[发明专利]一种热电热泵相变蓄热采暖方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于能源类供热技术领域，具体地说涉及一种热电热泵相变蓄热采暖方法及装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的电器走进平常百姓家，而这些电器大部分在凌晨以后使用频率聚降，这使得原本非常严重的电力供应的“峰-谷”矛盾更加突出，用电高峰与用电低谷负荷的差别愈来愈大。近年来随着冬季气温持续下降，特别是冰冻灾害时期，导致取暖负荷持续上升，部分城市冬季最高负荷超过夏季最高负荷，各省各地均出现较为频繁的拉闸限电现象。蓄热技术可以“均匀负荷”，能够用“低谷电力”完成“高峰电力”的工作；不但具有节省能源，保护环境等优点，而且对用户的经济上有很大的实际意义。

目前常用的电暖器有取暖电炉、石英管红外电暖器、微晶红外电暖器、卤素灯红外电暖器、充油式电暖器、电暖风机等多种形式，这些取暖器的发热元件主要有发热丝、电热管、红外石英管、PTC发热元件、卤素管、电热膜，其效率一般为0.9-0.95，存在运行费用高、效率低、发热温度高、安全性能差的问题。

而普通家用空调在低温潮湿环境中，很容易结霜，造成制热能力下降；相反，环境温度的下降引起采暖负荷的增加，造成供热和需热负荷的矛盾。目前有许多文献对上述问题进行了分析并提出了一些应对措施，但还是有很多问题。如文献《除霜和除霜控制研究》(许东晟  陈汝东《流体机械》)介绍了当前制冷装置和热泵装置常用的除霜方法和除霜控制的研究现状，但这些方法并末从根本上解决结霜问题，且难以在实际场合应用。

目前国内对供热蓄热系统研究较少，国际上对相变蓄热的应用研究也主要集中在相变蓄热机理和太阳能相变蓄热供热系统的研究上，专利《相变蓄热热泵供热系统》(申请号01105718.1)晚上采用电加热器直接加热，其制热系数小于1，虽然利用了晚上的低谷电，节省了用户的费用，但并不真正节能；而热电热泵相变蓄热采暖方法及装置利用热电芯片热泵功能进行蓄热采暖，制热系数较高，由于不使用制冷剂，消除了制冷剂漏泄将对人体的毒害，且结构简单，适合普通家庭采暖使用。目前对利用热电芯片热泵功能进行蓄热采暖末见相关文献报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种热电热泵相变蓄热采暖方法。这种方法不仅能够通过热电芯片热泵功能回收空气中的废热，提高制热效率；而且利用相变蓄热装置晚间蓄热，充分利用峰谷电价差从而达到节省用户费用的目的；同时克服普通家用空调因环境温度下降容易结霜，造成供热和需热负荷的矛盾的热电热泵相变蓄热采暖方法。

本发明的目的旨在为实现上述方法而提供的结构简单，使用方便，克服现有供热设备运行费用高，效率低的缺点，有利于节约电能，错开电力高峰使用，节省用户费用，同时解决普通家用空调容易结霜造成供热和需热负荷矛盾的热电热泵相变蓄热采暖装置。

本发明的目的是通过下述方式实现的：

低谷电价阶段通电蓄热时，热电芯片组连接相变蓄热材料的一端成为热端产生的热能传递到相变蓄热材料中储存，热电芯片组的另一端成为冷端并从周围空气中吸收废热；在放热取暖的时，分为两种工作模式，第一种节电工作模式为周围的空气直接与已蓄热的相变蓄热材料发生热交换实现放热取暖；在第一种工作模式不能满足取暖要求时，改变热电芯片组的电流方向，使热电芯片组的冷、热端两端面发生改变，与相变蓄热材料相连的热电芯片组的一端转变成为冷端，吸收相变蓄热材料的热能，并由热电芯片组的另一端热端释放出来供取暖使用。

热电芯片组采用N.P半导体元件组成的热电芯片。

本发明的相变蓄热材料可采用30度左右的低熔点石蜡或熔点近似的相变材料装在铜盒中，这类蓄热材料使用范围广，融解热、密度、体积蓄热热密度较大，价格也较便宜，市场上易于购买。

本发明的方法通过在晚间低谷电价阶段通电蓄热，在白天电价高峰将蓄热热量用于取暖。不仅能够通过热电芯片热泵功能回收空气中的废热，还能利用相变蓄热装置晚间蓄热，充分利用峰谷电价差从而达到节省用户费用的目的，既能进行废热回收、提高制热效率又可以移峰填谷，减小运行费用。另外，本发明的方法还同时采用两种放热模式进行采暖，其中一种工作模式通过改变输入热电芯片组电流的方向，热电芯片组的冷、热端面发生改变的特点，即通过输入少量的电能再次利用热电芯片组的热泵功能把定型相变蓄热材料蓄的热能释放，送出更高温度的风，克服了家用空调采暖因环境温度的急剧下降引起的供热和需热负荷矛盾。在环境温度较高时还可用另一种节电模式，即直接采用空气与定型相变蓄热材料直接接触发生热交换，释放出其中的热量供取暖使用。