НАГРЕВАЕМЫЕ ИЗНУТРИ ТЕПЛОВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ С МАТЕРИАЛОМ С ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ Российский патент 2022 года по МПК F24D17/00 F24H7/04 F28D20/02 F28F13/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к конструкциям аккумуляторов с материалом с фазовым переходом (МФП), которые нагреваются изнутри. Конкретнее, настоящее изобретение относится к выполненным как одно целое и/или расположенным внутри нагревательных устройств (например, электронагревательным устройствам) в ряде тепловых аккумуляторов, содержащих МФП.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Хорошо известны тепловые аккумуляторы, содержащие МФП, используемые для передачи и/или хранения тепла. Однако существует много проблем с существующей технологией аккумуляторов с МФП.

В стандартных тепловых аккумуляторах, содержащих МФП, существуют проблемы с эффективностью и с подсоединением множества зарядных источников тепла. Более того, также существуют проблемы в ситуациях, когда тепловой аккумулятор с МФП должен быть заряжен от расположенного снаружи основного источника тепла.

Дополнительные проблемы обнаруживаются в известных устройствах, когда внутреннее нагревательное устройство используется для зарядки МФП управляемым образом, так как это требует очень сложных жидкостных контуров. Было обнаружено, что сложные жидкостные контуры являются крайне ненадёжными и также регулярно выходят из строя. Сложные жидкостные контуры также являются дорогостоящими и сложными в обслуживании.

Задачей, по меньшей мере, одного аспекта настоящего изобретения является устранение и/или уменьшение, по меньшей мере, одной или более из вышеупомянутых проблем.

Ещё одной дополнительной задачей настоящего изобретения является предложение улучшенного теплового аккумулятора, содержащего МФП, который обеспечивает техническую эффективность и преимущества, включающие в себя гибкость для соединения с множеством зарядных источников тепла.

Еще одной дополнительной задачей настоящего изобретения является предложение улучшенного теплового аккумулятора, содержащего МФП, который включает в себя возможность зарядки от расположенного снаружи основного источника тепла и/или внутреннего нагревательного устройства (устройств) управляемым образом без необходимости в сложных жидкостных контурах.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен тепловой аккумулятор с PCM с по меньшей мере одним, двумя или более или множеством выполненных за одно целое и/или расположенных внутри нагревательных устройств, например, электронагревательным устройством.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен тепловой аккумулятор с МФП, содержащий:

камеру МФП, способную содержать МФП;

МФП, расположенный в камере;

электронную систему управления для управления тепловым аккумулятором с МФП;

по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств, расположенных в тепловом аккумуляторе с МФП;

причём по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств способны нагревать и/или заряжать МФП.

Настоящее изобретение относится к улучшенным конструкциям тепловых аккумуляторов, в которых тепловой аккумулятор (аккумуляторы) представляют собой тепловые аккумуляторы с МФП, например, с по меньшей мере одним или множеством нагревательных устройств, которые могут быть выполнены как одно целое и/или расположенными внутри аккумулятора с МФП.

Тепловой аккумулятор с МФП имеет преимущество в преодолении потребности в сложных жидкостных контурах и каких-либо связанных с ним компонентов и затратах в компоновке теплового аккумулятора.

Тепловой аккумулятор с МФП по настоящему изобретению обеспечивает улучшенную компоновку и конструкцию теплового аккумулятора, которые обеспечивают улучшенную техническую эффективность, преимущества и особенно гибкость для соединения с множеством зарядных источников тепла.

Обычно нагревательное устройство может быть расположено внутри камеры МФП. В некоторых вариантах осуществления нагревательное устройство может поэтому находиться в непосредственном контакте и быть погружено в МФП.

Тепловой аккумулятор с МФП может содержать, по меньшей мере, одно, два, три, четыре, пять или шесть нагревательных устройств.

Альтернативно тепловой аккумулятор с МФП может содержать, по меньшей мере, два или более, три или более, четыре или более, пять или более или шесть или более нагревательных устройств.

Тепловой аккумулятор с МФП может содержать множество нагревательных устройств.

Нагревательные устройства могут быть описаны выполненные как за одно целое и/или расположенные внутри в камере МФП, и поэтому, в тепловом аккумуляторе с МФП.

Нагревательные устройства могут быть расположены на разных уровнях (т.е. глубинах или высотах) внутри камеры МФП. Нагревательные устройства могут поэтому быть расположены в разных местоположениях по вертикали внутри камеры МФП.

Тепловой аккумулятор с МФП может быть заряжен от внешнего основного источника тепла, исключая потребность в наличии сложных жидкостных контуров. Тепловой аккумулятор с МФП может поэтому быть заряжен как внешним основным тепловым источником, так и нагревательным устройством, расположенным в камере МФП. Нагревательные устройства по настоящему изобретению поэтому с этим рассматриваться как вспомогательный источник тепла для теплового аккумулятора с МФП. Такая компоновка позволяет очень точно управлять зарядом и/или температурой МФП.

Тепловой аккумулятор с МФП может содержать внешний кожух для всего теплового аккумулятора с МФП.

Внутри внешнего кожуха теплового аккумулятора с МФП может быть расположен изоляционный слой. Изоляционный слой может увеличивать термическую эффективность теплового аккумулятора с МФП и сохранять тепло внутри камеры МФП.

Камера МФП может быть представлять собой приёмный резервуар, расположенный внутри внешнего кожуха и изоляционного слоя. Камера МФП может содержать МФП.

Изоляционный слой может поэтому образовывать оболочку и изолирующий слой вокруг камеры МФП.

МФП, используемый в настоящем изобретении, может быть адаптирован и изменён для конкретного применения и требуемой энергии. Любой подходящий тип МФП может поэтому быть использован для ряда применений, таких как обеспечение горячей воды, как в бытовых, так и в промышленных применениях, хранение энергии и затем вытеснение этой энергии.

Электронная система управления может управлять физическими характеристиками и/или температурой МФП путём применения энергии, такой как тепло, посредством нагревательных устройств.

Нагревательные устройства могут представлять собой любой подходящий элемент, способный обеспечивать энергию и/или тепло в МФП. Например, нагревательные устройства могут представлять собой электронагревательные элементы, которые могут быть использованы для применения термической энергии к МФП и тем самым увеличения температуры МФП.

Нагревательные устройства в настоящем изобретении могут поэтому быть выполнены как одно целое с и/или расположены внутри электронагревательного устройства (устройств). Нагревательные устройства могут поэтому в некоторых вариантах осуществления находиться в непосредственном контакте с материалом МФП.

МФП в некоторых вариантах осуществления может поэтому непосредственно нагреваться, что означает, что циркуляция текучих сред в контурах в аккумуляторе не существенна для фазы зарядки и присутствует только для разрядки теплового аккумулятора. Настоящее изобретение также преодолевает необходимость в сложных жидкостных контурах.

В частных вариантах осуществления тепловой аккумулятор с МФП может представлять собой двухпортовый тепловой аккумулятор.

Тепловой аккумулятор с МФП также может содержать теплообменник, который может, например, представлять собой теплообменник с ребристой сердцевиной. Теплообменник может быть расположен внутри камеры МФП.

Электронная система управления по настоящему изобретению может содержать маломощный контур (LPC) и высокомощный контур (HPC), которые используются, чтобы обеспечить электрическое соединение для теплового аккумулятора с МФП.

Электронная система управления также может содержать вход HPC и выход HPC. Также может быть вход LPC и выход LPC. Входы и выходы могут быть расположены на верхней поверхности теплового аккумулятора с МФП.

Также может присутствовать контроллер аккумулятора. Также может присутствовать сигнал состояния заряда аккумулятора и сигнал управления зарядкой аккумулятора.

Аккумулятор с МФП может питаться от источника питания от сети.

Тепловой аккумулятор с МФП также может содержать, по меньшей мере, один или множество датчиков, способных отслеживать физические характеристики и/или температуру МФП и других частей теплового аккумулятора. Например, может присутствовать термостат S0 для автоматического отключения при перегреве. Более того, могут присутствовать датчики температуры, например, датчики S1, S2 и S3 температуры. Датчики, например, датчики температуры, могут быть распределены по всему тепловому аккумулятору для получения температуры по всей рабочей среде.

Датчики могут быть расположены в разных местоположениях по вертикали в МФП. Это позволяет отслеживать физические характеристики и температуру МФП по всей камере МФП. Например, может присутствовать датчик (датчики), расположенный в верхней половине и/или около середины и/или примерно по направлению к нижнему концу камеры МФП.

В любом особом варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может, например, иметь двухпортовую конструкцию с нагревательным устройством по настоящему изобретению, имеющим форму элемента резервного нагревателя, например, элемента электронагревателя. Может присутствовать, по меньшей мере, один или множество элементов резервного нагревателя.

Двухпортовая конструкция по настоящему изобретению обеспечивает техническое преимущество, заключающееся в возможности заряжать тепловой аккумулятор непитьевой водой. Более того, аккумулятор может быть заряжена простыми и дешёвыми не сертифицированными компонентами. Тепло может затем быть извлечено с питьевой водой. Тепловой аккумулятор по настоящему изобретению поэтому намного улучшен по сравнению с предыдущими сложными жидкостными системами.

В частных вариантах осуществления тепловой аккумулятор может содержать одно или множество нагревательных устройств, которые могут, например, представлять собой резервный электронагреватель, который расположен в МФП. Нагревательное устройство может иметь любую форму электронагревательного устройства, которое может быть расположено в МФП. Нагревательное устройство может поэтому быть описано как выполненное в виде одного целого и/или расположенное внутри электронагревательное устройство, которое погружено в МФП. Необходимо отметить, что настоящее изобретение может иметь, по меньшей мере, одно, два или множество нагревательных устройств, расположенных в МФП.

Было обнаружено, что местоположение нагревательного устройства в камере МФП, и поэтому самого МФП, является важным. В частных вариантах осуществления нагревательное устройство, например, электронагреватель, может быть расположено в верхней половине камеры МФП. Под верхней половиной подразумевается вертикальная верхняя половина камеры МФП. Нагревательное устройство может быть погружено в МФП.

Система управления электронными средствами может представлять собой контроллер аккумулятора или содержать его. Нагревательное устройство (устройства) могут быть соединены с контроллером аккумулятора. Нагревательное устройство (устройства) могут поэтому полностью управляться и/или включаться и/или выключаться при необходимости. В дополнение, количество энергии и/или тепла, подаваемое нагревательным устройством, также может быть изменено, т.е. адаптировано и изменено. Количество подаваемого тепла и заряда может поэтому зависеть от измерения датчиков и/или мощности, требуемой для определённого применения, такого как подача горячей воды.

В частных вариантах осуществления нагревательное устройство может быть расположено в верхней половине, одной третьей или верхней четверти камеры МФП. Местоположение нагревательного устройства может предпочтительно находиться в верхней секции камеры МФП так, что нагревательное устройство может быть использовано для заряда верхней секции и соответствующего МФП в верхней секции камеры МФП. Несмотря на то, что оно нагревает только МФП в верхней секции камеры МФП и, следовательно, обеспечивает только пониженную производительность, оно по-прежнему будет обеспечивать достаточное тепло для доступа пользователя к пригодному выводу. Нагревательное устройство по настоящему изобретению может поэтому функционировать в качестве полностью адаптируемой резервной нагревательной системы.

Дополнительное преимущество аккумулятора с МФП настоящего изобретения заключается в том, что было обнаружено, что возможно подавать электрическое тепло с помощью нагревательного устройства и затем немедленно отводить тепло с помощью теплообменника. Преимущество этого заключается в том, что электрическая тепловая энергия не нуждается в хранении в отличие от того, что встречается в известных системах, таких как системы проточного водонагревателя.

В вариантах осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать несколько электронагревательных устройств, расположенных на разных высотах внутри камеры МФП. Преимущество этого заключается в том, что можно выбирать, сколько материала МФП будет нагреваться и поэтому сколько энергии подлежит хранению и/или высвобождению. Размещение электронагревательного устройства на разных высотах позволяет нагревать разные количества (т.е. объёмы) МФП. Функция элемента резервного электронагревателя настоящего изобретения поэтому легко адаптируема в широком диапазоне применений, таких как, например, двухпортовые системы.

В определённых вариантах осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать нагревательное устройство, расположенное в верхней половине камеры МФП, и нагревательное устройство, расположенное в нижней половине камеры МФП. Тепловой аккумулятор с МФП может поэтому содержать два нагревательных устройства в разных местоположениях по вертикали. Расположенное вверху нагревательное устройство может функционировать в качестве резервного нагревателя. Нагревательное устройство может поэтому быть активировано в случае, если основной источник тепла вышел из строя.

Альтернативно, может присутствовать нагревательное устройство, расположенное примерно на три четверти вверх в камере МФП, и расположенное ниже нагревательное устройство, расположенное чуть выше нижней части камеры МФП. Как отмечено выше, местоположение нагревательных устройств может быть адаптировано с возможностью нагрева разных количеств МФП. Как ранее описано, нагревательные устройства могут иметь любую подходящую форму электронагревателей/элементов.

Нагревательное устройство, расположенное по направлению к нижней части камеры МФП, даёт возможность быстро заряжать по существу весь материал МФП в батарее.

Преимущество наличия второго нагревательного устройства, расположенного внутри камеры МФП, заключается в том, что это позволяет более быстро заряжать МФП в тепловом аккумуляторе. Нагревательное устройство, расположенное в нижней части камеры МФП, может функционировать в качестве основного источника тепла для теплового аккумулятора.

Настоящее изобретение может поэтому иметь множество выполненных как одно целое и/или расположенных внутри нагревательных устройств, таких как электронагревательные устройства, на разных высотах в батарее для обеспечения разных количеств энергии. Нагрев разных количеств и объёмов МФП обеспечивает разные количества энергии, которые могут затем храниться и/или распределяться.

В дополнительных вариантах осуществления может быть, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств, которые могут быть выполнены как одно целое и/или расположены внутри теплового аккумулятора с МФП и которые могут быть погружены в МФП ниже, например, теплообменника. В положении по направлению к нижнему концу теплового аккумулятора камера МФП может, например, также содержать ступенчатые элементы, например, два ступенчатых элемента, которые протяжены вверх от нижней части камеры МФП.

Ступенчатые элементы могут обеспечивать эффективный корпус для, например, клемм элемента нагревателя и элементов автоматического отключения. Ступенчатые элементы также могут позволять использование вакуумных изоляционных панелей для изоляции теплового аккумулятора с МФП.

Эти ступенчатые элементы 503a также помогают позиционировать теплообменник 504 выше нагревательного устройства 511 и объёма МФП 505 ниже теплообменника 504.

Нагревательное устройство (устройства) могут представлять собой электронагревательное устройство, расположенное по направлению к нижнему концу камеры МФП. Нагревательное устройство может, например, иметь трубчатую форму и может быть выполнено как одно целое с тепловым аккумулятором. Нагревательное устройство (устройства) могут быть расположены ниже теплообменника. Нагревательное устройство (устройства) могут поэтому быть использованы для обеспечения мгновенного нагрева МФП.

Нагревательное устройство (например, трубчатый электронагреватель) может проникать в корпус теплового аккумулятора с помощью, например, переборочного соединения. Такая компоновка обеспечивает преимущество, заключающееся в возможности передавать тепло МФП с помощью большой площади поверхности от трубчатого вытянутого нагревательного устройства.

Нагревательное устройство может погружаться и полностью погружено в МФП. Нагревательное устройство может поэтому находиться в непосредственном контакте с МФП.

Также может присутствовать теплообменник, расположенный внутри теплового аккумулятора с МФП и расположенный внутри камеры МФП и МФП. Обычно теплообменник может иметь ребристую сердцевину для улучшения термической эффективности. Теплообменник может иметь контуры управления.

Потоки проводимости и конвекции в МФП могут передавать тепло в теплообменник, например, теплообменник с ребристой сердцевиной. Было обнаружено, что это очень энергоэффективная система.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать по меньшей мере один или множество термопроводников, таких как, например, металлические стержни, которые могут по существу вертикально вставляться в корпус теплового аккумулятора. Термопроводники могут, например, представлять собой проводящие стержни или тепловые трубы. Термопроводники могут быть расположены по существу вертикально в теплообменнике и проходить в часть МФП, такую как, например, область верхнего конца МФП. Термопроводники могут быть использованы для рассеивания и/или распределения тепла по всему теплообменнику и/или МФП.

Термопроводники могут поэтому быть погружены или по меньшей мере частично погружены в МФП. Термопроводники также могут продолжаться или, по меньшей мере, частично проходить в теплообменник, например, сердцевину теплообменника, который может быть ребристым.

По меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств может быть расположено по направлению к нижнему концу теплообменника. Нагревательные устройства могут быть по существу горизонтально расположены по направлению к нижней части камеры МФП и вдоль неё.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать термопластины (например, проводящие термопластины, такие как металлические пластины), которые могут быть интегрированы в конструкцию теплового аккумулятора с МФП. Термопластины могут проходить в или по меньшей мере частично в сердцевину теплообменника (например, ребристую сердцевину теплообменника). Термопластины могут проходит в нагреваемую зону теплового аккумулятора ниже или по существу ниже теплообменника.

Например, может присутствовать две, три, четыре или множество термопластин. Термопластины могут быть расположены по существу вертикально в теплообменнике и необязательно проходить в область нижнего конца МФП 705 и через нагревательное устройство. Может присутствовать любое подходящее количество термопластин, которые могут быть ориентированы с любой подходящей ориентацией через теплообменник. Было обнаружено, предпочтительно, чтобы термопластины могли быть введены по существу вертикально для содействия передаче тепла вверх и охлаждения вниз вдоль пластин.

Термопластины могут быть образованы из проводящего термического материала, такого как любой подходящий металл и/или сплав. Пластины могут быть относительного толстыми для содействия теплопередаче. Термопластины могут быть по существу плоскими и ориентированы по существу вертикально в тепловом аккумуляторе с МФП.

Термопластины могут быть относительно толстыми, например, толщиной около 0,1-5 см, толщиной около 0,1 - 2 см или толщиной около 0,1 - 0,5 см.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать неплоские нагревательные устройства, такие как, например, по меньшей мере, одно или множество по существу L-образных электронагревательных устройств, встроенных в теплообменник, например, ребристую сердцевину теплообменника.

Неплоские нагревательные устройства (например, по существу L-образные нагревательные устройства) могут содержать по существу вертикально расположенный участок, который протяжён вниз через МФП. Тангенциально от по существу вертикального участка 811a могут проходить один или множество (например, три) по существу горизонтально расположенных участков. Может присутствовать любое количество, например, один или множество по существу вертикально расположенных участков и по существу горизонтально расположенных участков.

Один по существу горизонтально расположенный участок может проходить в нижней четверти сердцевины теплообменника, второй горизонтально расположенный участок может проходить по существу через средний участок сердцевины теплообменника, а третий горизонтально расположенный участок может проходить через верхнюю четверть теплообменника. Горизонтально расположенные участки могут быть расположены в любой подходящей области сердцевины теплообменника.

По существу горизонтально расположенные участки могут быть встроены или, по меньшей мере, частично встроены в сердцевину теплообменника (например, ребристую сердцевину трубчато-ребристого теплообменника). Теплообменник может предпочтительно весь или, по меньшей мере, частично быть погружен в МФП.

По существу горизонтально расположенные участки нагревательного устройства могут быть размещены на конкретных высотах внутри сердцевины теплообменника (например, ребристой сердцевины) в зависимости от занимаемой площади тепловых аккумуляторов и соотношения сторон для предоставления более хорошей производительности относительно равномерной зарядки, времени для зарядки, частичных сбросов и характеристик расширения.

Было обнаружено, что расположение по существу горизонтально расположенных участков нагревательного устройства уменьшает следующие проблемы:

a) избыточное локальное давление, которое может повреждать корпус элемента батареи;

b) быстрый перегрев МФП свыше его безопасных рабочих пределов;

c) перегрев нагревательного устройства, приводящий к его уменьшенному сроку службы или выходу из строя.

Было обнаружено в тепловом аккумуляторе с МФП, что предпочтительно иметь посадку с натягом между нагревательным элементом и частями сердцевины теплообменника, такими как рёбра теплообменника. Было неожиданно обнаружено, что это обеспечивает увеличенную поверхность теплопередачи с улучшенным временем зарядки.

Также было обнаружено, что L-образные нагревательные устройства с по существу горизонтальными участками обеспечивают несколько преимуществ, таких как:

1) рельеф для любого расширения МФП во время его фазового перехода (плавления и замерзания); и

2) простая концевая заделка кабелей, требуемых для работы теплового аккумулятора, сверху теплового аккумулятора с МФП.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств (например, электрически нагреваемые трубчатые нагреватели), которые могут быть встроены в сердцевину теплообменника, которая может необязательно содержать металлические проводящие элементы, например, проводящие трубки, такие как медные трубки.

По меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств могут представлять собой электронагревательные устройства. В частности, нагревательные устройства могут содержать участок электронагревательного устройства, который может быть расположен в верхнем участке теплового аккумулятора между камерой МФП и сердцевиной теплообменника. В частности, по меньшей мере, одно из множества электронагревательных устройств может быть встроено в трубопровод теплового аккумулятора с МФП.

Нагревательное устройство также может быть встроено в контур, например, пропущенный ряд контура. Контур может проходить по существу горизонтально поперёк сердцевины теплообменника.

Может присутствовать любое количество пропущенных рядов контура, проходящих поперёк сердцевины теплообменника. Например, может присутствовать второй пропущенный ряд контура, проходящий по существу горизонтально поперёк сердцевины теплообменника.

Пропущенные ряды контура могут поэтому быть встроены в теплообменник. Также может присутствовать канал, который может, например, представлять собой трубку для теплообмена. Канал 920 может проходить вокруг контура, который может, например, представлять собой пропущенный ряд контура. Вокруг пропущенного ряда контура может проходить нагревательное устройство. Электронагреватель может поэтому быть встроен в теплообменник и, в частности, в каналы (т.е. трубки, которые могут быть изготовлены из меди или любого другого подходящего проводящего материала), проходящие через сердцевину теплообменника. Нагревательные устройства могут быть встроены в сердцевину теплообменника и предпочтительно и необязательно не в МФП непосредственно. Есть несколько разных вариантов встраивания нагревательных устройств.

Нагревательное устройство может поэтому находиться непосредственно в контакте с теплообменником и, таким образом, достигается улучшенная и постоянная теплопередача. Дополнительно, нагревательные устройства (например, нагревательные элементы) могут, если не требуется никогда в этом варианте осуществления не находиться в непосредственном контакте с МФП и, таким образом, им нет необходимости быть совместимыми с МФП. Это приводит к большему количеству вариантов для нагревателей с уменьшенными затратами и увеличенной надёжностью и устойчивостью. Элементы нагревателя будут доступны для технического обслуживания и ремонта не подвергая обслуживающий персонал воздействию МФП. Могут быть использованы более высокомощные элементы, и рабочие условия МФП не являются проблемой из-за более высокомощной поверхностной нагрузки нагревателя.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств, которые могут быть встроены и/или расположены в корпусе, содержащем материал, который способен эффективно передавать и/или распределять тепло. Материал поэтому обеспечивает более хорошую передачу тепла от нагревательного устройства в сердцевину теплообменника и/или материал с фазовым переходом.

В этом варианте осуществления нагревательное устройство (например, электронагревательное устройство) может быть расположено по направлению к нижнему концу камеры МФП и под сердцевиной теплообменника (например, ребристой сердцевиной теплообменника). Может присутствовать первый контур теплообменника (контур 1 теплообменника) и второй контур теплообменника (контур 2 теплообменника).

Нагревательное устройство также может быть необязательно расположено между двумя ступенчатыми элементами и обычно проходит между этими двумя ступенчатыми элементами. Ступенчатые элементы могут являться частью камеры МФП.

Нагревательное устройство может находиться в корпусе, который может быть заполнен материалом/текучей средой, способной передавать и/или распределять тепло равномерно. Материал/текучая среда может, например, быть любой формой подходящего масла и/или термопасты.

Обычно нагревательное устройство может представлять собой, например, трубчатое электронагревательное устройство, которое может быть расположено в корпусе и окружено материалом, который способен эффективно передавать и/или распределять тепло. Корпус может поэтому быть заполнен маслом и/или термопастой.

Корпус в некоторых вариантах осуществления может быть ребристым для улучшения теплопередачи, а в других вариантах осуществления может не быть ребристым в зависимости от особых требований по теплу и энергии.

Нагревательное устройство может поэтому быть встроено в корпус, который может быть заполнен термическим материалом, способным передавать и/или распределять тепло равномерно. Корпус может предпочтительно быть выполнен за одно целое с камерой МФП. Нагревательное устройство обычно не взаимодействует с МФП.

Корпус может быть либо плоским, либо необязательно ребристым для увеличения площади поверхности и теплопередачи от нагревателя термическому материалу и корпусу и затем МФП, но, что важно, уменьшения поверхностной нагрузки нагревательного устройства, что приводит к устойчивой конструкции с уменьшенными интервалами между техническими обслуживаниями. Было обнаружено, что это является значительным техническим преимуществом и увеличивает срок службы теплового аккумулятора с МФП.

Использование масляной ванны в корпусе означает, что нагревательному устройству нет необходимости иметь посадку высокой точности внутри корпуса, которая требуется патронными нагревателями. Часто как нагревательное устройство, так и корпус могут предпочтительно быть механически обработаны/специфицированы соответствующим образом для обеспечения теплопередачи (посредством посадки с натягом) и быть сужены для обеспечения лёгкого снятия нагревательного устройства. Это снова является дополнительным преимуществом настоящей конструкции.

Конструкция нагревательного устройства и корпуса означает, что нагревательное устройство может быть лёгкосъёмным и доступным обслуживающему персоналу, который не подвергается воздействию МФП. Маленький объем термического материала, такого как масло, заменяется во время интервала между техническими обслуживаниями с помощью масляного ниппеля в корпусе. Тепловой аккумулятор может поэтому быть очень легко обслуживаемым, что является дополнительным техническим преимуществом.

Рёбра на корпусе могут просто представлять собой протяжённые вытянутые пластины, которые функционируют в качестве площадей рассеивания тепла для увеличения площади поверхности и, следовательно, передачи и/или распределения тепловой энергии.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств, которые могут быть расположены снаружи камеры МФП. Кроме того, может присутствовать, например, проводящий блок, внутри которого может индуцироваться ток с помощью внешнего индукционного нагревателя.

Нагревательное устройство может быть расположено по направлению к нижнему концу камеры МФП и обычно под (т.е. по существу ниже) сердцевиной теплообменника (например, ребристой сердцевиной теплообменника). Предпочтительно нагревательное устройство может быть расположено снаружи за пределами камеры МФП и в нижней части камеры МФП или по направлению к ней. Нагревательное устройство может поэтому быть расположено между нижней частью камеры МФП и нижней частью корпуса батареи. В частных вариантах осуществления нагревательное устройство может представлять собой индукционный нагреватель.

Нагревательное устройство может поэтому быть описано как расположенное снаружи от сердцевины теплообменника и МФП. Нагревательное устройство по-прежнему находится внутри теплового аккумулятора с МФП.

Выше или по существу выше нагревательного устройства и внутри камеры МФП может быть расположен слой проводящего материала, который может простираться вдоль нижней части или по существу вдоль нижней части камеры МФП. Функция проводящего материала может заключаться в индукционной передаче тепла от нагревательного устройства, которое может представлять собой индукционный нагреватель. Проводящий материал может поэтому иметь форму блока из теплопроводящего металла и/или сплава, внутри которого может индуцироваться ток для производства и/или передачи тепла.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать, по меньшей мере, одно или множество съёмных патронных нагревательных устройств, содержащих погруженный внутрь проводящий блок.

Проводящий блок может быть изготовлен из любого подходящего проводящего материала и может простираться вдоль нижней части камеры МФП и может необязательно быть расположен под сердцевиной теплообменника и МФП (т.е. ниже).

Проводящий блок может простираться полностью или по существу или, по меньшей мере, частично вдоль с одной стороны камеры МФП до другой стороны. Проводящий блок может состоять из проводящего материала, такого как любой подходящий металл и/или сплав. Проводящий блок поэтому предназначен для эффективной передачи тепла изнутри нижней части камеры МФП, где могут быть расположены нагревательные устройства.

По меньшей мере, одно или ряд патронных нагревательных устройств, которые могут быть съёмными, могут быть встроены внутрь в проводящий блок. Патронные нагревательные устройства могут располагаться по существу горизонтально вдоль и предпочтительно внутри блока.

Патронные нагревательные устройства могут поэтому быть расположены внутри в камере МФП. Патронные нагревательные устройства могут поэтому содержать блок из теплопроводящего металла и/или сплава, который способен эффективно передавать тепло.

Проводящий блок может поэтому функционировать в качестве источника тепла, встроенного в нижнюю часть и внутрь камеры МФП. Проводящий блок обычно имеет большую площадь поверхности по сравнению со встроенными патронными нагревательными устройствами.

Техническое преимущество патронных нагревательных устройств заключается в том, что они доступны снаружи и, таким образом, являются лёгкосъёмными, так как они не контактируют с МФП.

Предпочтительно проводящий блок может иметь форму блока нагревателя, встроенного в нижнюю часть камеры МФП.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может дополнительно содержать лопастную мешалку, которая перемешивает МФП и содействует теплопередаче с помощью принудительной конвекции. Добавление лопастной мешалки поэтому обеспечивает следующие технические преимущества:

- содействие теплопередаче с помощью принудительной конвекции;

- смешивание и перемешивание МФП и его составляющих компонентов.

В дополнение, тепловой аккумулятор с МФП может поэтому содержать перемешиватель, который может иметь любую форму перемешивающего устройства, такую как вращающаяся мешалка. Перемешиватель может, например, быть расположен по направлению к нижней части камеры МФП и может быть использован для перемешивания МФП для улучшения эффективности теплового аккумулятора и теплопередачи.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать нагревательные устройства, располагающиеся по существу вертикально внутри камеры МФП. Нагревательные устройства могут иметь форму сетей элементов нагревателя.

Нагревательные устройства в форме сетей элементов нагревателя могут иметь форму решёткообразной структуры поэтому могут присутствовать секции решётки, внутри которых могут находиться трубчатые секции, которые обеспечивают эффективную теплопередачу. Трубчатые секции могут, например, представлять собой металлические трубки, например, медные трубки.

Нагревательные устройства также могут содержать расширяющиеся элементы (например, ребра), которые могут заменять обычные ребра, встречающиеся в теплообменниках. В особых вариантах осуществления могут быть использованы нагреватели с положительным температурным коэффициентом (PTC), которые могут быть надеты на теплопередающие трубки, такие как медные трубки, заменяя стандартные ребра, встречающиеся в теплообменниках.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать нагревательные устройства в форме по существу вертикально ориентированных маломощных вертикальных нагревателей в форме, например, тепловых труб или проводящих стержней для содействия циркуляции МФП. Было обнаружено, что это создаёт перекачивающее действие для материала МФП внутри теплового аккумулятора.

Было обнаружено, что эта компоновка имеет несколько технических преимуществ, таких как:

1) увеличение теплопередачи от основания теплового аккумулятора до сердцевины, оптимизируя время зарядки; и

2) создание путей для перемещения расплавленного МФП, сброс любого повышения давления, вызванного фазовым переходом и расширяющимся МФП.

Нагревательное устройство может быть расположено по направлению к нижней части камеры МФП. Нагревательное устройство может располагаться по существу поперёк нижней части теплообменника.

Обычно может присутствовать множество по существу вертикально ориентированных маломощных вертикальных нагревателей. По существу вертикально ориентированные нагреватели могут иметь форму маломощных нагревательных устройств или альтернативно тепловых трубок. Может присутствовать любое подходящее количество по существу вертикально ориентированных нагревателей.

По существу вертикально ориентированные нагреватели могут проходить от верхней поверхности камеры МФП через МФП и в теплообменник.

В дополнительном варианте осуществления тепловой аккумулятор с МФП может содержать створчатые рёбра. Створчатые ребра могут содержать ряд трубок (например, медных трубок), которые могут быть использованы для передачи тепла. Внутри и вокруг трубок может течь материал МФП. Поток материала МФП может быть направлен с использованием створок в рёбрах. Рёбра могут поэтому содержать створку, которая может в действительности быть полностью открыта так, что она становится полностью плоской, или переведена в угловую форму так, что она может быть использована для направления потока материала МФП. Конструкция створчатых рёбер может быть включена в любой из вариантов осуществления и любую из тепловых аккумуляторов, описанных выше.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается способ применения термической энергии в тепловом аккумуляторе с МФП, содержащий этапы, на которых:

поставляют камеру МФП, способную содержать МФП;

поставляют МФП, располагаемый в камере;

поставляют систему управления электронными средствами для теплового аккумулятора с МФП;

поставляют по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств, располагаемых в камере МФП и погруженных в МФП;

причём по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств способны нагревать и/или заряжать МФП.

Признаки, описанные выше, могут быть использованы в любом сочетании с любым из вариантов осуществления, описанных в этой заявке.

Способ может использовать любой из признаков, описанных в первом и втором аспекте.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления настоящего изобретения будут далее описаны исключительно путём примера со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых:

фиг. 1 представляет схематическое изображение конструкции двухпортового теплового аккумулятора согласно известному уровню техники;

фиг. 2 представляет двухпортовой тепловой аккумулятор согласно варианту осуществления настоящего изобретения с жидкостным контуром для зарядки теплового аккумулятора с помощью электронагревателя согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 представляет тепловой аккумулятор согласно варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется два порта с элементом резервного электронагревателя;

фиг. 4 представляет тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется два порта с электрически нагреваемой тепловым аккумулятором с двумя нагревательными устройствами;

фиг. 5 представляет тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется электронагреватель, выполненный за одно целое с тепловым аккумулятором, погруженный в МФП ниже теплообменника;

фиг. 6a представляет тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где несколько термопроводников, таких как теплопроводящие стержни или тепловые трубы, по существу вертикально вставлены в корпус теплового аккумулятора;

фиг. 6b представляет увеличенный вид в поперечном сечении термопроводника, показанного на фиг. 6а;

фиг. 7 представляет тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где проводящие пластины интегрированы в сердцевину теплообменника и проводящие пластины проходят в нагреваемую зону теплового аккумулятора ниже теплообменника;

фиг. 8 представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где тепловой аккумулятор содержит по существу L-образное электронагревательное устройство, встроенное в теплообменник;

фиг. 9 представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где нагревательные устройства (например, электрически нагреваемые трубчатые нагреватели) встроены в сердцевину теплообменника, которая может содержать проводящие элементы, например металлические трубки, такие как медные трубки;

фиг. 10 представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, показывающую конфигурацию для встраивания пропущенного ряда в теплообменник;

фиг. 11a представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется нагревательное устройство, встроенное и/или расположенное в корпусе, содержащем материал, который способен эффективно передавать и/или распределять тепло;

фиг. 11b представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется нагревательное устройство, встроенное и/или расположенное в корпусе, содержащем материал, который способен эффективно передавать и/или распределять тепло, и где имеются ребра, продолжающиеся вниз по длине корпуса;

фиг. 12 представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется нагревательное устройство, расположенное снаружи камеры МФП, и нагрев обеспечивается расположенным снаружи индукционным нагревателем;

фиг. 13 представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется, по меньшей мере, одно или множество съёмных патронных нагревательных устройств, расположенных внутри проводящего блока;

фиг. 14 представляет дополнительный тепловой аккумулятор согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения, где имеется, по меньшей мере, одно или множество съёмных патронных нагревательных устройств, расположенных внутри проводящего блока, и где имеется также перемешиватель/мешалка для перемешивания МФП;

фигуры 15a и 15b представляют дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, где показан тепловой аккумулятор, и где имеются нагревательные устройства в форме сетей нагревательных устройств, располагающихся по существу вертикально внутри камеры МФП;

фигуры 16a и 16b представляют дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, где показан тепловой аккумулятор, где имеются нагревательные устройства в форме по существу вертикально ориентированных маломощных вертикальных нагревателей в форме, например, тепловых труб или проводящих стержней для содействия циркуляции МФП; и

фиг. 17 представляет дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения и показывает поперечное сечение конструкции створчатых рёбер, которая может быть использована в тепловом аккумуляторе согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В общем, настоящее изобретение относится к улучшенным конструкциям теплового аккумулятора, в которых тепловой аккумулятор (аккумуляторы) представляют собой тепловые аккумуляторы с МФП с, например, по меньшей мере одним или множеством нагревательных устройств, которые могут быть расположены внутри.

Нагревательные устройства в настоящем изобретении могут представлять собой выполненное как одно целое и/или расположенное внутри электронагревательное устройство (устройства). Нагревательные устройства могут поэтому в некоторых вариантах осуществления находиться в непосредственном контакте с материалом МФП.

В настоящем изобретении МФП может поэтому в некоторых вариантах осуществления непосредственно нагреваться, что означает, что циркуляция текучих сред в контурах в аккумуляторе не существенна для фазы зарядки и присутствует только для разрядки теплового аккумулятора. Настоящее изобретение также преодолевает необходимость в сложных жидкостных контурах.

Фиг. 1 показывает известную конструкцию теплового аккумулятора, в целом обозначенную ссылочной позицией 100. Показанный тепловой аккумулятор 100 представляет собой двухпортовый тепловой аккумулятор.

Как показано на фиг. 1, имеется корпус 101 теплового аккумулятора. Внутри корпуса 101 теплового аккумулятора расположен изоляционный материал 102. Внутри изоляционного материала 102 расположена камера 103 МФП, которая используется для содержания МФП теплового аккумулятора 100. Изоляционный материал 102 образует оболочку и изолирующий слой вокруг камеры 103 МФП.

Также на фиг. 1 показан маломощный контур (LPC) 104 и высокомощный контур (HPC) 105, которые используются для обеспечения электрического соединения для теплового аккумулятора 100.

Сверху теплового аккумулятора 100 также показан вход 106 HPC и выход 107 HPC. Также показан вход 108 LPC и выход 109 LPC.

Фиг. 1 также показывает, что имеется контроллер 110 аккумулятора, источник (CC) 111 питания от сети, сигнал 112 состояния заряда батареи и сигнал 113 управления зарядкой аккумулятора.

В тепловом аккумуляторе 100 также имеется термостат S0 для автоматического отключения при перегреве и датчики S1, S2 и S3 температуры.

Когда имеется необходимость нагреть/зарядить тепловой аккумулятор 100, рабочая текучая среда (вода) циркулирует по трубам теплообменника, передавая тепловую энергию от рабочей текучей среды МФП, который расположен внутри камеры 103 МФП. Это требует дополнительного жидкостного узла/контура с насосом, датчиками температуры и потока и т.д. Это и есть техническое решение, используемое в известном уровне техники и приносящее много недостатков. Настоящее изобретение решает эти проблемы и преодолевает необходимость в таких сложных жидкостных системах.

Поэтому в отрасли имеется необходимость в обеспечении улучшенной компоновки и конструкции теплового аккумулятора, которая обеспечивает улучшенную техническую эффективность, преимущества и особенно гибкость для подсоединения множества зарядных источников тепла. Это включает в себя возможность по-прежнему заряжаться от внешнего основного источника тепла и/или внутренним нагревательным устройством (устройствами) управляемым образом без необходимости в сложных жидкостных контурах. Известная конструкция со сложными жидкостными контурами показана схематически на фиг. 2.

Фиг. 2 представляет собой дополнительную конструкцию теплового аккумулятора 200. Аналогично тепловому аккумулятору 100, показанному на фиг. 1, имеется корпус 201 теплового аккумулятора, изоляция 202, камера 203 МФП, маломощный контур (LPC) 204, высокомощный контур (HPC) 205, вход 206 HPC, выход 207 HPC и вход 208 LPC и выход 209 LPC, контроллер 210 аккумулятора, источник (CC) 211 питания от сети, сигнал 212 состояния заряда аккумулятора и сигнал 213 управления зарядкой аккумулятора.

Аккумулятор 200, показанный на фиг. 2, также содержит электронагреватель 214, расположенный сверху аккумулятора 200. Имеется также насос 215, расширительный перепускной клапан (ERV), расширительный сосуд 217 и компоновка 218 заполнения системы. Тепловой аккумулятор 200 поэтому содержит жидкостную петлю 250.

Аккумулятор 200, показанный на фиг. 2, поэтому представляет собой жидкостную электронагревательную компоновку двухпортового теплового аккумулятора.

Независимые жидкостные контуры, упомянутые выше и показанные на фиг. 2, являются подходящими для аккумуляторов с одним или множеством жидкостных контуров (двумя). При условиях, где зарядный контур теплового аккумулятора батареи сконструирован для питьевой воды, этот жидкостный контур и компоненты в этом контуре должны быть сертифицированы в соответствии с требованиями по воде, что увеличивает затраты и сложность.

Для исключения этих типов жидкостных контуров и любых связанных компонентов и связанных капитальных/операционных затрат компоновка, в которой имеются выполненные как одно целое и/или расположенные внутри нагревательные устройства (например, электронагревательные устройства), изложена в настоящей заявке для ряда тепловых аккумуляторов, содержащих МФП.

Таким образом, непосредственный нагрев МФП означает, что циркулирующие текучие среды в любом из жидкостных контуров не существенны для фазы зарядки и поэтому требуются только для разрядки теплового аккумулятора. Непосредственный нагрев МФП обеспечивает несколько технических преимуществ и преодолевает несколько известных проблем с жидкостными системами:

1. Проблемы с изменением размеров - было обнаружено, что пропорциональное увеличение элементов нагревателя в известных тепловых аккумуляторах может приводить к выходу из строя теплового аккумулятора.

2. Было обнаружено, что в известных конструкциях управление нагревателем является проблематичным, тогда как в настоящем изобретении нагреватель подвергается воздействию МФП, которым можно управлять и которому можно придать любую индивидуальную форму для ряда конкретных требований.

3. В известных конструкциях, в которых нагреватель находится в потоке рабочей текучей среды, было обнаружено, что это увеличивает падения давления в системе. Это также может влиять на скорости потока заряда и замедлять их.

4. Настоящее изобретение использует МФП, которые имеют более высокую температуру кипения, чем вода, которая используется в известных конструкциях.

Тепловой аккумулятор 200, показанный на фиг. 2, представляет собой шаг вперёд по сравнению с тепловым аккумулятором 100, показанном на фиг. 1. Тепловой аккумулятор 200 поэтому представляет собой шаг вперёд по сравнению с прежней однопортовой конструкцией за счёт возможности заряжать и/или разряжать разные контуры. Это даёт очень гибкое решение.

Конструкция двухпортового теплового аккумулятора обеспечивает возможность заряжать тепловой аккумулятор непитьевой водой (используя простые, дешёвые, не сертифицированные компоненты) и затем извлекать тепло с питьевой водой без дополнительных компонентов.

Каждый из портов в двухпортовой тепловой батарее может иметь соответствующий размер. Например, тепловой аккумулятор может быть разделён 50% на 50% или 70% на 30% так, что можно отдать более большую пропорцию для разрядки, чем зарядки.

Это позволяет медленно заряжать в течение более длительных периодов времени, но разряжать с высокой мощностью и более высокими скоростями потока.

Настоящее изобретение обеспечивает дополнительное улучшение относительно тепловых аккумуляторов, показанных на фигурах 1 и 2.

Фиг. 3 представляет тепловой аккумулятор 300 согласно настоящему изобретению. Тепловой аккумулятор 300 имеет двухпортовую конструкцию с элементом резервного нагревателя, например, элементом электронагревателя. Это может быть, по меньшей мере, один или множество элементов резервного нагревателя. Это описано более подробно ниже.

Двухпортовая конструкция настоящего изобретения обеспечивает техническое преимущество, заключающееся в возможности заряжать тепловой аккумулятор непитьевой водой. Более того, аккумулятор может быть заряжен простыми и недорогими, не сертифицированными компонентами. Тепло может затем быть извлечено с питьевой водой. Тепловой аккумулятор настоящего изобретения поэтому значительно улучшена по сравнению с предыдущими сложными жидкостными системами.

Тепловой аккумулятор 300 содержит корпус 301 теплового аккумулятора, который действует в качестве камеры для всех компонентов теплового аккумулятора 300. Внутри корпуса 301 теплового аккумулятора расположен изоляционный слой 302. Изоляционный слой 302 действует в качестве термоизолятора для улучшения эффективности теплового аккумулятора 300. Изоляционный слой 302 образует изоляционную оболочку. Изолирующий слой 302 может быть изготовлен из любого подходящего изолирующего материала.

Внутри изоляционного слоя 302 расположена камера 303 МФП. Внутри камеры 303 МФП расположен МФП. Конкретный используемый МФП может быть адаптирован и изготовлен индивидуально для конкретной требуемой цели. Тепловой аккумулятор 300 настоящего изобретения поэтому легко адаптируем и может быть модифицирована для широкого диапазона применений.

Фиг. 3 также показывает, что тепловой аккумулятор 300 содержит маломощный контур (LPC) 304 и высокомощный контур (HPC) 305.

На верхней поверхности теплового аккумулятора 300 и как показано на фиг. 3 имеется вход 306 HPC и выход 307 HPC.

На верхней поверхности теплового аккумулятора 300 имеется также вход 308 LPC и выход 309 LPC.

Фиг. 3 также показывает, что имеется контроллер 310 аккумулятора, который соединён с источником (CC) 311 питания от сети. Также имеется сигнал 312 состояния заряда аккумулятора и сигнал 313 управления зарядкой аккумулятора.

Также показаны термостат S0 для автоматического отключения при перегреве и датчики S1, S2, S3 температуры. Может присутствовать, по меньшей мере, один датчик температуры или множество датчиков температуры. Датчики температуры могут быть распределены по всему тепловому аккумулятору для получения температуры по всей рабочей среде.

Тепловой аккумулятор 300 также содержит нагревательное устройство 314, которое может, например, представлять собой резервный электронагреватель, который расположен в МФП, как показано на фиг. 3. Это отличие направлено на значительное различие с тепловым аккумулятором, показанного на фигурах 1 и 2. Нагревательное устройство 314 может иметь любую форму электронагревательного устройства, которое может быть расположено в МФП. Нагревательное устройство 314 может поэтому быть описано как одно целое и/или расположенное внутри электронагревательное устройство, которое погружено в МФП. Необходимо отметить, что настоящее изобретение может иметь, по меньшей мере, одно, два или множество нагревательных устройств, расположенных в МФП.

Было обнаружено, что местоположение нагревательного устройства 314 в камере 303 МФП и поэтому МФП является важным.

Тепловой аккумулятор 300 также содержит источник 315 питания для нагревательного устройства 314.

Как показано на фиг. 3, электронагреватель 314 расположен в верхней половине камеры 303 МФП. Под верхней половиной подразумевается верхняя по вертикали половина камеры 303 МФП. Электронагреватель 314 будет также погружен в материал МФП.

Нагревательное устройство 314 соединено с контроллером 310 аккумулятора. Нагревательное устройство 314 может поэтому полностью управляться и/или включаться и/или выключаться при необходимости. В дополнение, количество мощности и/или нагрева, подаваемое нагревательным устройством 314, также может быть изменено.

В предпочтительных вариантах осуществления нагревательное устройство 314 расположено в верхней половине, одной третьей или верхней четверти камеры 303 МФП. Местоположение нагревательного устройства 314 находится предпочтительно в верхней секции камеры 303 МФП так, что нагревательное устройство 314 может быть использовано для зарядки верхней секции и соответствующего МФП в верхней секции камеры 303 МФП. Несмотря на то, что оно нагревает МФП только в верхней секции камеры 303 МФП и, следовательно, обеспечивает только пониженную производительность, оно по-прежнему будет обеспечивать достаточное тепло для доступа пользователя к пригодному выводу. Нагревательное устройство 314 настоящего изобретения может поэтому функционировать в качестве полностью адаптируемой резервной нагревательной системы.

Дополнительное преимущество системы, показанной в тепловом аккумуляторе 300, заключается в том, что было обнаружено, что возможно подавать электрическое тепло с помощью нагревательного устройства 314 и затем немедленно отводить тепло с помощью теплообменника. Преимущество этого заключается в том, что электрическая тепловая энергия не нуждается в хранении в отличие от того, что встречается в известных системах, таких как системы проточного водонагревателя.

Хотя и не показано на фиг. 3, тепловой аккумулятор 300 может содержать несколько электронагревательных устройств, расположенных на разных высотах внутри камеры 303 МФП. Преимущество этого заключается в том, что можно выбирать, сколько материала МФП будет нагреваться и поэтому сколько энергии подлежит хранению и/или высвобождению. Размещение электронагревательного устройства на разных высотах позволяет нагревать разные количества (т.е. объёмы) МФП. Функция элемента резервного электронагревателя настоящего изобретения поэтому легко адаптируема в широком диапазоне применений, таких как, например, двухпортовые системы.

Тепловой аккумулятор 400, показанный на фиг. 4, очень схож с тепловым аккумулятором 300, показанным на фиг. 3. Отличие заключается в том, что тепловой аккумулятор 400 на фиг. 4 имеет два нагревательных устройства: нагревательное устройство 414 и нагревательное устройство 416.

Тепловой аккумулятор 400 содержит: корпус 401 теплового аккумулятора; изоляционный слой 402; камеру 403 МФП; маломощный контур (LPC) 404; высокомощный контур (HPC) 405; вход 406 HPC; выход 407 HPC; выход 408 LPC; вход 409 LPC; контроллер 410 батареи; источник (CC) 411 питания от сети; сигнал 412 состояния заряда аккумулятора; сигнал 413 управления зарядкой аккумулятора; расположенный вверху электронагреватель 414; источник 415 питания для электронагревателей и расположенный внизу электронагреватель 416.

Также показаны термостат S0 для автоматического отключения при перегреве и датчики S1, S2, S3 температуры.

Тепловой аккумулятор 400 поэтому содержит первое нагревательное устройство 414, расположенное в верхней половине камеры 403 МФП, и второе нагревательное устройство 416, расположенное в нижней половине камеры 403 МФП.

Как показано на фиг. 4, нагревательное устройство 414 расположено примерно на три четверти вверх в камере 414 МФП, а расположенное внизу нагревательное устройство 416 расположено чуть выше нижней части камеры 403 МФП. Как отмечено выше, местоположение нагревательных устройств может быть адаптировано с возможностью нагрева разных количеств МФП. Как ранее описано, нагревательные устройства могут иметь любую подходящую форму электронагревателей/элементов.

Расположенное вверху нагревательное устройство 414 может функционировать в качестве резервного нагревателя, как описано на фиг. 3. Нагревательное устройство 414 может поэтому быть активировано в случае, если основной источник тепла вышел из строя.

Расположенное внизу нагревательное устройство 416 может быть использовано вдоль основной нагревательной системы. Так как нагревательное устройство 416 расположено по направлению к нижней части камеры 403 МФП, это позволяет быстро заряжать по существу весь материал МФП в тепловом аккумуляторе 400.

Преимущество наличия второго нагревательного устройства 416 заключается в том, что это позволяет более быстро заряжать МФП в тепловом аккумуляторе 400. Нагревательное устройство 416, расположенное в нижней части камеры 403 МФП, может функционировать в качестве основного источника тепла для теплового аккумулятора 400.

Дополнительно к варианту осуществления, показанному на фиг. 4, настоящее изобретение может поэтому иметь множество выполненных как одно целое и/или расположенных внутри нагревательных устройств, таких как электронагревательные устройства, на разных высотах в тепловом аккумуляторе для обеспечения разного количества энергии. Нагрев разных количеств и объёмов МФП обеспечивает разные количества энергии, которые могут затем храниться и/или распределяться.

С вариантами осуществления, показанными на фигурах 3 и 4, было обнаружено, что они обеспечивают несколько технических преимуществ, включающих в себя возможность по-прежнему заряжать тепловой аккумулятор от внешнего основного источника тепла, исключая требование иметь сложные жидкостные контуры. Это также обеспечивает возможность зарядки теплового аккумулятора внешними источниками и, по меньшей мере, одним или множеством внутренних нагревательных устройств управляемым образом. По меньшей мере, одно или множество внутренних нагревательных устройств могут быть расположены во множестве вертикальных местоположений, что обеспечивает возможность нагрева разных количеств МФП и, следовательно, хранения и/или выпуска разных количеств энергии.

Настоящий заявитель поэтому разработал конструкцию теплового аккумулятора, в котором выполненное за одно целое и/или расположенное внутри нагревательное устройство, такое как электронагревательное устройство, или множество электронагревательных устройств обеспечивает несколько явных технических преимуществ.

Тепловой аккумулятор настоящего изобретения с интегрированным и/или расположенным внутри электронагревательным устройством или множеством интегрированных нагревательных устройств обеспечивает преимущества, такие как:

a) тепловой аккумулятор может по-прежнему быть заряжен внешним основным источником тепла (например, бойлером), и в этой заявке электронагреватель действует в качестве резервного (вспомогательного) источника тепла в случае, если основной источник вышел из строя;

b) во-вторых, как показано на фиг. 4, интегрированный электронагреватель действует в качестве главного/основного источника тепла и нагревает тепловой аккумулятор непосредственно, таким образом исключая потребность в сложных жидкостных контурах;

c) тепловой аккумулятор также может быть заряжен и внешними источниками тепла, и внутренним нагревательным устройством управляемым образом. Например, солнечной батареей с помощью электрического элемента с дополнительным нагревом бойлером с помощью жидкостного контура;

d) нагревательное устройство окружено МФП, т.е. средой с постоянными и известными параметрами. В цилиндрических баках с горячей водой нагревательные устройства окружены питьевой водой, и поэтому на нагревательном элементе образуется накипь, приводящая к очагам коррозии и в итоге к выходу из строя нагревательного устройства. Когда нагревательное устройство расположено в МФП, как в настоящем изобретении, эти проблемы не возникают, и поэтому нагревательное устройство будет иметь долгий срок службы;

e) в отличие от цилиндрического бака с водой, тепловой аккумулятор настоящего изобретения с нагревательным устройством, расположенным в нижней части, может быть заряжена до разных уровней. Например, нагревательное устройство может быть включено только до тех пор, пока не расплавится 50% МФП и т.д. поэтому состояние заряда может управляться без использования множества элементов на разных высотах;

Несколько вариантов/версий были сконструированы и оценены, как рассмотрено подробно ниже и показано схематически на фигурах 5-15. Каждая из фигур имеет немного разные конфигурации для компонентов приспособления, приводящие к множеству технических преимуществ. Это рассмотрено ниже.

Фиг. 5 представляет тепловой аккумулятор 500 согласно настоящему изобретению, в котором имеется нагревательное устройство, такое как электронагреватель, выполненное как одно целое и/или расположенное внутри теплового аккумулятора, погруженное в МФП ниже, например, теплообменника.

Как показано на фиг. 5, имеется корпус 501 теплового аккумулятора с изоляционным слоем 502, расположенным внутри корпуса 501 теплового аккумулятора. Внутри изоляционного слоя 502 расположена камера 503 МФП. Изоляционный слой 502 образует оболочку вокруг камеры 503 МФП, содержащей МФП 505.

Также имеется теплообменник 504 и сердцевина 520 теплообменника.

Как показано на фиг. 5, расположенная по направлению к нижнему концу теплового аккумулятора 500 камера 503 МФП имеет два ступенчатых элемента 503a, которые протяжены вверх из нижней части камеры 503 МФП.

Фиг. 5 также показывает, что имеется теплообменник 504, который может иметь ребристую сердцевину для улучшения термической эффективности. Также показан контур 504a теплообменника и контур 504b теплообменника.

Внутри камеры 503 МФП расположен МФП 505.

На верхней стороне камеры 503 МФП расположены вход 506 (например, вход контура 1), выход 507 (например, контура 1), вход 508 (например, контура 2) и выход 509 (например, контура 2).

Также имеются датчики 510. Как показано на фиг 5, предпочтительно имеются три датчика 510. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 503 МФП, второй датчик расположен примерно в середине камеры 503 МФП и дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 503 МФП. поэтому может быть множество разных датчиков 510, расположенных в разных вертикальных местоположениях в камере 503 МФП. Это позволяет измерять и/или записывать физические параметры, такие как температура МФП, на разных высотах и по всему телу материала МФП.

Важно, что фиг. 5 также показывает, что имеется нагревательное устройство 511, такое как электронагревательное устройство, расположенное по направлению к нижнему концу камеры 503 МФП. Нагревательное устройство 511 может иметь трубчатую форму и может быть выполнено как одно целое с тепловым аккумулятором 500.

Нагревательное устройство 511 расположено ниже теплообменника 504.

Также имеется контур 504a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 504b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Нагревательное устройство 511 может поэтому быть использовано для обеспечения мгновенного нагрева МФП 505.

Как показано на фиг. 5, нагревательное устройство 511 (например, трубчатый электронагреватель) может проникать в корпус 501 теплового аккумулятора с помощью, например, переборочного соединения.

Более того, нагревательное устройство 511 погружено и полностью погружено в МФП 505. Нагревательное устройство 511 поэтому находится в непосредственном контакте с МФП 505.

Фиг. 5 обеспечивает техническое преимущество в том, что тепло передаётся МФП 505 с помощью большой площади поверхности от нагревательного устройства 511. Токи проводимости и конвекции в МФП 505 передают тепло теплообменнику 504, например, теплообменнику с ребристой сердцевиной. Было обнаружено, что это очень энергоэффективная система.

Ступенчатый элемент 503a является частью камеры 503 МФП и присутствует, например, на обеих сторонах камеры 503 МФП. поэтому может быть два ступенчатых элемента 503a или любое подходящее количество.

Ступенчатые элементы 503a обеспечивают эффективный корпус для, например, клемм элемента нагревателя и признаков автоматического отключения. Ступенчатые элементы 503a также могут позволять использование вакуумных изоляционных панелей для изоляции теплового аккумулятора 500.

Эти ступенчатые элементы 503a также содействуют расположению теплообменника 504 выше нагревательного устройства 511 и объёма МФП 505 ниже теплообменника 504.

Настоящие изобретатели также обнаружили следующие аспекты согласно настоящему изобретению. Было обнаружено, что, когда тепловой аккумулятор является холодным (т.е. в разряженном режиме), МФП находится в твёрдом состоянии и имеет низкую термическую проводимость. В этом состоянии, если нагревательное устройство включается, то оно будет расплавлять МФП, окружающий его (т.е. это будет образовывать расширяющийся слой жидкости, окружённый твёрдым МФП), что создаёт:

a) избыточное локальное давление, которое может повреждать корпус элемента батареи;

b) быстрый перегрев МФП свыше его безопасных рабочих пределов; и

c) перегрев нагревательного устройства, приводящий к его уменьшенному сроку службы или выходу из строя.

Для преодоления этих проблем были исследованы и применены два основных способа:

a) уменьшение мощности на входе, т.е. замедление процесса теплопередачи для соответствия характеристикам теплопереноса МФП /сердцевины теплообменника. Этот вариант больше не использовался, поскольку время зарядки теплового аккумулятора было не приемлемым;

b) несколько металлических стержней, вставленных вертикально, как показано на фиг. 6a ниже, создающих путь для выхода расширяющегося объёма МФП по направлению к верхнему пространству расширения и, таким образом, предотвращающих локализованное повышение давления и также увеличивающих конвективную теплопередачу между нагревательным устройством и теплообменником/сердцевиной МФП. Эта методология было оптимизирована, обеспечивая теплопередачу на полную мощность;

c) вместо использования металлических стержней, как указано выше, интегрирование тонких пластин в ребристую сердцевину конструкции теплообменника, которые проходят в нагреваемую зону теплового аккумулятора под теплообменником, как показано на фиг. 6b; и

d) использование створчатых рёбер для обеспечения передачи МФП между ребрами, содействуя теплопередаче посредством конвекции и обеспечивая больше каналов для расширения МФП.

Фиг. 6a представляет тепловой аккумулятор 600, где несколько термопроводников, таких как, например, металлические стержни, по существу вертикально вставлены в корпус теплового аккумулятора. Это описано ниже.

Как показано на фиг. 6а, имеется тепловой аккумулятор 600 с корпусом 601 теплового аккумулятора и изоляционным слоем 602, расположенным внутри корпуса 601 теплового аккумулятора. Также имеется камера 603 МФП.

Фиг. 6a также показывает, что имеется теплообменник 604, который может, например, представлять собой теплообменник с ребристой сердцевиной. Теплообменник имеет сердцевину 620. Фиг. 6a также показывает, что имеется контур 604a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 604b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Внутри камеры 603 МФП расположен МФП 605.

На верхней стороне камеры 603 МФП расположены вход 606 (например, вход контура 1), выход 607 (например, контура 1), вход 608 (например, контура 2) и выход 609 (например, контура 2).

Также имеются датчики 610. Как показано на фиг. 6a, предпочтительно имеются три датчика 610. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 603 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 603 МФП и еще один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 603 МФП.

Фиг. 6a также показывает, что имеется нагревательное устройство 611, расположенное по направлению к нижнему концу теплообменника 604. Нагревательное устройство 611 может быть по существу горизонтально расположено по направлению к нижней части камеры 603 МФП и вдоль неё.

Фиг. 6a дополнительно показывает, что имеются четыре нагревательных проводника 612, таких как, например, проводящие стержни или тепловые трубы. Нагревательные проводники 612 расположены по существу вертикально в теплообменнике 604 и проходят в область верхнего конца МФП 605 от сердцевины 620 теплообменника.

Фиг. 6b представляет собой поперечное сечение нагревательного проводящего стержня или тепловой трубы 612, которая показана на фиг. 6а. Фиг. 6b показывает, что тепло перемещается вверх по теплопроводящему стержню или тепловой трубе, а охлаждение перемещается вниз по теплопроводящему стержню или тепловой трубе.

Фиг. 7 относится к тепловой батарее 700, где вместо использования металлических стержней, как выше на фигурах 6а и 6b, этот вариант осуществления относится к интеграции термопластин (например, проводящих термопластин, таких как металлические пластины) в сердцевину теплообменника (например, ребристую сердцевину теплообменника). Пластины проходят в нагреваемую зону теплового аккумулятора под теплообменником.

В тепловом аккумуляторе 700, показанной на фиг. 7, имеется корпус 701 теплового аккумулятора, изоляционный слой 702 и камера 703 МФП. Как показано на фиг. 7, также имеется теплообменник 704 и сердцевина 720 теплообменника, которая предпочтительно может представлять собой ребристую сердцевину теплообменника.

Фиг. 7 также показывает, что имеется контур 704a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 704b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Внутри камеры 703 МФП расположен МФП 705. На верхней поверхности корпуса 701 теплового аккумулятора расположен вход 706 (например, вход контура 1), выход 707 (например, контура 1), вход 708 (например, контура 2) и выход 709 (например, контура 2).

Также имеются датчики 710. Как показано на фиг. 7, имеются предпочтительно три датчика 710. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 703 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 703 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 703 МФП.

Фиг. 7 также показывает, что имеется нагревательное устройство 711, расположенное ниже нижнего конца теплообменника 704. Нагревательное устройство 711 поэтому полностью погружено в МФП 705.

Фиг. 7 дополнительно показывает, что имеются, например, четыре пластины 712. Пластины расположены по существу вертикально в теплообменнике 704 и необязательно проходят в область нижнего конца МФП 705 и через нагревательное устройство 711. Может присутствовать любое подходящее количество пластин, которые могут быть ориентированы в любой подходящей ориентации через теплообменник 704. Было обнаружено, что предпочтительно, чтобы пластины 712 были введены по существу вертикально для содействия передаче тепла вверх и охлаждения вниз вдоль пластин 712.

Пластины 712 могут быть образованы из проводящего термического материала, такого как любой подходящий металл и/или сплав. Пластины 712 могут быть относительного толстыми для содействия теплопередаче. Пластины 712 могут быть по существу плоскими и ориентированы по существу вертикально в тепловом аккумуляторе 700.

Пластины 712 могут быть относительно толстыми, например, толщиной около
0,1-5 см, толщиной около 0,1-2 см или толщиной около 0,1-0,5 см.

Фиг. 8 относится к дополнительному тепловому аккумулятору 800 согласно настоящему изобретению. Тепловой аккумулятор 800 содержит по существу L-образное электронагревательное устройство, встроенное в теплообменник, например, ребристую сердцевину теплообменника. Это описано ниже.

На Фиг. 8 представлен тепловой аккумулятор 800, который содержит внешний корпус 801 теплового аккумулятора, изоляционный слой 802 и камеру 803 МФП. Также имеется теплообменник 804 и сердцевина 820 теплообменника (например, ребристая сердцевина теплообменника). Имеется контур 804a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 804b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Фиг. 8 также показывает, что имеется МФП 805, расположенный внутри камеры 803 МФП.

На верхней стороне камеры 803 МФП расположены вход 806 (например, вход контура 1), выход 807 (например, контура 1), вход 808 (например, контура 2) и выход 809 (например, контура 2).

Также имеются датчики 810. Как показано на фиг. 8, имеются предпочтительно три датчика 810. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 803 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 803 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 803 МФП и PCM 805.

Как показано на фиг. 8, L-образное электронагревательное устройство 811 содержит по существу вертикально расположенный участок 811a, который проходит вниз через МФП 805. От по существу вертикального участка 811a продолжаются тангенциально три по существу горизонтально расположенных участка 811b, 811c и 811d. Может присутствовать любое количество, такое как один или множество, по существу вертикально расположенных участков и по существу горизонтально расположенных участков.

Один по существу горизонтально расположенный участок 811b может проходить в нижней четверти сердцевины 820 теплообменника, горизонтально расположенный участок 811c может проходить по существу через средний участок сердцевины 820 теплообменника, а третий горизонтально расположенный участок 811d может продолжаться через верхнюю четверть теплообменника 804. Горизонтально расположенные участки могут быть расположены в любой подходящей области сердцевины 820 теплообменника.

Как показано на фиг. 8, в тепловом аккумуляторе 800 нагревательное устройство 811 и, в частности, по существу горизонтально расположенные участки 811b, 811c, 811d встроены в сердцевину теплообменника 814 (например, ребристую сердцевину трубчато-ребристого теплообменника). Нагревательное устройство 811 предпочтительно, по меньшей мере, частично погружено в МФП 805.

Было обнаружено в тепловом аккумуляторе 800, что предпочтительно иметь посадку с натягом между нагревательным элементом 811 и частями сердцевины 820 теплообменника, такими как ребра теплообменника. Было неожиданно обнаружено, что это обеспечивает увеличенную поверхность теплопередачи с улучшенным временем зарядки.

Также было обнаружено, что L-образные нагревательные устройства с по существу горизонтальными участками обеспечивают несколько преимуществ, таких как:

1) рельеф для любого расширения МФП 805 во время его фазового перехода (плавления и замерзания); и

2) простая концевая заделка кабелей, требуемых для работы теплового аккумулятора, сверху теплового аккумулятора.

Как показано на фиг. 8, по существу горизонтально расположенные участки 811b, 811c, 811d нагревательного устройства 811 размещены на конкретных высотах внутри сердцевины 804 теплообменника (например, ребристой сердцевины) в зависимости от занимаемой площади тепловых аккумуляторов и соотношения сторон для предоставления более хорошей производительности относительно равномерной зарядки, времени для зарядки, частичных сбросов и характеристик расширения.

Было обнаружено, что расположение по существу горизонтально расположенных участков 811b, 811c, 811d нагревательного устройства 811 уменьшает следующие проблемы:

d) избыточное локальное давление, которое может повреждать корпус элемента батареи;

e) быстрый перегрев МФП свыше его безопасных рабочих пределов;

f) перегрев нагревательного устройства, приводящий к его уменьшенному сроку службы или выходу из строя.

Было обнаружено, что тепловой аккумулятор 800, показанный на фиг. 8, является идеальным вариантом осуществления для гибридного водонагревателя, который использует как сохранённое тепло, так и обеспечивает питание для нагревательного устройства для мгновенного нагрева домашнего источника горячей воды.

Фиг. 9 представляет тепловой аккумулятор 900, где нагревательные устройства (например, электрически нагреваемые трубчатые нагреватели) встроены в сердцевину теплообменника, которая может содержать металлические проводящие элементы, например, проводящие трубки, такие как медные трубки.

В тепловом аккумуляторе 900, показанном на фиг. 9, имеется корпус 901 теплового аккумулятора, изоляционный слой 902 и камера 903 МФП, содержащая МФП 905. Также имеются теплообменник 904 и сердцевина 920 теплообменника.

На верхней стороне камеры 903 МФП расположены вход 906 (например, вход контура 1), выход 907 (например, контура 1), вход 908 (например, контура 2) и выход 909 (например, контура 2).

Также имеются датчики 910. Как показано на фиг. 9, имеются предпочтительно три датчика 910. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 903 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 903 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 903 МФП.

На фиг. 9 тепловой аккумулятор 900 содержит нагревательные устройства 911, такие как электронагревательные устройства. В частности, нагревательные устройства 911 содержат электронагревательное устройство 911a, которое расположено в верхнем участке теплового аккумулятора 900 между камерой 903 МФП и сердцевиной 920 теплообменника. В частности, электронагревательное устройство 911a может быть встроено в трубопровод теплового аккумулятора 900.

Фиг. 9 также показывает, что имеются электронагревательные устройства 911b, 911c, которые встроены в канал 915 в сердцевине 920 теплообменника. Канал 915 может проходить по существу горизонтально поперек сердцевины 920 теплообменника и поворачиваться с U-образным изгибом.

Фиг. 9 также показывает, что имеется второе нагревательное устройство 911c, располагающееся по существу горизонтально поперёк сердцевины 920 теплообменника.

Фиг. 10 представляет вид, показывающий нагревательное устройство 911b, расположенное в канале 915. На фиг. 10 показаны камера 903 МФП и МФП 905. Внутри камеры 903 МФП и МФП 905 расположен теплообменник 904. Теплообменник 904 может представлять собой теплообменник с ребристой сердцевиной.

Фиг. 10 показывает, что имеется канал 922, который представляет собой, например, трубку для теплообменника 904. Как показано на фиг. 10, канал 922 может проходить вокруг канала 915, обеспечивая «пропущенную» компоновку.

Фиг. 10 поэтому относится к варианту осуществления, где имеется электронагреватель, встроенный в теплообменник, и, в частности, в каналы (т.е. трубки, которые могут быть изготовлены из меди или любого другого подходящего проводящего материала), проходящие через сердцевину теплообменника.

В варианте осуществления, показанном на фигурах 9 и 10, нагревательные устройства 911b, 911c встроены в сердцевину 904 теплообменника и предпочтительно и необязательно не в МФП 905 непосредственно. Есть несколько разных вариантов встраивания нагревательных устройств 911b, 911c. Нагревательные устройства 911b, 911c могут быть встроены несколькими способами, такими как:

- показано в варианте осуществления на фиг. 9, нагревательные устройства 911b, 911c и канал 922 могут обеспечивать вход, идущий от рабочей текучей среды, т.е. МФП 905. Нагревательные устройства 911b, 911c могут быть встроены в трубопроводы большего диаметра на входах, с которыми соединяются меньшие капиллярные трубки, которые проходят через ребристую сердцевину теплообменника. Это означает, что нагревательные устройства 911b, 911c находятся в рабочей текучей среде и, таким образом, зарядка является равномерной по всему тепловому аккумулятору. Работа нагревательных устройств 911b, 911c связана со вспомогательным заводским оборудованием и регулируется контроллером теплового аккумулятора.

- фиг. 10 показывает, где встроены контур 915 (например, трубка пропущенного ряда) и участок теплообменника, такой как ребристая сердцевина теплообменника (фиг. 10). Путём пропуска рядов в ребристой сердцевине теплообменника «пропущенные трубки» могут быть заполнены несколькими нагревателями в различных положениях по всему ребристому блоку. Преимущества этого заключаются в том, что пропущенные ряды расширяются в ребристый блок, обеспечивая превосходную теплопередачу от трубок рёбрам.

В обоих вариантах, показанных на фигурах 9 и 10, нагревательные устройства находятся в непосредственном контакте с теплообменником и, таким образом, достигается улучшенная и постоянная теплопередача. Дополнительно, элементы никогда не контактируют непосредственно с МФП и, таким образом, им нет необходимости быть совместимыми с МФП. Это приводит к большему количеству вариантов для нагревателей с уменьшенными затратами и увеличенной надёжностью и устойчивостью. Элементы нагревателя будут доступны для технического обслуживания и ремонта, не подвергая обслуживающий персонал воздействию МФП. Могут быть использованы более высокомощные элементы, и рабочие условия МФП не являются проблемой из-за более высокомощной поверхностной нагрузки нагревателя.

Фигуры 11a и 11b представляют дополнительный тепловой аккумулятор согласно настоящему изобретению. В тепловом аккумуляторе имеется нагревательное устройство, которое встроено и/или расположено в корпусе, содержащем материал, который способен эффективно передавать и/или распределять тепло. Материал поэтому обеспечивает более хорошую передачу тепла от нагревательного устройства в сердцевину теплообменника и/или материал с фазовым переходом. Это объяснено более подробно ниже.

Как показано на фиг. 11a, имеется тепловой аккумулятор 1000 с корпусом 1001 теплового аккумулятора и изоляционный слой 1002, расположенный внутри корпуса 1001 теплового аккумулятора. Также имеются камера 1003 МФП и МФП 1005. Также имеются теплообменник 1004 и сердцевина 1020 теплообменника.

На фиг. 11a на верхней стороне камеры 1003 МФП расположены вход 1006 (например, вход контура 1), выход 1007 (например, контура 1), вход 1008 (например, контура 2) и выход 1009 (например, контура 2).

Также имеются датчики 1010. Как показано на фиг. 11a, имеются предпочтительно три датчика 1010. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 1003 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 1003 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 1003 МФП.

Как показано на фиг. 11a, имеется нагревательное устройство 1011 (например, электронагревательное устройство), расположенное по направлению к нижнему концу камеры 1003 МФП и под сердцевиной 1020 теплообменника (например, ребристой сердцевиной теплообменника). Имеется контур 1004a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 1004b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Нагревательное устройство 1011 расположено между двумя ступенчатыми элементами 1003a, 1003b и продолжается между этими двумя ступенчатыми элементами 1003a, 1003b. Ступенчатые элементы 1003a, 1003b являются частью камеры 1003 МФП.

Нагревательное устройство содержится в корпусе 1030, который может быть заполнен материалом/текучей средой, способной передавать и/или распределять тепло равномерно. Материал/текучая среда может, например, иметь любую форму подходящего масла и/или термопасты.

На фиг. 11a нагревательное устройство 1011 может представлять собой, например, трубчатое электронагревательное устройство, которое может быть расположено внутри корпуса 1030 и окружено материалом, который способен эффективно передавать и/или распределять тепло. Корпус 1030 может поэтому быть заполнен маслом и/или термопастой. По сравнению с вариантом осуществления на фиг. 11b, корпус 1030 не является ребристым.

В компоновке, показанной на фиг. 11a, нагревательное устройство 1011 поэтому встроено в корпус 1030, который заполнен термическим материалом, способным передавать и/или распределять тепло равномерно. Корпус 1030 предпочтительно выполнен за одно целое с камерой 1003 МФП. Нагревательное устройство 1011 не взаимодействует с МФП 1005.

Корпус 1030 может быть либо плоским, либо необязательно ребристым для увеличения площади поверхности и теплопередачи от нагревателя термическому материалу и корпусу и затем МФП 1005, но, что важно, уменьшая поверхностную нагрузку нагревательного устройства 1011, что приводит к устойчивой конструкции с уменьшенными интервалами между техническими обслуживаниями. Было обнаружено, что это является значительным техническим преимуществом и увеличивает срок службы теплового аккумулятора 1000.

Использование масляной ванны в корпусе 1030 означает, что нагревательному устройству 1011 нет необходимости иметь посадку высокой точности внутри корпуса 1030, которая требуется патронными нагревателями. Часто как нагревательное устройство 1011, так и корпус 1030 могут предпочтительно быть механически обработаны/специфицированы соответствующим образом для обеспечения теплопередачи (посредством посадки с натягом) и быть сужены для обеспечения лёгкого снятия нагревательного устройства 1011. Это снова является дополнительным преимуществом настоящей конструкции.

Конструкция нагревательного устройства 1011 и корпуса 1030 на фиг. 11a означает, что нагревательное устройство 1011 является лёгкосъёмным и доступным обслуживающему персоналу, не подвергая его воздействию МФП 1005. Маленький объём термического материала, такого как масло, заменяется во время интервала между техническими обслуживаниями с помощью масляного ниппеля в корпусе. Тепловой аккумулятор 1000 поэтому является очень легко обслуживаемым, что является дополнительным техническим преимуществом.

Фиг. 11b представляет альтернативный вариант осуществления, где корпус 1050 аналогичен тому, который показан на фиг. 11a, но в этом варианте осуществления имеется ряд рёбер 1052, протяжённых вниз по длине корпуса 1050. Рёбра 1052 представляют собой просто протяжённые вытянутые пластины, которые функционируют в качестве площадей рассеивания тепла для увеличения площади поверхности и, следовательно, передачи и/или распределения тепловой энергии. Нагревательное устройство 1054 продолжается в и вдоль по меньшей мере части или по существу всей внутренней длины корпуса 1050.

Фиг. 12 представляет дополнительный тепловой аккумулятор 1100 согласно настоящему изобретению. В этом варианте нагревательное устройство расположено снаружи камеры МФП. Внутри имеется проводящий блок, и ток индуцируется с помощью внешнего индукционного нагревателя. Это рассмотрено более подробно ниже.

Фиг. 12 показывает, что имеется тепловой аккумулятор 1100, содержащий корпус 1101 теплового аккумулятора и изоляционный слой 1102, расположенный внутри корпуса 1101 теплового аккумулятора. Также имеется камера 1103 МФП и МФП 1105. Также имеется теплообменник 1104 и сердцевина 1120 теплообменника.

На фиг. 12 на верхней стороне камеры 1103 МФП расположены вход 1106 (например, вход контура 1), выход 1107 (например, контура 1), вход 1108 (например, контура 2) и выход 1109 (например, контура 2).

Также имеются датчики 1110. Как показано на фиг. 12, имеются предпочтительно три датчика 1110. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 1103 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 1103 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 1103 МФП.

Имеется контур 1104a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 1104b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Как показано на фиг. 12, имеется нагревательное устройство 1111, расположенное по направлению к нижнему концу камеры 1103 МФП и под сердцевиной 1104 теплообменника (например, ребристой сердцевиной теплообменника). В частности, в тепловом аккумуляторе 1100, показанном на фиг. 12, нагревательное устройство 1111 расположено снаружи за пределами камеры 1103 МФП и в нижней части камеры 1103 МФП. Нагревательное устройство 1111 поэтому расположено между нижней частью камеры 1103 МФП и нижней частью корпуса 1101 батареи. В особых вариантах осуществления нагревательное устройство 1111 представляет собой индукционный нагреватель.

Нагревательное устройство 1111 может поэтому быть описано как расположенное снаружи от сердцевины 1104 теплообменника и МФП 1105.

Как показано на фиг. 12, выше или по существу выше нагревательного устройства 1111 и внутри камеры 1103 МФП расположен слой проводящего материала 1112, который продолжается вдоль нижней части или по существу вдоль нижней части камеры 1103 МФП. Функция проводящего материала 1112 заключается в индукционной передаче тепла от нагревательного устройства 1111, которое может представлять собой индукционный нагреватель. Проводящий материал 1112 может поэтому иметь форму блока из теплопроводящего металла и/или сплава, внутри которого может индуцироваться ток для производства и/или передачи тепла.

Фиг. 13 представляет дополнительный тепловой аккумулятор 1200 согласно настоящему изобретению. В этом варианте осуществления в тепловом аккумуляторе 1200 имеется, по меньшей мере, одно или множество съёмных патронных нагревательных устройств, содержащих погруженный внутрь проводящий блок. Это описано более подробно ниже.

В тепловом аккумуляторе 1200 имеется корпус 1201 теплового аккумулятора и изоляционный слой 1202, расположенный внутри корпуса 1201 теплового аккумулятора. Также имеется камера 1203 МФП и МФП 1205. Также имеется теплообменник 1204 и сердцевина 1220 теплообменника.

На фиг. 13 на верхней стороне камеры 1203 МФП расположен вход 1206 (например, вход контура 1), выход 1207 (например, контура 1), вход 1208 (например, контура 2) и выход 1209 (например, контура 2).

Также имеются датчики 1210. Как показано на фиг. 13, имеется предпочтительно три датчика 1210. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 1203 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 1203 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 1203 МФП.

Имеется контур 1204a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 1204b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Как показано на фиг. 13, имеется блок 1212 из материала, расположенный вдоль нижней части камеры 1203 МФП и расположенный под сердцевиной 1220 теплообменника и МФП 1205. Блок 1212 может проходить полностью или по существу или, по меньшей мере, частично вдоль с одной стороны камеры 1203 МФП до другой стороны. Блок 1212 состоит из проводящего материала, такого как любой подходящий металл и/или сплав. Блок 1212 поэтому предназначен для эффективной передачи тепла изнутри нижней части камеры 1203 МФП, где расположены нагревательные устройства.

Внутрь блока 1212 встроено, по меньшей мере, одно или ряд патронных нагревательных устройств 1211, которые могут быть съёмными. На фиг. 13 показаны три патронных нагревательных устройства 1211, но может присутствовать любое подходящее количество. Патронные нагревательные устройства 1211 протяжены по существу горизонтально вдоль блока 1212.

Патронные нагревательные устройства 1211 поэтому расположены внутри в камере 1203 МФП. Патронные нагревательные устройства 1211 могут поэтому содержать блок из теплопроводящего металла и/или сплава, который способен эффективно передавать тепло.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 13, поэтому имеется блок 1212, который функционирует в качестве источника тепла, встроенного в нижнюю часть и внутрь камеры 1203 МФП. Блок 1212 имеет большую площадь поверхности по сравнению со встроенными патронными нагревательными устройствами 1213.

Техническое преимущество патронных нагревательных устройств 1211 заключается в том, что они доступны снаружи и, таким образом, являются лёгкосъёмными, так как они не контактируют с МФП 1205. Вариант осуществления, показанный на фиг. 13, и тепловой аккумулятор 1200 могут поэтому очень легко обслуживаться.

Этот вариант использует блок нагревателя, встроенный в нижнюю часть камеры МФП. Этот блок имеет большую площадь поверхности по сравнению со встроенными патронными нагревателями. Нагреватели доступны снаружи и, таким образом, являются съёмными и не контактируют с МФП.

Фиг. 14 представляет дополнительный тепловой аккумулятор 1300 согласно настоящему изобретению. В этом варианте осуществления в тепловом аккумуляторе 1300 имеется, по меньшей мере, одно или множество съёмных патронных нагревательных устройств, содержащих погруженный внутрь проводящий блок и также лопастную мешалку, которая перемешивает МФП 1315 и содействует теплопередаче с помощью принудительной конвекции. Добавление лопастной мешалки поэтому обеспечивает следующие технические преимущества:

- содействие теплопередаче с помощью принудительной конвекции;

- смешивание и перемешивание МФП 1305 и его составляющих компонентов.

Аккумулятор 1300, показанная на фиг. 14, описана более подробно ниже.

Аккумулятор 1300 содержит корпус 1301 теплового аккумулятора и изоляционный слой 1302, расположенный внутри корпуса 1301 теплового аккумулятора. Также имеются камера 1303 МФП и МФП 1305. Также имеются теплообменник 1304 и сердцевина 1320 теплообменника.

На фиг. 14 на верхней стороне камеры 1303 МФП расположен вход 1306 (например, вход контура 1), выход 1307 (например, контура 1), вход 1308 (например, контура 2) и выход 1309 (например, контура 2).

Также имеются датчики 1310. Как показано на фиг. 14, имеются предпочтительно три датчика 1310. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 1303 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 1303 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 1303 МФП.

Имеется контур 1304a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 1304b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Как показано на фиг. 14, имеется блок 1312 из материала, проходящий вдоль нижней части камеры 1303 МФП и расположенный под сердцевиной 1320 теплообменника и МФП 1305. Блок 1312 может проходить полностью или по существу или, по меньшей мере, частично вдоль с одной стороны камеры 1303 МФП до другой стороны. Блок 1312 состоит из проводящего материала, такого как любой подходящий металл и/или сплав. Блок 1312 поэтому предназначен для эффективной передачи тепла изнутри нижней части камеры 1303 МФП.

Внутрь блока 1312 встроено, по меньшей мере, одно или ряд патронных нагревательных устройств 1311, которые могут быть съёмными. На фиг. 14 показаны три патронных нагревательных устройства 1311, но может присутствовать любое подходящее количество.

Патронные нагревательные устройства 1311 поэтому расположены внутри в камере 1303 МФП. Патронные нагревательные устройства 1311 могут поэтому содержать блок из теплопроводящего металла и/или сплава, который способен эффективно передавать тепло.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 14, имеется поэтому блок 1312, который функционирует в качестве источника тепла, встроенного в нижнюю часть и внутрь камеры 1303 МФП. Блок 1312 имеет большую площадь поверхности по сравнению со встроенными патронными нагревательными устройствами 1311.

В дополнение, тепловой аккумулятор 1300 содержит перемешиватель 1315, который может иметь любую форму перемешивающего устройства, такую как вращающаяся мешалка. Перемешиватель 1315 может, например, быть расположен по направлению к нижней части камеры 1303 МФП и может быть использован для перемешивания МФП 1305 для улучшения эффективности теплового аккумулятора 1300 и теплопередачи.

Фиг. 15a представляет дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, где показан тепловой аккумулятор 1400. В тепловом аккумуляторе 1400 имеются нагревательные устройства, проходящее по существу вертикально внутри камеры МФП. Нагревательные устройства могут иметь форму сетей элементов нагревателя. Это описано более подробно ниже.

Аккумулятор 1400 содержит корпус 1401 теплового аккумулятора и изоляционный слой 1402, расположенный внутри корпуса 1401 теплового аккумулятора. Также имеются камера 1403 МФП и МФП 1405. Также имеются теплообменник 1404 и сердцевина 1420 теплообменника.

На фиг. 15a на верхней стороне камеры 1403 МФП расположен вход 1406 (например, вход контура 1), выход 1407 (например, контура 1), вход 1408 (например, контура 2) и выход 1409 (например, контура 2).

Также имеются датчики 1410. Как показано на фиг. 15a, имеются предпочтительно три датчика 1410. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 1403 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 1403 МФП и еще один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 1403 МФП.

Как показано на фиг. 15a, имеется ряд нагревательных устройств 1411, проходящих по существу вертикально внутри камеры 1403 МФП. Может присутствовать любое количество нагревательных устройств 1411, например, одно нагревательное устройство или множество нагревательных устройств. Вариант осуществления, показанный на фиг. 15a, который является всего лишь особым примером, показывает шесть нагревательных устройств 1411, расположенных по существу вертикально внутри камеры 1403 МФП.

Фиг. 15b представляет увеличенный вид в поперечном сечении нагревательного устройства 1411. Фигура 15b показывает, что нагревательное устройство 1411 содержит сеть 1420 нагревательных устройств с решёткообразной структурой. Внутри секций решётки имеются трубчатые секции 1422, которые обеспечивают эффективную теплопередачу. Трубчатые секции 1422 могут представлять собой медные трубки. Нагревательное устройство 1411 имеет форму ребра 1430.

В компоновке, показанной на фигурах 15a и 15b, и во время изготовления теплообменника 1404 обычные рёбра заменены на «нагреваемое ребро», т.е. нагревательное устройство 1411. Положения нагревательных устройств 1411 определяются, например, соотношением сторон и высотой теплового аккумулятора 1400, и используемое нагревательное устройство 1411 может быть выбрано для обеспечения желаемой мощности на входе в зависимости от того, какая термическая энергия требуется. Нагреваемые рёбра в форме нагревательных устройств 1411 являются в особых вариантах осуществления выполненных как составные части теплообменника 1404 и, таким образом, будут несъёмными. Однако имеется возможность внедрять несколько дополнительных нагреваемых рёбер, т.е. нагревательных устройств 1411, больше, чем требуется для дублирования, для обеспечения устойчивости теплового аккумулятора.

За счёт большой площади нагреваемой поверхности этой конструкции удельная мощность каждого нагреваемого рёбра (т.е. нагревательных устройств 1411) будет очень низкой и будет улучшать устойчивость и долговечность системы.

Плотность сети элементов нагревателя, такой как показана на фиг. 15b, сверху вниз нагреваемого ребра также может быть изменена для оптимизации возможностей зарядки и разрядки для соответствия применению.

В тепловом аккумуляторе 1400, показанном на фигурах 15a и 15b, нагревательные устройства 1411 могут поэтому быть использованы для замены обычных рёбер, встречающихся в теплообменниках. В частных вариантах осуществления могут быть использованы нагреватели с положительным температурным коэффициентом (PTC), которые могут быть надеты на теплопередающие трубки, такие как медные трубки, заменяя стандартные ребра, встречающиеся в теплообменниках.

Фиг. 16a представляет дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, где показан тепловой аккумулятор 1500. В показанном варианте осуществления в тепловом аккумуляторе 1500 имеются нагревательные устройства в форме по существу вертикально ориентированных маломощных вертикальных нагревателей в форме, например, тепловых труб или проводящих стержней для содействия циркуляции МФП. Было обнаружено, что это создаёт перекачивающее действие для материала МФП внутри теплового аккумулятора.

Было обнаружено, что компоновка, показанная на фиг. 16a, имеет несколько технических преимуществ, таких как:

1) увеличение теплопередачи от основания теплового аккумулятора до сердцевины, оптимизируя время зарядки; и

2) создание путей для перемещения расплавленного МФП, сброс любого повышения давления, вызванного фазовым переходом и расширяющимся МФП.

В тепловом аккумуляторе 1500 имеется корпус 1501 теплового аккумулятора и изоляционный слой 1502, расположенный внутри корпуса 1501 теплового аккумулятора. Также имеются камера 1503 МФП и МФП 1505. Также имеются теплообменник 1504 и сердцевина 1520 теплообменника.

На фиг. 16a на верхней стороне камеры 1503 МФП расположен вход 1506 (например, вход контура 1), выход 1507 (например, контура 1), вход 1508 (например, контура 2) и выход 1509 (например, контура 2).

Также имеются датчики 1510. Как показано на фиг. 16a, имеются предпочтительно три датчика 1510. Первый датчик расположен по направлению к верхнему концу камеры 1503 МФП, дополнительный датчик расположен примерно в середине камеры 1503 МФП и ещё один дополнительный датчик расположен по направлению к нижнему концу камеры 1503 МФП.

Имеется контур 1504a теплообменника (контур 1 теплообменника) и контур 1504b теплообменника (контур 2 теплообменника).

Как показано на фиг. 16a, имеется нагревательное устройство 1511, расположенное по направлению к нижней части камеры 1503 МФП. Нагревательное устройство 1511 проходит по существу поперёк нижней части теплообменника 1504.

Фиг. 16a также показывает, что имеется множество по существу вертикально ориентированных маломощных вертикальных нагревателей 1512. Вертикальные нагреватели 1512 могут иметь форму маломощных нагревательных устройств или альтернативно тепловых трубок. Может присутствовать любое подходящее количество вертикальных нагревателей 1512.

В показанном варианте осуществления в тепловом аккумуляторе 1500 имеются четыре по существу вертикально ориентированных нагревателя 1512, которые проходят от верхней поверхности камеры 1503 МФП через МФП 1505 и в теплообменник 1504.

Фиг. 16b показывает увеличенный вид в поперечном сечении разных типов вертикальных нагревателей, которые могут быть использованы. С левой стороны на фиг. 16b представлено маломощное нагревательное устройство 1530. С правой стороны на фиг. 16b показана тепловая трубка 1540. Фиг. 16b показывает, что тепло перемещается вверх по вертикальному нагревателю, а охлаждение течёт вниз через вертикальный нагреватель.

Фиг. 17 представляет поперечное сечение конструкции со створчатыми рёбрами, в целом обозначенной ссылочной позицией 1600 согласно настоящему изобретению. Конструкция 1600 со створчатыми рёбрами содержит ряд трубок 1601 (например, медных трубок), которые могут быть использованы для передачи тепла. Внутри и вокруг трубок 1601 течёт материал МФП. Поток материала МФП показан ссылочной позицией 1603. Как показано на фиг. 17, поток материала МФП может быть направлен с использованием створок 1602a в рёбрах 1602. Рёбра 1602 поэтому содержат створку, которая может в действительности быть полностью открыта так, что она становится полностью плоской, или переведена в угловую форму так, что она может быть использована для направления потока материала МФП. Конструкция 1600 со створчатыми рёбрами может быть включена в любой из вариантов осуществления и любую из тепловых аккумуляторов, описанных выше.

В то время как конкретные варианты осуществления изобретения были описаны выше, будет принято во внимание, что отклонения от описанных вариантов осуществления могут по-прежнему находиться в пределах объёма охраны изобретения. Например, любой подходящий тип камеры может быть использован для теплового аккумулятора. В дополнение, могут быть использованы любая форма подходящего материала МФП и электронного механизма управления. Более того, нагревательные устройства могут иметь любую подходящую форму, например, электрически нагреваемую, или любую другую форму нагревательной системы, которая предусмотрена в пределах объёма охраны настоящей заявки. Кроме того, любая форма теплообменника может быть использована в тепловых аккумуляторах, описанных в настоящем изобретении.

Настоящее изобретение относится к конструкциям аккумуляторов с материалом с фазовым переходом (МФП), которые нагреваются изнутри. Конкретнее, настоящее изобретение относится к выполненным как одно целое и/или расположенным внутри нагревательных устройств (например, электронагревательным устройствам) в ряде тепловых аккумуляторов, содержащих МФП. Тепловой аккумулятор с материалом с фазовым переходом (МФП) содержит камеру МФП, способную содержать МФП, расположенный в камере МФП, электронную систему управления для управления тепловым аккумулятором с МФП, по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств, расположенных в тепловом аккумуляторе с МФП, причём по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств способны нагревать и/или заряжать МФП, множество датчиков, расположенных в разных положениях по вертикали теплового аккумулятора с МФП, способных отслеживать физические характеристики и/или температуру МФП и других частей теплового аккумулятора, причем по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств расположены внутри камеры МФП и поэтому находятся в непосредственном контакте и погружены в МФП, по меньшей мере один или множество термопроводников, по существу вертикально вставленных в корпус теплового аккумулятора и которые погружены или частично погружены в МФП, по меньшей мере один или множество термопроводников расположены по существу вертикально в теплообменнике и проходят в МФП, и в котором электронная система управления управляет физическими характеристиками и/или температурой МФП путём применения тепла непосредственно к МФП посредством одного или множества нагревательных устройств. Технический результат заключается в повышении эффективности подсоединения множества зарядных источников тепла. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 21 ил.

1. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП), содержащий

камеру (603) МФП, способную содержать МФП,

МФП, расположенный в камере (603) МФП,

электронную систему управления для управления тепловым аккумулятором (600) с МФП,

по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств (611), расположенных в тепловом аккумуляторе (600) с МФП,

причём по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств (611) способны нагревать и/или заряжать МФП,

множество датчиков (610), расположенных в разных положениях по вертикали теплового аккумулятора (600) с МФП, способных отслеживать физические характеристики и/или температуру МФП и других частей теплового аккумулятора (600),

причем, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств (611) расположены внутри камеры (603) МФП и поэтому находятся в непосредственном контакте и погружены в МФП,

по меньшей мере один или множество термопроводников, по существу вертикально вставленных в корпус (601) теплового аккумулятора и которые погружены или частично погружены в МФП,

по меньшей мере один или множество термопроводников расположены по существу вертикально в теплообменнике (604) и проходят в МФП, и

в котором электронная система управления управляет физическими характеристиками и/или температурой МФП путём применения тепла непосредственно к МФП посредством одного или множества нагревательных устройств (611).

2. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по п. 1, в котором имеется, по меньшей мере, одно, два, три, четыре, пять, шесть или множество нагревательных устройств.

3. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеются нагревательные устройства (611), расположенные на разных уровнях по вертикали внутри камеры (603) МФП.

4. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется внешний кожух (601) для всего теплового аккумулятора (600) с МФП и изоляционный слой (602), проходящий вокруг камеры (603) МФП.

5. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, причем тепловой аккумулятор (600) с МФП представляет собой двухпортовый тепловой аккумулятор.

6. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором теплообменник (604) содержит рёбра, причём теплообменник (604) расположен внутри камеры (603) МФП.

7. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором электронная система управления содержит маломощный контур (LPC) и высокомощный контур (HPC), которые используются для обеспечения электрического соединения для теплового аккумулятора (600) с МФП, и в которой электронная система управления содержит вход (608) HPC и выход (609) HPC.

8. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется термостат S0 для автоматического отключения при перегреве и ряд датчиков (610) температуры, распределённых по разным местоположениям по вертикали теплового аккумулятора (600) для получения температуры по всей рабочей среде и МФП и/или теплообменнику (604).

9. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором нагревательное устройство (611) расположено в верхней половине камеры (603) МФП и погружено в МФП.

10. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором система управления электронными средствами содержит контроллер аккумулятора, позволяющий полностью управлять и/или включать и/или выключать нагревательное устройство (611) при необходимости, и в которой количество энергии и/или нагрева, подаваемого нагревательным устройством (611), также управляется в зависимости от измерения датчиков (610), расположенных в камере (603) МФП и МФП.

11. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется множество электронагревательных устройств (611), расположенных на разных высотах внутри камеры (603) МФП и/или МФП.

12. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется первое нагревательное устройство, расположенное в верхней половине камеры МФП, и второе нагревательное устройство, расположенное в нижней половине камеры (603) МФП, причем и первое, и второе нагревательное устройство погружены в МФП.

13. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется, по меньшей мере, одно или множество неплоских нагревательных устройств, встроенных в сердцевину (620) теплообменника, и в котором при необходимости дополнительно

неплоские нагревательные устройства содержат по существу вертикальный участок, который протяжён вниз через МФП, и по меньшей мере один или множество по существу горизонтально расположенных участков проходят по существу тангенциально от по существу вертикального участка, или

первый по существу горизонтально расположенный участок проходит вдоль нижней четверти сердцевины теплообменника, второй горизонтально расположенный участок проходит по существу через средний участок сердцевины теплообменника, а третий горизонтально расположенный участок проходит через верхнюю четверть сердцевины теплообменника, или

по существу горизонтально расположенные участки встроены или, по меньшей мере, частично встроены в сердцевину теплообменника (604).

14. Тепловой аккумулятор (600) с материалом с фазовым переходом (МФП) по любому из предыдущих пунктов, в котором имеется по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств (611), которые встроены в сердцевину (620) теплообменника, которая содержит проводящие элементы, например, проводящие трубки, такие как медные трубки; и в котором при необходимости дополнительно

по меньшей мере одно или множество электронагревательных устройств (611) встроены в трубопровод теплового аккумулятора с МФП, или

нагревательное устройство (611) встроено в контур, который проходит по существу горизонтально поперёк сердцевины (620) теплообменника, и причём контур встроен в теплообменник,

имеется канал, который проходит вокруг контура, и вокруг контура проходят, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств.

15. Способ применения термической энергии в тепловом аккумуляторе (600) с материалом с фазовым переходом (МФП), содержащий этапы, на которых:

поставляют камеру (603) МФП, способную содержать МФП;

поставляют МФП, располагаемый в камере (603);

поставляют систему управления электронными средствами для управления тепловым аккумулятором (600) с МФП;

поставляют по меньшей мере одно или множество нагревательных устройств (611), располагаемых в камере (603) МФП и погруженных в МФП;

причем, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств (611) способны нагревать и/или заряжать МФП;

поставляют множество датчиков (610), располагаемых в разных местоположениях по вертикали теплового аккумулятора (600) с МФП, способных отслеживать физические характеристики и/или температуру МФП и других частей теплового аккумулятора (600);

причем, по меньшей мере, одно или множество нагревательных устройств (611) расположены внутри камеры (603) МФП и поэтому находятся в непосредственном контакте и погружены в МФП;

по меньшей мере один или множество термопроводников по существу вертикально вставлены в корпус (601) теплового аккумулятора и погружены или частично погружены в МФП;

по меньшей мере один или множество термопроводников расположены по существу вертикально в теплообменнике (604) и продолжаются в МФП; и

причём электронная система управления управляет физическими характеристиками и/или температурой МФП путём применения тепла посредством, по меньшей мере, одного или множества нагревательных устройств.