CN209782801U - 双相变电磁蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双相变电磁蓄热装置，该装置中通过电磁加热的方式将电能转换为热能，并存储在水或者其他介质中，再通过带有相变介质的热管将热量传导至另一个密封区域，在该区域中填充有相变蓄热材料和多条供热盘管，各个供热盘管在竖直方向上分层布置，在需要通过相变蓄热材料供热时，各个供热盘管从下向上依次工作，从而最大程度地延长该蓄热装置的供热时间，使得该装置能够在每天的峰电时间内持续供热。

Description

双相变电磁蓄热装置

技术领域

本实用新型涉及节能环保技术领域，具体涉及一种双相变电磁蓄热装置。

背景技术

近年来中国对环境保护的要求越来越高，人们的环保意识也在逐步加强，为了找蓝天白云和回绿水青山，人们提出了多种环保方案；其中，河北等环京地区提出了煤改电的取暖方案，即用电能取暖的方案取代传统的烧煤取暖的方案，该方案大规模实施后必然能够极大程度地降低CO₂、SO²等污染物的排放，但是中国的电能并不是特别充沛的，而且不仅仅在地域上分布不均衡，在时间上也是不均衡的，每天都有用电高峰和用电低谷，在用电高峰时电力资源紧缺，在用电低谷时电力资源过剩，为此有关部门针对不同时段的电能制定了不同的市场价，以期待通过市场调节的方式缓解峰谷电压力，事实上的确起到了较好的效果；但是对于冬季取暖来说，即便有意识的减少用电高峰时的使用量，仍然不可避免地在用电高峰时段进行必要的取暖工作，这不仅仅给国家电力统筹增添了麻烦，也提高了使用者的经济负担，为此，急需一种能够使用电能发热并且蓄能的装置，能够在夜晚等用电低谷时/谷电时利用电能发热，并且将热量存储起来，在白天等用电高峰时/峰电时再将存储的热量散发出来，为室内供暖。

现有技术中虽然存在一些蓄热储能设备，但是在实际使用过程中存在诸多问题，比如储热能力较低，为了满足一定量的热能储备，需要将该设备做的极大，限制了使用场所，增添了使用成本，还有的设备存壁表温度过高，容易引起烫伤等危险；另外，现有的蓄热储能设备的结构不合理，使其对于热量的传递效率较低，在传热过程中热量损失较大；另外，现有的蓄热储能设备在峰电期间放热时，往往只能持续放热5～6小时，超过5～6小时后，蓄热材料温度大幅降低，不再具有散热能力，即便是增大蓄热材料的总量，也仅仅是提高了散热时段内的散热量，并不能有效地延长散热时间。

由于上述原因，本发明人对现有的蓄热储能设备做了深入研究，以期待设计出一种能够解决上述问题的电磁蓄热装置。

实用新型内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种双相变电磁蓄热装置，该装置中通过电磁加热的方式将电能转换为热能，并存储在水或者其他介质中，再通过带有相变介质的热管将热量传导至另一个密封区域，在该区域中填充有相变蓄热材料和多条供热盘管，各个供热盘管在竖直方向上分层布置，在需要通过相变蓄热材料供热时，各个供热盘管从下向上依次工作，从而最大程度地延长该蓄热装置的供热时间，使得该装置能够在每天的峰电时间内持续供热，从而完成本实用新型。

具体来说，本实用新型的目的在于提供一种双相变电磁蓄热装置，该装置包括热管1，

所述热管1的下端密封设置在下箱体2中，所述热管1的上端密封设置在上箱体3中；

所述下箱体2与电磁加热装置4相连，

在所述上箱体3中填充有相变蓄热填料5和供热盘管6，

所述热管1通过循环相变的方式将电磁加热装置4产生的热量从下箱体2中传导至上箱体3中，

所述相变蓄热填料5以相变的形式存储热量，并可通过供热盘管6将潜热传导至上箱体3的外部。

其中，下箱体2和上箱体3为一体结构，

在下箱体2和上箱体3之间设置有分隔板7，

在所述分隔板7上开设有供热管1通过的通孔，

所述热管1穿过并固定在分隔板7上。

其中，所述电磁加热装置4和所述下箱体2之间通过两条水管相连，所述两条水管分别为向下箱体2中注入热水的下进水管21和从下箱体2中排出冷水的下出水管22；

通过电磁加热装置4加热用于导热的一回路水，一回路水被加热后通过下进水管21进入到下箱体2中，一回路水中携带的热量被热管1传导至上箱体3后，一回路水再经由下出水管22回流至电磁加热装置4中。

其中，在所述下箱体2中设置有导流板23，所述导流板23使得进入到下箱体2中的一回路水依次流经每个热管1后再回流至电磁加热装置4中。

其中，在所述上箱体3中，沿着竖直方向依次设置有多条供热盘管6；

在供热盘管6中存储有用于供热的二回路水，

所述供热盘管在水平方向上盘绕在热管1周围，

所述相变蓄热填料5填充在供热盘管6和热管1之间的缝隙处。

其中，在所述上箱体3的外部设置有供热汇集部8和回水汇集部9；

所述供热盘管6的出水端61都与所述供热汇集部8连通，

所述供热盘管6的入水端62都与所述回水汇分流9连通。

其中，当所述相变蓄热填料5通过供热盘管6向外供热时，多条供热盘管6依次逐条启动工作，

位于下方的供热盘管6比位于上方的供热盘管6优先启动工作。

其中，在所述出水端61和入水端62上都设置有阀门10，

在双相变电磁蓄热装置中还设置有控制系统，其用于控制所述阀门10的开启和关闭；

在所述相变蓄热填料5向外供热时，所述控制系统控制位于下方的供热盘管6上的阀门10优先开启。

其中，所述相变蓄热填料5为固液相变材料，其相变温度为70～90摄氏度。

本实用新型还提供一种相变蓄热供热方法，该方法中利用如上文所述的双相变电磁蓄热装置进行蓄热供热，优选地，该方法包括如下步骤：

步骤1，在谷电时通过电磁加热装置4给一回路水加热，并使得加热后的热水通过下进水管21进入到下箱体2中；

步骤2，通过控制系统控制所述阀门10开启，

此时通过热管1将一回路水中的热量传导至上箱体3中，从而给上箱体3中的相变蓄热填料5和供热盘管6加热，所述相变蓄热填料5吸收热量逐渐相变液化，所述供热盘管6中的二回路水吸收热量后，循环流动为室内供热；

步骤3，在谷电结束后关闭电磁加热装置，关闭阀门10；

步骤4，根据室内温度及控制指令，通过控制系统控制阀门10从下向上依次逐步开启。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)根据本实用新型提供的双相变电磁蓄热装置能够充分利用谷电，在全天为室内供暖；

(2)根据本实用新型提供的双相变电磁蓄热装置中相变蓄热填料逐层放热，能够充分延长相变蓄热填料整体的放热时间，确保在峰电期间能够持续供热。

(3)根据本实用新型提供的双相变电磁蓄热装置通过两次相变来传递、存储热量，热量传递效率高、存储量大，设备体积相对较小，具有更高的实用价值。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的双相变电磁蓄热装置整体结构示意图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的双相变电磁蓄热装置中下箱体的截面图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的双相变电磁蓄热装置中上箱体的截面图；

图4示出根据本实用新型更优选实施方式的双相变电磁蓄热装置整体结构示意图。

附图标号说明：

1-热管

2-下箱体

21-下进水管

22-下出水管

23-导流板

3-上箱体

4-电磁加热装置

5-相变蓄热填料

6-供热盘管

61-出水端

62-入水端

63-直管段

64-弯管段

7-分隔板

8-供热汇集部

9-回水分流部

10-阀门

11-硬质材料层

12-气囊

13-气瓶

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本实用新型提供的双相变电磁蓄热装置，如图1、图2和图3中所示，该装置包括热管1，优选地，该热管1设置有多条，且彼此平行设置；

所述热管1的下端密封设置在下箱体2中，所述热管1的上端密封设置在上箱体3中；

所述下箱体2与电磁加热装置4相连，

在所述上箱体3中填充有相变蓄热填料5和供热盘管6，

所述热管1通过循环相变的方式将电磁加热装置4产生的热量从下箱体2中传导至上箱体3中，

所述相变蓄热填料5以相变的形式存储热量，并可通过供热盘管6将潜热传导至上箱体3的外部。

所述热管为真空密封管，其壁面有导热性能良好的金属等材料制成，在热管内部设置有沸点相对较低的工质，如乙醇或者乙醇与水的混合物等，利用工质汽化吸热，将热量从下箱体传导至上箱体，其热传导效率极高，而且在下箱体和上箱体之间可以设置隔热结构。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，下箱体2和上箱体3为一体结构，即由一个密封箱体组成，

在下箱体2和上箱体3之间设置有分隔板7，通过该分隔板将密封箱体分隔为下箱体2和上箱体3；

在所述分隔板7上开设有供热管1通过的通孔，

所述热管1穿过并固定在分隔板7上；即该分隔板7的作用还在于固定热管，从而使得热管的低端不与下箱体2低板接触，热管的顶端不与上箱体3顶板接触。

本申请中优选地，下箱体2、上箱体3和分隔板7都是多层结构，都包含保温隔热层，从而使得下箱体2、上箱体3和分隔板7都具有较强的隔热能力。下箱体2、上箱体3外表面上的温度较低，不易烫伤使用者，保温隔热层还能够阻断箱体内外之间的热交互，提高该装置整体的热效率。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述电磁加热装置4和所述下箱体2之间通过两条水管相连，所述两条水管分别为向下箱体2中注入热水的下进水管21和从下箱体2中排出冷水的下出水管22；

通过电磁加热装置4加热用于导热的一回路水，一回路水被加热后通过下进水管21进入到下箱体2中，一回路水中携带的热量被热管1传导至上箱体3后，一回路水再经由下出水管22回流至电磁加热装置4中。

所述一回路水在电磁加热装置4和下箱体2中往复循环，将电磁加热装置4产生的热量持续地传导到下箱体2中。

优选地，所述一回路水可以选用普通的蒸馏水。

在一个优选的实施方式中，如图1、图2中所示，在所述下箱体2中设置有导流板23，所述导流板23使得进入到下箱体2中的一回路水依次流经每个热管1后再回流至电磁加热装置4中。

所述导流板23有多块，每块导流板23都与下箱体2的顶面和底面抵接，且优选地，导流板23上还都有一个侧边与下箱体的侧壁面抵接。

通过导流板23将下箱体分割成弯折往复的流道，进入到下箱体中的一回路水必须完全流过该流道才能从下箱体中流出，且所述热管1刚好都位于流道中。

在一个优选的实施方式中，如图1、图3中所示，在所述上箱体3中，沿着竖直方向依次设置有多条供热盘管6；

在供热盘管6中存储有用于供热的二回路水，所述二回路水用于给室内供暖，所述二回路水在室内循环流动，可以是非能动的循环，可以在循环管路上添加循环泵等外部动力；

所述供热盘管在水平方向上盘绕在热管1周围，从而方便于与热管之间进行热量交互；

所述相变蓄热填料5填充在供热盘管6和热管1之间的缝隙处；在每一条供热盘管周围的相变蓄热填料5数量都基本一致。

各条供热盘管6的结构形状基本一致，各条供热盘管6之间的空隙也基本一致，从而使得各条供热盘管6与相变蓄热填料5之间的热传递效率基本一致，从而方便于控制相变蓄热填料5的放热速率。

在一个优选的实施方式中，所述多条供热盘管6彼此并联设置；

在所述上箱体3的外部设置有供热汇集部8和回水汇集部9；

所述供热盘管6的出水端61都与所述供热汇集部8连通，所述供热汇集部8为中空的管状，二回路水经过供热汇集部8汇集后在室内循环，为室内供暖；

所述供热盘管6的入水端62都与所述回水分流部9连通；二回路水在室内循环供暖后温度降低，经由所述回水分流部9，进入到畅通的供热盘管6中。

在一个优选的实施方式中，当所述相变蓄热填料5通过供热盘管6向外供热时，多条供热盘管6依次逐条启动工作，

位于下方的供热盘管6比位于上方的供热盘管6优先启动工作。

优选地，在所述出水端61和入水端62上都设置有阀门10，

在双相变电磁蓄热装置中还设置有控制系统，其用于控制所述阀门10的开启和关闭；

在所述相变蓄热填料5向外供热时，所述控制系统控制位于下方的供热盘管6上的阀门10优先开启。

所述控制系统可以根据实时探测到的室内温度或者使用者的指令控制所述阀门的开启或者关闭；当需要升高室内温度时，或者某个阀门开启时间超过设定值时，通过所述控制系统开启其他阀门；

在所述相变蓄热填料5向外供热阶段，每个阀门的开启时间都有上限，在超过该上限后控制该阀门关闭；优选地，该上限时间为3～4小时。

所述相变蓄热填料5为固液相变材料，其相变温度为70～90摄氏度。从而使得供热盘管6能够为室内提供60～80度的二回路水，足够满足室内的供暖需要。

优选地，相变蓄热填料5可以选用现有技术中已知的熔盐配置而成，在配置过程中控制各组分的投放比例，确保最终得到的相变蓄热填料的固液相变温度在70～90摄氏度即可。

在一个优选的实施方式中，如图4中所示，在所述上箱体3中还设置有多个分隔层，所述层分隔层横置在上箱体3中，优选地，在每两个供热盘管6之间都设置有一个分隔层，每个分隔层都能够允许热管1穿过，所述分隔层能够将填充在上箱体3中的相变蓄热填料5分成多个部分；优选地，分隔层的数量比供热盘管6的数量少一个，当供热盘管6设置为5条时，分隔层设置有4个；在分隔层上开设有供热管1穿过的通孔，且该通孔的孔径尺寸略大于热管1的外径尺寸，从而使得被分隔层分开的两个部分之间的气压平衡，且使得相变填料能够在相邻两个部分之间进行少量的串动；另外，所述热管在上箱体中有可能存在一定幅度的摆动，通过设置该分隔层，能够对热管起到限位的作用，防止热管的摆动幅度过大。

优选地，所述热管的外径尺寸为15～18mm，所述分隔层上通孔的内径尺寸比热管的外径尺寸大1～2mm。

更优选地，所述供热盘管6包括平直的直管段63和连接两个直管段63的弯管段64，各个直管段63都彼此平行设置，相邻两条直管段63之间夹有一排热管；如图3中所示；

在一排热管中，相邻两个热管之间的间距/最小距离为10～12mm，相邻两排热管的间距/最小距离为18～20mm；

所述直管段63的截面形状为矩形或者圆形，其在水平方向上的宽度为15～18mm，其在竖直方向的高度为17～20mm；

相邻两条供热盘管6之间的间距/最小距离为15～20mm。

每个分隔层都包括彼此邻接的硬质材料层11和气囊12，且所述硬质材料层11在上气囊12在下；

所述多个气囊12都与气瓶13连通，在气瓶和气囊中都填充有气体，通过控制其中的气压值，使得在气囊12下方的相变蓄热填料5凝固为固体状态时，该气囊12中能够充气，将固体状态的相变蓄热填料5与其上方液态的相变蓄热填料5分隔开，由于气体导热能力较弱，能够延缓其上方相变蓄热填料5固化放热的速度；

在气囊上下两侧的相变蓄热填料5都液化为液态时，气囊中的稀有气体被压迫到气瓶中，气囊12的上下两个壁面彼此贴紧，此时气囊12基本不会阻碍上下两侧相变蓄热填料5之间的热交换；优选地，所述气囊12的上壁面固定在与其相邻的硬质材料层11上。

所述硬质材料层11的强度较高，至少能够支撑起其上方填充的相变蓄热填料5的重量，并且能够为热管提供侧向限位，确保热管不会发生过大的变形或者偏转；且所述硬质材料层的导热能力较高；优选地，所述硬质材料层整体可以是板状，也可以是网状。

更优选地，在所述气囊12和气瓶13之间还设置有气泵，气泵由控制系统控制，能够在需要充气时通过气泵向气囊中鼓气，也可以在需要排除气囊中的气体时，将气囊中的气体泵至其瓶13中。

优选地，所述气体为氮气。

通过设置所述分隔层能够使得被分隔开的多层相变蓄热填料逐步放热，使得多个供热盘管6中的二回路水逐步加热工作，从而大幅度延长双相变电磁蓄热装置整体的放热时间；

另外，在相变蓄热填料因相变而体积变化时，能够通过分隔层中的气囊对上箱体中的压力进行调节，延长双相变电磁蓄热装置整体的安全性及使用寿命。

本申请所述的峰电是指用电高峰时的电能，谷电是指用电低谷时的电能。

本实用新型还提供一种相变蓄热供热方法，该方法中利用上文所述的双相变电磁蓄热装置进行蓄热供热，优选地，该方法包括如下步骤：

步骤1，在谷电时通过电磁加热装置4给一回路水加热，并使得加热后的热水通过下进水管21进入到下箱体2中；

步骤2，通过控制系统控制所述阀门10开启，

此时通过热管1将一回路水中的热量传导至上箱体3中，从而给上箱体3中的相变蓄热填料5和供热盘管6加热，所述相变蓄热填料5吸收热量逐渐相变液化，所述供热盘管6中的二回路水吸收热量后，循环流动为室内供热；

步骤3，在谷电结束后关闭电磁加热装置，关闭阀门10；

步骤4，根据室内温度及控制指令，通过控制系统控制阀门10从下向上依次逐步开启。

实验例

使用本实用新型提供的双相变电磁蓄热装置对100平方米的室内房间进行蓄热供热；具体来说，通过电磁加热装置给一回路水加热，通过热管将热量传递给供热盘管和相变蓄热填料，通过供热盘管给室内供暖，通过相变蓄热填料存储热量，在峰电时逐步相变放热。

选取其中连续的24小时，统计温度及耗电量；

在谷电时通过电磁加热装置连续加热10小时，耗电126.5度，在24小时内，通过供热盘管一向室内提供的总热量为432000千焦，从而可知本申请提供的双相变电磁蓄热装置的热效率达到94.86％；

更具体地，本申请中的多条供热盘管依次启动工作，各条供热盘管的供热时间由控制系统根据温度情况、峰电时间及供热盘管数量确定，例如在本试验例中，当谷电为10小时，峰电为14小时，供热盘管为5条时，

在峰电时，第一条供热盘管启动工作5小时后关闭，

第二条供热盘管在第一条供热盘管启动4小时后启动，启动4小时后关闭；

第三条供热管在第二条供热盘管启动3小时后启动，启动3.5小时后关闭；

第四条供热管在第三条供热盘管启动3小时后启动，启动3时后关闭；

第五条供热管在第四条供热盘管启动2.5小时后启动，启动1.5小时后进入谷电时间，电磁加热装置启动工作；

在峰电期间内，室内温度维持在20～23℃。

从而能够说明本申请提供的双相变电磁蓄热装置中的多条供热盘管能够依次逐条启动工作，从而延长一个峰电区间内的供热总时间。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本实用新型工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种双相变电磁蓄热装置，其特征在于，该装置包括

热管(1)，所述热管(1)的下端密封设置在下箱体(2)中，所述热管(1)的上端密封设置在上箱体(3)中；

所述下箱体(2)与电磁加热装置(4)相连，

在所述上箱体(3)中填充有相变蓄热填料(5)和供热盘管(6)，

所述热管(1)通过循环相变的方式将电磁加热装置(4)产生的热量从下箱体(2)中传导至上箱体(3)中，

所述相变蓄热填料(5)以相变的形式存储热量，并可通过供热盘管(6)将潜热传导至上箱体(3)的外部。

2.根据权利要求1所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

下箱体(2)和上箱体(3)为一体结构，

在下箱体(2)和上箱体(3)之间设置有分隔板(7)，

在所述分隔板(7)上开设有供热管(1)通过的通孔，

所述热管(1)穿过并固定在分隔板(7)上。

3.根据权利要求1所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

所述电磁加热装置(4)和所述下箱体(2)之间通过两条水管相连，所述两条水管分别为向下箱体(2)中注入热水的下进水管(21)和从下箱体(2)中排出冷水的下出水管(22)；

通过电磁加热装置(4)加热用于导热的一回路水，一回路水被加热后通过下进水管(21)进入到下箱体(2)中，一回路水中携带的热量被热管(1)传导至上箱体(3)后，一回路水再经由下出水管(22)回流至电磁加热装置(4)中。

4.根据权利要求3所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

在所述下箱体(2)中设置有导流板(23)，所述导流板(23)使得进入到下箱体(2)中的一回路水依次流经每个热管(1)后再回流至电磁加热装置(4)中。

5.根据权利要求1所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

在所述上箱体(3)中，沿着竖直方向依次设置有多条供热盘管(6)；

在供热盘管(6)中存储有用于供热的二回路水，

所述供热盘管在水平方向上盘绕在热管(1)周围，

所述相变蓄热填料(5)填充在供热盘管(6)和热管(1)之间的缝隙处。

6.根据权利要求5所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

在所述上箱体(3)的外部设置有供热汇集部(8)和回水分流部(9)；

所述供热盘管(6)的出水端(61)都与所述供热汇集部(8)连通，

所述供热盘管(6)的入水端(62)都与所述回水分流部(9)连通。

7.根据权利要求5所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

当所述相变蓄热填料(5)通过供热盘管(6)向外供热时，多条供热盘管(6)依次逐条启动工作，

位于下方的供热盘管(6)比位于上方的供热盘管(6)优先启动工作。

8.根据权利要求6所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

在所述出水端(61)和入水端(62)上都设置有阀门(10)，

在双相变电磁蓄热装置中还设置有控制系统，其用于控制所述阀门(10)的开启和关闭；

在所述相变蓄热填料(5)向外供热时，所述控制系统控制位于下方的供热盘管(6)上的阀门(10)优先开启。

9.根据权利要求1所述的双相变电磁蓄热装置，其特征在于，

所述相变蓄热填料(5)为固液相变材料，其相变温度为70～90摄氏度。