电加热储能与换热装置
技术领域
本发明涉及电能的储能与转换利用技术领域，具体涉及一种电加热储能与换热装置。
背景技术
目前，能源的转换利用逐步从依赖于化石燃料供能向着多元化、清洁化的方向发展。人们不断研究怎样将不同形式的能量以可用的方式储存起来，并在需要时又能以环保的形式释放出来以满足用户需求。在这种需求的背景下，电加热储能换热装置应运而生。
图2为现有技术中的一种电加热储能换热装置，图3为图2所示电加热储能换热装置的内部结构立体图。参见图2和图3，该电加热储能换热装置包括密封的外壳10、固设于外壳10内的电加热管11、翅片12、毛细管13、集气管14、集液管15、以及填充于外壳10内部剩余空间的储能介质16。
在该电加热储能换热装置中，电加热管11为表面凹凸不平的直筒状，电加热管11顶部的电源接头连接电源线，电源线穿出外壳10并与之密封固定；沿电加热管11外壁的周向上焊接有四个矩形翅片12，翅片12的表面与电加热管11的轴线平行；四个翅片12将电加热管11周围的空间分隔成四个区域，在每一个区域中设置有一根沿电加热管11的轴线方向延伸的直筒状毛细管13。直筒状毛细管13的一端连通集液管15，另一端连通集气管14。集气管14和集液管15均为一端封闭的管状结构，二者的开放端分别穿出外壳10。
该电加热储能换热装置可以实现储能和换热两个过程，即，在储能过程中，电加热管11的热能通过翅片12传递给储能介质16；在换热过程中，储能介质16的热能通过毛细管13四周的侧壁传递给待加热液体。这两个过程的原理实质上都是热交换。
然而，随着人们现代生活节奏的不断加快，上述结构的现有电加热储能换热装置在储能和换热过程中的换热速度很慢，越来越无法满足人们的需求，逐渐被市场淘汰。现在，越来越多的电加热储能换热装置被人们研究开发出来，以期提高换热速度。
发明内容
针对上述现有技术中存在的换热速度慢的技术问题，本发明提供了一种电加热储能与换热装置，以期提高电加热储能换热装置在储能和/或换热过程中的换热速度。
本发明提供的电加热储能与换热装置，包括密封的外壳以及设置于该外壳内部的电加热管、翅片、毛细管、集气管和集液管，其特征在于：多个所述翅片将所述电加热管的外围空间分隔成多个区域，每个区域中设置一根沿所述电加热管轴线方向延伸的所述毛细管；所述毛细管的一端连通所述集液管，另一端连通所述集气管；所述电加热管和所述毛细管中的至少一个为螺旋状管。
进一步地，所述螺旋状管的螺距相等。
进一步地，所述螺旋状管的螺距不等；优选地，所述螺距从上到下逐渐减小。
进一步地，所述电加热储能与换热装置还包括一个上端开放、下端封闭的金属筒，所述电加热管被插入该金属筒内，所述翅片均布固设在该金属筒的外壁上。
进一步地，所述金属筒的开放端设有一个密封盖。
进一步地，所述密封盖为一个环形螺帽，其焊接在所述电加热管的对应位置。
进一步地，所述电加热管的外壁与所述金属筒的内壁之间设有间隙。
进一步地，所述外壳内部与所述金属筒外之间的空间内填充有储能介质，所述金属筒内填充具有高导热系数介质。
进一步地，所述高导热系数介质为粉末状石墨或粉末状金属屑。
进一步地，所述翅片上均匀开设有通孔。
相比于现有技术中的上述电加热储能换热装置，本发明的电加热储能与换热装置，通过将电加热管和/或毛细管设计为螺旋状管，分别增加了储能过程和换热过程中的换热面积，从而提高了储能过程和换热过程的换热速度。
附图说明
图1为本发明的电加热储能与换热装置的结构示意图；
图2为现有技术中的一种电加热储能换热装置的结构示意图；
图3为图2中的电加热储能换热装置的内部结构立体图。
图中：10-外壳，11-电加热管，12-翅片，13-毛细管，14-集气管，15-集液管，16-储能介质，21-电加热管，22-翅片，23-毛细管，24-金属筒。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的电加热储能与换热装置进行详细的描述和说明。
图1为本发明的电加热储能与换热装置的结构示意图。
参见图1，本发明的电加热储能换热装置包括密封的外壳10，设置于外壳10内部的电加热管21、翅片22、毛细管23、金属筒24、集气管14、集液管15，以及填充于外壳10内部剩余空间的储能介质16，该剩余空间是指外壳10内金属筒24外的空间。
本发明将电加热管21设计为螺旋状(是指其断面形状为螺旋状)。该螺旋状电加热管21顶部的电源接头连接电源线，电源线穿出外壳10，并与之密封固定。螺旋状电加热管21被插入一金属筒24内，两者延伸方向相同，最好是两者的延伸轴线相同(共线)；金属筒24的底端封闭。沿金属筒24外壁的周向上固接有(例如，采用高频焊接的方式)四个矩形翅片22，每个翅片22的表面均与电加热管21的轴线平行。四个翅片22将电加热管21外部周围的空间分隔成四个区域，每一个区域中设置一根沿电加热管21轴线方向延伸的螺旋状的毛细管23。每根螺旋状毛细管23的一端连通集液管15，另一端连通集气管14。集气管14和集液管15均为一端封闭的管状结构，二者的开放端分别穿出外壳10，优选地，二者的开放端分别向相反方向平行地穿出外壳10。
本发明可以根据用户的实际热量需求，将螺旋状电加热管21的螺距设置成相等或者不等。需要说明的是，当螺距不等时，因重力作用，使得外壳10内储能介质16的密度从上至下逐渐递增，根据热量公式Q＝CmΔt(式中，C为比热容，m＝ρV为质量，Δt为加热温度)可知，在C、V、Δt一定的情况下，密度ρ越大，吸收的热量Q越多，因此相同时间内，外壳10内的储能介质16所吸收的热量从上到下逐渐增多，于是可以将电加热管21的螺距按照从上到下逐渐减小的规律设置，从而提高储能介质16的利用效率。
外壳10内填充有储能介质16，为了避免储能介质16进入金属筒24内，当金属筒24顶端开放时，需要保证外壳10内填充的储能介质16的液面高度低于金属筒24顶端。当然，也可以在金属筒24的顶端设置一个密封盖，以防止储能介质16流入金属筒24。例如，在电加热管21的合适位置焊接一个环形螺帽，同时在金属筒24顶端设置与之匹配的螺纹，该环形螺帽与金属筒24上的螺纹密封配合，从而将金属筒24的顶端密封。
可见，相比于图2和图3所示的现有技术的电加热储能换热装置，根据本发明的电加热储能与换热装置，在由四个翅片22所形成的换热面积相同的情况下，通过采用螺旋状的电加热管21和螺旋状的毛细管23，分别增加了储能过程和换热过程中的换热面积，从而提高了储能过程和换热过程的换热速度。
根据本发明的发明构思，在实际应用过程中，本领域技术人员可以只将电加热管21设计成螺旋状，而毛细管23依然采用直管，此时需要有与电加热管相配合的金属筒24；或者，只将毛细管23设计成螺旋状，而电加热管21依然采用直管，此时可以省略金属筒24。
可以理解的是，通常，电加热管21的外壁与金属筒24的内壁应当是留有一定间隙的，如图1所示，这样可以在金属筒24的尺寸一定的情况下，尽可能增大电加热管21的表面积。然而，在此类情况下，若电加热管21受热膨胀后与金属筒24内壁贴合，使用一段时间后，电加热管21的侧壁与金属筒24的内壁会发生粘连，导致电加热管21不易取出，维修更换困难。因此，优选为在电加热管21的外壁与金属筒24的内壁之间留有合适的间隙。
根据本发明，可以在金属筒24内填充具有高导热系数的介质，例如粉末状石墨或粉末状金属屑，这样，一方面可以避免电加热管21的侧壁与金属筒24的内壁粘连，还可以将电加热管21产生的热量快速地传递给翅片22，进一步加快储能过程中的换热速度。
进一步地，本发明还可以在翅片22上开设若干通孔，如图1所示，优选地，这些通孔在翅片22的表面上均匀分布。如此，有利于被翅片22分割的不同区域内的储能介质16相互流通，使得储能介质16的温度分布更加均匀，从而有效避免因温度分布不均造成储能介质16的状态不同，也有利于进一步加快储能过程中的换热速度。
虽然，本发明的上述具体实施方式中示出的电加热管21和毛细管23都是螺旋状的，实际上它们还可以分别设计成其它异型管，例如，断面形状为波浪形、W形或Z形的管状结构，本发明对此不予限制。
上述具体实施方式中，所给出的外壳10内部的电加热管21的数量、翅片22的数量和形状以及毛细管23的数量，只是为了与相同情况下现有技术中的电加热储能换热装置进行对比，从而更好地表现出本发明相对于现有技术的有益效果。然而，在实际应用过程中可以根据实际情况合理设置，本发明不作限制。例如，电加热管21的数量还可以是2根、4根、6根等；翅片22的数量还可以是8片、12片、16片等；毛细管23的数量还可以是8根、12根、16根等
综上所述、本发明将电加热管和/或毛细管设计为螺旋状，显著地增加了储能和换热的表面积，提高了储能和/或换热过程中的换热速度，能够满足人们的生活需求。
当然，本发明中的电加热管和/或毛细管，其断面形状也可以设计为波浪状、W形、Z形中的任何一种。
上文已经对本发明的技术方案以及优选的具体实施方式进行了清楚、完整的详细描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的较佳实施例而已，而不是全部的实施例，因此不能据此限制本发明。凡是基于本发明的发明构思和具体实施方式，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，通过修改、等同替换和/或简单变型等所获得的所有其他实施例，均应包含在本发明的保护范围之内。
