓄热体，所述蓄热体为熔盐类相变蓄能材料，相变温度为150～300℃。

可选地，所述加热组件包括保温壳体及设于所述保温壳体内的电加热器，所述保温壳体安装于所述容器壳体上，所述热管蒸发段的一端插设于所述保温壳体内，所述电加热器用于对所述热管蒸发段进行加热处理。

可选地，所述电加热器为电加热管，所述电加热管螺旋缠绕于所述热管蒸发段上。

可选地，所述保温壳体包括壳体及包裹于所述壳体上的无机保温材料。

可选地，所述电蓄热装置还包括控制器及与所述控制器电连接的温度传感器，所述控制器安装于所述容器壳体上并与所述电加热器电连接，所述温度传感器设于所述蓄热腔内；

所述温度传感器，用于检测所述蓄热体的温度信号；

所述控制器，用于根据所述温度信号控制所述电加热器工作。

可选地，所述换热组件包括第一换热器和设于所述第一换热器一侧的风机，所述风机的出风侧对应所述第一换热器的进风端设置。

可选地，所述换热组件还包括第二换热器和与所述第二换热器连接的水泵。

可选地，所述电蓄热装置还包括：

第一阀门，安装于所述第一管段上并靠近所述蓄热组件的进液端设置；

第二阀门，安装于所述第二管段上并靠近所述蓄热组件的出液端设置；

第三阀门，安装于所述第二管路上并靠近所述第一换热器的进液端设置；以及

第四阀门，安装于所述第二管路上并靠近所述第二换热器的进液端设置。

为了实现上述目的，本发明还提出一种电蓄热装置的控制方法，基于如上所述的电蓄热装置，所述电蓄热装置的控制方法包括以下步骤：

关闭所述第一阀门和所述第二阀门；

打开所述电加热器，以加热所述热管蒸发段至所述蓄热体为第一预设温度。

可选地，所述打开所述电加热器，以加热所述热管蒸发段至所述蓄热体为第一预设温度的步骤之后还包括：

开启所述第一阀门、所述第二阀门，并开启所述第三阀门和/或所述第四阀门；

打开所述第一换热器及所述风机，和/或所述第二换热器及所述水泵。

在本发明的技术方案中，该电蓄热装置包括蓄热组件、管路组件和换热组件，蓄热组件设有蓄热腔，管路组件内填充有二元非共沸工质，加热组件设于蓄热组件上，以用于加热管路组件内的二元非共沸工质，换热组件设有换热腔，蓄热腔与换热腔通过管路组件连通。可以理解，二元非共沸工质能够在蓄热时段吸热并传递到蓄热组件中存储，在放热时段吸收蓄热组件的储热量并对外释放，使得蓄放热过程具有较高的可靠性，提升了电蓄热装置的热交换能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电蓄热装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明电蓄热装置控制方法一实施例的流程图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	蓄热组件	10a	蓄热腔
20	管路组件	30a	换热腔
				30	换热组件	21	热管蒸发段
221	第一管段	22	绝热管路
				222	第二管段	211	翅片
11	容器壳体	41	保温壳体
				12	蓄热体	40	加热组件
42	电加热器	50	控制器
				60	温度传感器	31	第一换热器
311	风机	32	第二换热器
				321	水泵	71	第一阀门
23	热管冷凝段	72	第二阀门
				74	第四阀门	73	第三阀门

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

储能技术可以解决能量供求在时间和空间上不匹配的矛盾，是提高能源利用率的有效手段。其中，电蓄热技术是为了解决电能不能大量储存的缺点，将电能转化成热能并利用蓄热材料进行储存，以便在需要时使用的技术；电蓄热作为一种提高能源利用率和保护环境的重要技术，能充分利用低谷电的价格优势，削峰填谷，节约运行成本，减少污染物排放，既是能源利用的客观需要，也是今后发展的必然趋势。

在一些示例性技术中，电蓄热装置主要包括蓄热器、换热器、控制箱和测温表等，换热器两端分别设有进水口和出水口，蓄热器包括热管、蓄热体、保温层、电加热管等。然而，这种电蓄热装置存在热交换效率低的问题。

为了提高电蓄热装置的热交换能力，本发明提出一种电蓄热装置，尤其涉及一种蒸发段与冷凝段分离的热管式电蓄热设备。

参照图1，在本发明一实施例中，该电蓄热装置包括蓄热组件10、管路组件20、换热组件30和加热组件40，蓄热组件10设有蓄热腔10a；管路组件20内填充有二元非共沸工质；加热组件40设于蓄热组件10上，以用于加热管路组件20内的二元非共沸工质；换热组件30设有换热腔30a，蓄热腔10a与换热腔30a通过管路组件20连通。

本实施例中，参考图1，蓄热组件10可包括容器壳体11和蓄热体12，容器壳体11形成有上述的蓄热腔10a，以供蓄热体12安装，蓄热体12可选用熔盐类相变蓄能材料，特别是相变温度为150～300℃的蓄热体12，此处不限。

管路组件20可以是由多条支路组成的管路，此处不限定各支路的管道类型和数量。

换热组件30可是包括U形管式或条形管式换热器、风机311、水泵321等部件，可实现热风采暖或热水供暖等，以满足不同用户的各种需求。

需要说明的是，二元非共沸工质是两种不同沸点工质的混合物。当管路组件20被加热时，管路内的低沸点工质吸热蒸发，产生浮升力，上升的低沸点工质气体在位于蓄热组件10内的管段中冷凝放热，将热量传给蓄热体12，变为液体，并在重力作用下低沸点工质液体沿着热管内壁可回流到管底；同理，随着管路组件20的不断加热，温度逐步提高，高沸点工质开始蒸发，产生浮升力，上升的高沸点工质气体在位于蓄热组件10内的管段中冷凝放热，将热量传给蓄热体12，变为液体，并在重力作用下高沸点工质液体沿着热管内壁可回流到管底。当蓄热体12与换热介质达到热平衡，则表示蓄热过程已完成，此时蓄热体12温度低于高沸点工质的相变温度，高于低沸点温度的相变温度，使低沸点工质处于过热气体状态。

为了达到较好的蓄放热能力，在本发明的技术方案中，二元非共沸工质可包括第一沸点工质及与其混合的第二沸点工质，第一沸点工质的相变温度区间可为100～200℃，例如苯等；第二沸点工质的相变温度区间可为100～200℃，例如甲苯等。

可以理解的是，本发明通过将该电蓄热装置的蓄热组件10设置蓄热腔10a，管路组件20内填充有二元非共沸工质，加热组件40设于蓄热组件10上，以用于加热管路组件20内的二元非共沸工质，换热组件30设有换热腔30a，蓄热腔10a与换热腔30a通过管路组件20连通，二元非共沸工质能够在蓄热时段吸热并传递到蓄热组件10中存储，在放热时段吸收蓄热组件10的储热量并对外释放，使得蓄放热过程具有较高的可靠性，提升了电蓄热装置的热交换能力。

请参考图1，在一实施例中，管路组件20可包括热管蒸发段21、绝热管路22和热管冷凝段23，热管蒸发段21贯穿蓄热腔10a设置并形成蓄热组件10的进液端和出液端，二元非共沸工质填充于热管蒸发段21内；绝热管路22可包括第一管段221和第二管段222；热管冷凝段23设于换热腔30a内并形成换热组件30的进液端和出液端；蓄热组件10的进液端与换热组件30的出液端通过第一管段221连通，蓄热组件10的出液端与换热组件30的进液端通过第二管段222连通。

本实施例中，热管蒸发段21和热管冷凝段23均可采用重力热管，绝热管路22可采用绝热管。其中，重力热管具有传热快、阻力小、放冷冻、不炸管等优势。

参考图1，热管蒸发段21可沿蓄热组件10的高度方向贯穿蓄热腔10a设置，使得冷凝液在重力作用下可回流到热管蒸发段21的管底，实现了循环使用，进一步地提升了电蓄热装置的热交换能力。

为了进一步地提升蓄热能力，在一实施例中，参考图1，热管蒸发段21位于蓄热腔10a内的部分可设有翅片211，翅片211可呈环形设置，以更好地扩散热量，以提高蓄热效率。

值得一提的是，在一些实施例中，为了保障受热变为气体的低沸点工质和高沸点工质能上升到蓄热组件10内进行蓄热，二元非共沸工质的液面高度可等于热管蒸发段21长度的一半设置。如此，可满足一定的蓄放热需求，也能留有供气体上升的空间。在实现较好的蓄放热能力的同时，也节省了二元非共沸工质的材料成本。

在本发明一实施例中，如图1所示，加热组件40可包括保温壳体41及设于保温壳体41内的电加热器42，保温壳体41安装于容器壳体11上，热管蒸发段21的一端插设于保温壳体41内，电加热器42用于对热管蒸发段21进行加热处理。如此，可实现对热管蒸发段21内的二元非共沸工质进行加热处理，以实现液-汽相变。

本实施例中，如图1所示，保温壳体41可包括壳体及包裹于壳体上的无机保温材料。其中，无机保温材料可为玻璃棉等，以保证保温壳体41内的加热温度的稳定性，避免热量散出。

为了提高该电蓄热装置的可控性，在一实施例中，如图1所示，该电蓄热装置还可设置温控组件，温控组件可包括控制器50及与控制器50电连接的温度传感器60，控制器50安装于容器壳体11上并与电加热器42电连接，温度传感器60设于蓄热腔10a内。温度传感器60，用于检测蓄热体12的温度信号。控制器50，用于根据温度信号控制电加热器42工作。

其中，控制器50可安装于控制箱内，控制箱可设于容器壳体11外，温度传感器60可设于蓄热腔10a内，以检测蓄热体12的蓄热温度。

控制器50可为单片机、DSP及FPGA等微处理器，此处不限。温度传感器60可为热敏电阻等，此处不做具体限定。

请参考图1，在一些实施例中，换热组件30可包括第一换热器31和设于第一换热器31一侧的风机311，风机311的出风侧对应第一换热器31的进风端设置。如此，可实现热风采暖。

为了实现热水取暖，在另一些实施例中，参考图1，换热组件30还可包括第二换热器32和与第二换热器32连接的水泵321。

需要说明，上述第一换热器31均可采用U形管或条形管，以进行换热。在本发明的实施例中，请参考图1，为了扩大应用范围，满足不同用户的需求，采用的是第一换热器31与第二换热器32的结合，实现了热风循环和热水循环。

为了实现对管路组件20的通断控制，在一些实施例中，参考图1，电蓄热装置还可包括第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73和第四阀门74，第一阀门71安装于第一管段221上并靠近蓄热组件10的进液端设置；第二阀门72安装于第二管段222上并靠近蓄热组件10的出液端设置；第三阀门73安装于第二管路上并靠近第一换热器31的进液端设置；第四阀门74安装于第二管路上并靠近第二换热器32的进液端设置。

其中，第一阀门71用于控制蓄热组件10进液端的通断，第二阀门72用于控制蓄热组件10出液端的通断，第三阀门73用于控制第一换热器31进液端的通断，第四阀门74用于控制第二换热器32进液端的通断。如此，进一步地提升了该电蓄热装置的可控性和稳定性。

本发明还提出一种电蓄热装置的控制方法，该电蓄热装置的控制方法基于如上所述的电蓄热装置。请参考图2，在本发明一实施例中，所述电蓄热装置的控制方法包括以下步骤：

S10，关闭所述第一阀门和所述第二阀门；

S20，打开所述电加热器，以加热所述热管蒸发段至所述蓄热体为第一预设温度。

当电蓄热装置处于蓄热时段时，第一阀门71与第二阀门72处于关闭状态，热管中的换热介质全部进入热管蒸发段21；电加热器42通电加热，热管蒸发段21中的低沸点工质吸热蒸发，产生浮升力，上升的低沸点工质气体在位于蓄热组件10内的管段中冷凝放热，将热量传给蓄热体12，变为液体的低沸点工质在重力作用下沿着热管内壁回流到管底；随着电加热器42的不断加热，热管蒸发段21温度逐步上升，高沸点工质开始蒸发，与低沸点工质通过同样的方式将热量传递给蓄热体12。蓄热体12与换热介质达到热平衡则表示蓄热过程已完成，此时蓄热体12温度(即第一预设温度)低于高沸点工质的相变温度，高于低沸点温度的相变温度，使低沸点工质处于过热气体状态。

进一步地，请参考图2，所述打开所述电加热器，以加热所述热管蒸发段至所述蓄热体为第一预设温度的步骤之后还可包括：

S30,开启所述第一阀门、所述第二阀门，并开启所述第三阀门和/或所述第四阀门；

S40,打开所述第一换热器及所述风机，和/或所述第二换热器及所述水泵。

当该电蓄热装置处于放热时段时，开启第一阀门71、第二阀门72，并开启第三阀门73和/或第四阀门74，热管蒸发段21中过热的低沸点工质气体依靠浮升力通过绝热管路22进入换热组件30，在位于换热组件30中的热管冷凝段23中放热冷凝成液体，冷凝液在重力作用下回到热管蒸发段21，低沸点工质持续吸收蓄热体12的热量蒸发，最终将蓄热体12中的蓄热量全部释放，即完成放热过程。

需要说明的是，在换热组件30中，既可以通过风机311抽热风取热，也可以通过水泵321循环水取热；通过控制第三阀门73和第四阀门74的开闭，既可以同时运行两种取热模式，也可以选择其中一种取热模式单独运行。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种电蓄热装置，其特征在于，所述电蓄热装置包括：

蓄热组件，设有蓄热腔；

管路组件，所述管路组件内填充有二元非共沸工质；

加热组件，设于所述蓄热组件上，以用于加热所述管路组件内的二元非共沸工质；以及

换热组件，设有换热腔，所述蓄热腔与所述换热腔通过所述管路组件连通。

2.如权利要求1所述的电蓄热装置，其特征在于，所述管路组件包括：

热管蒸发段，贯穿所述蓄热腔设置并形成所述蓄热组件的进液端和出液端，所述二元非共沸工质填充于所述热管蒸发段内；

绝热管路，包括第一管段和第二管段；以及

热管冷凝段，设于所述换热腔内并形成所述换热组件的进液端和出液端；所述蓄热组件的进液端与所述换热组件的出液端通过所述第一管段连通，所述蓄热组件的出液端与所述换热组件的进液端通过所述第二管段连通。

3.如权利要求2所述的电蓄热装置，其特征在于，所述热管蒸发段位于所述蓄热腔内的部分设有翅片。

4.如权利要求2所述的电蓄热装置，其特征在于，所述热管蒸发段和所述热管冷凝段均为重力热管。

5.如权利要求2所述的电蓄热装置，其特征在于，所述二元非共沸工质包括第一沸点工质及与其混合的第二沸点工质，所述第一沸点工质的相变温度区间为100～200℃，所述第二沸点工质的相变温度区间为100～200℃。

6.如权利要求5所述的电蓄热装置，其特征在于，所述第一沸点工质为苯；所述第二沸点工质为甲苯。

7.如权利要求5所述的电蓄热装置，其特征在于，所述二元非共沸工质的液面高度等于所述热管蒸发段长度的一半。

8.如权利要求2所述的电蓄热装置，其特征在于，所述蓄热组件包括形成有所述蓄热腔的容器壳体及设于所述蓄热腔内的蓄热体，所述蓄热体为熔盐类相变蓄能材料，相变温度为150～300℃。

9.如权利要求8所述的电蓄热装置，其特征在于，所述加热组件包括保温壳体及设于所述保温壳体内的电加热器，所述保温壳体安装于所述容器壳体上，所述热管蒸发段的一端插设于所述保温壳体内，所述电加热器用于对所述热管蒸发段进行加热处理。

10.如权利要求9所述的电蓄热装置，其特征在于，所述电加热器为电加热管，所述电加热管螺旋缠绕于所述热管蒸发段上。

11.如权利要求9所述的电蓄热装置，其特征在于，所述保温壳体包括壳体及包裹于所述壳体上的无机保温材料。

12.如权利要求9所述的电蓄热装置，其特征在于，所述电蓄热装置还包括控制器及与所述控制器电连接的温度传感器，所述控制器安装于所述容器壳体上并与所述电加热器电连接，所述温度传感器设于所述蓄热腔内；

所述温度传感器，用于检测所述蓄热体的温度信号；

所述控制器，用于根据所述温度信号控制所述电加热器工作。

13.如权利要求12所述的电蓄热装置，其特征在于，所述换热组件包括第一换热器和设于所述第一换热器一侧的风机，所述风机的出风侧对应所述第一换热器的进风端设置。

14.如权利要求13所述的电蓄热装置，其特征在于，所述换热组件还包括第二换热器和与所述第二换热器连接的水泵。

15.如权利要求14所述的电蓄热装置，其特征在于，所述电蓄热装置还包括：

第一阀门，安装于所述第一管段上并靠近所述蓄热组件的进液端设置；

第二阀门，安装于所述第二管段上并靠近所述蓄热组件的出液端设置；

第三阀门，安装于所述第二管路上并靠近所述第一换热器的进液端设置；以及

第四阀门，安装于所述第二管路上并靠近所述第二换热器的进液端设置。

16.一种电蓄热装置的控制方法，基于如权利要求15所述的电蓄热装置，其特征在于，所述电蓄热装置的控制方法包括以下步骤：

关闭所述第一阀门和所述第二阀门；

打开所述电加热器，以加热所述热管蒸发段至所述蓄热体为第一预设温度。

17.如权利要求16所述的电蓄热装置的控制方法，其特征在于，所述打开所述电加热器，以加热所述热管蒸发段至所述蓄热体为第一预设温度的步骤之后还包括：

开启所述第一阀门、所述第二阀门，并开启所述第三阀门和/或所述第四阀门；

打开所述第一换热器及所述风机，和/或所述第二换热器及所述水泵。

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