電熱線在相變儲(chǔ)能單元中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相變儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及相變儲(chǔ)能的電加熱領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在能量轉(zhuǎn)化和利用的過程中，供求之間常常存在時(shí)間和空間上不匹配的矛盾，能量來源存在間歇性和不穩(wěn)定性，如電力負(fù)荷的峰谷差，工業(yè)余熱、太陽能、風(fēng)能、海洋能的間歇性和不穩(wěn)定性。工業(yè)設(shè)備、電子設(shè)備及生命機(jī)體的過冷過熱。儲(chǔ)能技術(shù)是解決上述問題的根本途徑，儲(chǔ)能技術(shù)是提高能源利用率和實(shí)施有效熱管理的重要手段。
[0003]熱能儲(chǔ)存又分為顯然儲(chǔ)存和潛熱(相變熱)儲(chǔ)存，顯熱儲(chǔ)存是利用材料所固有的的熱容來儲(chǔ)存的，潛熱儲(chǔ)存(相變儲(chǔ)能)是利用材料在相態(tài)(固-液、固-固或液-氣)變化時(shí)，吸收或放出大量潛熱而進(jìn)行的熱量?jī)?chǔ)存或釋放，相變過程中材料的溫度幾乎保持不變。
[0004]相變儲(chǔ)能單元是一種能實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能功能的單元，一般至少包括外殼、保溫層、進(jìn)水口、出水口、內(nèi)膽；內(nèi)膽包括內(nèi)膽殼體、換熱盤管、相變儲(chǔ)能材料、加熱機(jī)構(gòu)等。
[0005]加熱機(jī)構(gòu)可以有多種方式，常見的有循環(huán)介質(zhì)加熱、電加熱棒等加熱方式。循環(huán)介質(zhì)加熱比較均勻，但需要有水泵、電加熱器、管路等，系統(tǒng)比較復(fù)雜，容易出現(xiàn)泄露、故障等問題，且通過導(dǎo)熱和對(duì)流的方式加熱相變材料，換熱管壁附近的相變材料很快加熱，遠(yuǎn)離換熱管的相變材料加熱需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此，換熱效率低；電加熱棒單位面積加熱功率比較大，分布不均勻，容易出現(xiàn)相變材料局部過熱、而其它部位相變材料未達(dá)到相變點(diǎn)等情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱均勻、即時(shí)加熱的相變儲(chǔ)能單元的加熱方式。具體是采用電熱線對(duì)相變儲(chǔ)能單元中的相變材料進(jìn)行均勻加熱。所述電熱線包括硅膠電熱線、鐵氟龍電熱線或其二者復(fù)合的電熱線等。
[0007]優(yōu)選地，所述電熱線浸沒在相變材料中，通過輻射、傳導(dǎo)的方式對(duì)相變材料加熱。本發(fā)明采用電熱線均勻分布于相變材料中，充分、穩(wěn)定加熱相變材料；電熱線纏繞在換熱機(jī)構(gòu)上有即時(shí)加熱的功效，可先加熱電熱線周圍的溫度，換熱機(jī)構(gòu)中的水介質(zhì)可以通過管壁優(yōu)先換出這部分熱量，因此，可隨加隨用，而不用加熱所有相變材料，有節(jié)能效果。
[0008]所述相變材料是可以儲(chǔ)存/釋放潛熱和部分顯熱的材料。優(yōu)選地，所述相變材料包括結(jié)晶水合鹽、金屬及合金類、石蠟類、非石蠟有機(jī)類、陶瓷基復(fù)合材料等相變材料；更優(yōu)選地，可以在上述相變材料中加導(dǎo)熱增強(qiáng)材料，包括金屬材料、石墨、碳納米管等。
[0009]所述相變儲(chǔ)能單元一般情況下包括外殼、保溫材料層、進(jìn)水口、出水口、內(nèi)膽；所述內(nèi)膽包括內(nèi)膽殼體，殼體內(nèi)設(shè)有換熱機(jī)構(gòu)、相變材料、加熱機(jī)構(gòu)。所述加熱機(jī)構(gòu)為電熱線，優(yōu)選為硅膠電熱線、鐵氟龍電熱線或二者復(fù)合的電熱線，均勻纏繞在所述換熱機(jī)構(gòu)上，換熱機(jī)構(gòu)優(yōu)選為換熱盤管或其它纏繞架。在所述相變材料上還設(shè)置有溫度傳感器。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和取得的技術(shù)效果是:
[0011](I)電熱線直接加熱相變材料，電能無損失，能量利用率高，如圖3所示，在相同加熱功率下，電熱線直接加熱相變材料比循環(huán)水熱傳導(dǎo)加熱相變材料效率高，相變材料溫度上升的快，尤其是在高溫段，相變材料溫升速率有明顯優(yōu)勢(shì)。
[0012](2)電熱絲纏繞在換熱盤管上有即時(shí)加熱的功效，可先加熱電加熱絲周圍的溫度，換熱盤管中的水介質(zhì)可以通過管壁優(yōu)先換出這部分熱量，因此，可隨加隨用，而不用加熱所有相變材料，有節(jié)能效果。
[0013](3)電熱線單位面積熱功率小，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)均勻加熱，與之相比較，電加熱棒單位面積功率大，因此，相變材料極容易出現(xiàn)局部過熱的情況，影響相變材料的使用壽命。
[0014](4)電熱線有優(yōu)良的柔軟性，可以均勻纏繞在換熱盤管上或纏繞架上，加工簡(jiǎn)單。
[0015](5)電熱線電絕緣性滿足UL，ROHS的要求，使用壽命可以達(dá)到10年以上，安全性好。
[0016](6)電熱線價(jià)格低廉，與其他加熱方式比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好。
[0017]附圖發(fā)明
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的相變儲(chǔ)能單元的左剖視圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中的相變儲(chǔ)能單元的正剖視圖；
[0020]圖3是不同加熱方式的性能曲線對(duì)比；
[0021]其中圖1和圖2中:1.外殼；2.保溫材料層；3.內(nèi)膽；4.冷水進(jìn)水口 ；5.熱水出水口 ；6.出水口溫度傳感器；7.控制器；8.內(nèi)膽外殼；9.相變材料；10.換熱盤管；11.電熱線；12.相變材料溫度傳感器；13電熱線出口。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為進(jìn)一步說明本發(fā)明，結(jié)合以下實(shí)施例具體說明:
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱均勻、即時(shí)加熱的相變儲(chǔ)能單元的加熱方式，采用電熱線對(duì)相變儲(chǔ)能單元中的相變材料進(jìn)行均勻加熱，具體實(shí)施形式是:
[0025]相變儲(chǔ)能單元結(jié)構(gòu)見圖1、圖2，包括外殼1，外殼I內(nèi)有保溫材料層2，所述保溫材料層內(nèi)是內(nèi)膽3，所述內(nèi)膽3包括內(nèi)膽外殼8，內(nèi)填充有相變材料9，所述相變材料9中埋設(shè)有換熱盤管10，電熱線11均勻纏繞在換熱盤管10上，由電熱線出口 13引出接線，溫度傳感器12固定在相變材料9中，溫度傳感器12和電熱線11電連接至控制器7，控制器安裝于換熱器外殼I上，換熱盤管一端連接冷水進(jìn)水口 4，一端連接熱水出水口 5，熱水出水口 5安裝有溫度傳感器6，并電連接至控制器7，控制器安裝于相變儲(chǔ)能單元外殼I上。
[0026]電熱線優(yōu)選為硅膠電熱線、鐵氟龍電熱線或二者復(fù)合的電熱線。
[0027]上述結(jié)構(gòu)中，外殼作用是封裝、固定保溫材料層，固定控制器；保溫材料層有絕熱效果，防止熱量散發(fā)損失；內(nèi)膽是包含相變材料、換熱盤管、電熱線、溫度傳感器。內(nèi)膽是相變材料的封裝容器；相變材料可以儲(chǔ)存/釋放潛熱和部分顯熱，其占內(nèi)膽體積的80% _98%，為相變材料體積膨脹預(yù)留空間；換熱盤管是水的流道，冷水從冷水進(jìn)水口進(jìn)入，熱水出水口流出，通過換熱盤管與相變材料進(jìn)行熱量交換，帶走相變材料中儲(chǔ)存的潛熱和部分顯熱；電熱線提供電能加熱相變材料，均勻纏繞在換熱盤管上，浸沒在相變材料中，通過輻射、傳導(dǎo)的方式對(duì)相變材料加熱；相變材料溫度傳感器用于測(cè)量相變材料的溫度，控制器根據(jù)此溫度計(jì)控制電熱線啟動(dòng)或停止；出水口溫度傳感器用于測(cè)量熱水出水口的溫度；控制器接收相變材料溫度傳感器和出水口溫度傳感器信號(hào)，控制電熱線的啟停。
[0028]工作過程:相變儲(chǔ)能單元工作過程一般分為蓄熱過程和放熱過程。
[0029]蓄熱過程是將纏繞在換熱盤管10的電熱線11通電，加熱相變材料9，浸沒在相變材料中的溫度傳感器12測(cè)量相變材料9的溫度，達(dá)到相變儲(chǔ)能材料9的設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱，完成蓄能過程。
[0030]放熱過程是一定溫度、流量的冷水從冷水進(jìn)水口 4進(jìn)入換熱盤管10，與相變儲(chǔ)能材料9進(jìn)行熱交換，所得熱水從熱水出水口 5流出，將相變材料9中儲(chǔ)存的潛熱和部分顯熱帶出，隨著放熱過程的進(jìn)行，相變材料9溫度下降，熱水溫度隨之逐漸下降，出水口溫度傳感器6達(dá)到設(shè)定最低溫度時(shí)停止放熱，完成放熱過程。
[0031]如圖3所示，在相同加熱功率下，電加熱絲直接加熱相變材料比循環(huán)水熱傳導(dǎo)加熱相變材料效率高，相變材料溫度上升的快，尤其是在高溫段，相變材料溫升速率有明顯優(yōu)勢(shì)。
[0032]以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.電熱線在相變儲(chǔ)能單元中的應(yīng)用，其特征在于:采用電熱線對(duì)相變儲(chǔ)能單元中的相變材料進(jìn)行均勻加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述電熱線包括硅膠電熱線、鐵氟龍電熱線或其二者復(fù)合的電熱線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述電熱線浸沒在相變材料中，通過輻射、傳導(dǎo)的方式對(duì)相變材料加熱。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的應(yīng)用，其特征在于:所述相變材料是儲(chǔ)存/釋放潛熱和部分顯熱的材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于:所述相變材料包括結(jié)晶水合鹽、金屬及合金類、石蠟類、非石蠟有機(jī)類、陶瓷基復(fù)合材料等相變材料；優(yōu)選地，在上述相變材料中加入導(dǎo)熱增強(qiáng)材料，包括金屬材料、石墨、碳納米管、泡沫材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于:所述相變儲(chǔ)能單元包括外殼、保溫材料層、進(jìn)水口、出水口、內(nèi)膽；所述內(nèi)膽包括內(nèi)膽殼體，殼體內(nèi)設(shè)有換熱機(jī)構(gòu)、相變材料、加熱機(jī)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:所述加熱機(jī)構(gòu)為硅膠電熱線、鐵氟龍電熱線或二者復(fù)合的電熱線，均勻纏繞在所述換熱機(jī)構(gòu)上。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:所述換熱機(jī)構(gòu)為換熱盤管。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于:在所述相變材料中還設(shè)置有溫度傳感器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱均勻、即時(shí)加熱的相變儲(chǔ)能單元的加熱方式。具體是采用電熱線對(duì)相變儲(chǔ)能單元中的相變材料進(jìn)行均勻加熱。所述電熱線浸沒在相變材料中，通過輻射、傳導(dǎo)的方式對(duì)相變材料加熱。本發(fā)明采用電熱線均勻分布于相變材料中，充分、穩(wěn)定加熱相變材料；電熱絲纏繞在換熱機(jī)構(gòu)上有即時(shí)加熱的功效，可先加熱電加熱絲周圍的溫度，換熱機(jī)構(gòu)中的水介質(zhì)可以通過管壁優(yōu)先換出這部分熱量，因此，可隨加隨用，而不用加熱所有相變材料，有節(jié)能效果。
【IPC分類】H05B3/56
【公開號(hào)】CN104883758
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510296743
【發(fā)明人】王志, 杜兔平, 盧敬霞
【申請(qǐng)人】北京宇田相變儲(chǔ)能科技有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日