CN108332591A - 一种蓄冷蓄热一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄冷蓄热一体化装置。该蓄冷蓄热一体化装置包括蓄能槽体，其中，蓄能槽体内部设置有热管均温换热装置、上布水器、下布水器，上布水器设置在蓄能槽体的上部，下布水器设置在蓄能槽体的下部。本蓄冷蓄热一体化装置通过在蓄能槽体内设置热管均温换热装置，不仅能够实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程，还能够实现对蓄能槽体内的介质均温制冷、制热。同时在蓄能槽体内设置上布水器与下布水器，进一步使蓄能槽体内的介质受热或受冷均匀。并且，在相同供冷供热外界条件下，该蓄冷蓄热一体化装置及其相应的蓄冷蓄热***占地面积更小，初投资更低，运行效率更高，使用寿命更长，维修更方便。

Description

一种蓄冷蓄热一体化装置

技术领域

本发明涉及一种蓄能装置，尤其涉及一种蓄冷蓄热一体化装置。

背景技术

通常情况下，将蓄冷装置或蓄热装置或蓄冷的同时也能够蓄热的装置统称为蓄能装置。在采用蓄能装置的蓄冷蓄热***中，需要制冷主机、锅炉、蓄冰装置、蓄热装置、板式换热器等众多设备来实现以上不同的功能。这就带来***复杂，占地面积大，造价高，***运行效率低等诸多问题，并且目前的蓄冷装置和蓄热装置也都存在各自不同的问题。

例如在常规的蓄冰***中，制冷主机和蓄冰装置一般是分开的，而且静态蓄冰盘管由于盘管表面热交换不均匀，导致蓄冰时主机需要更低的蒸发温度才能够达到设计要求的蓄冰量，融冰时在温度较低处的盘管外冰层难以融化，出现“万年冰”的现象。又如常规的蓄热***一般将电锅炉和蓄热罐分开，导致***复杂、造价高，而当用电加热器加热容器中的介质时，如果要做到使容器内的介质能够均匀、快速地被加热，需要将很多电加热器均匀分布在容器内。但是，对于大型容器来说，其内部介质一般流动速度较低，而电加热器的表面积又比较小，使电加热器与介质之间的传导系数较低，导致电加热器表面温度容易骤增而使其烧毁。同时，还容易在电加热器表面结垢，致使电加热器使用寿命较短。并且，电加热器发生损坏需要维修时，往往需要将容器内的介质清除后才能取出电加热器进行维修，还需要容器停止加热工作，等待电加热器被修复或者更换后，容器的加热过程才能重新开始。这样不仅给维修人员带来不便，还影响了容器的工作效率。

常规的电蓄热锅炉***采用“电锅炉+蓄热水罐”的分体式结构，这种结构锅炉和水罐各占一块，用水泵和管道相连接，占地面积大，结构复杂。在专利号为ZL 03270421.6的中国实用新型专利中公开了一种承压蓄热电锅炉，该蓄热锅炉包括分开的蓄热循环***与放热循环***，由于蓄热循环***与放热循环***分开独立使用各自的水泵和水循环管道，使该蓄热锅炉能够实现蓄热与放热。该蓄热锅炉有以下缺陷：①蓄热***设备多，***复杂；②电锅炉、蓄热罐这些设备中间还需要管道连接，安装工艺复杂；③现场施工工期长，投资成本高。④电热管直接和水接触，容易结垢；⑤电热管管壁因结垢或者被腐蚀造成管壁破损后，会造成水带电现象，带来安全隐患。

而且，现有的蓄热设备或蓄冷设备还有一个共同问题在于单一目标下的能耗高。这些设备未能实现能源的高效综合利用，而且目前市场上在蓄冷的同时能够蓄热的装置也很少。所以，如何克服传统蓄能装置或蓄冷装置的缺陷，开发设计一种集蓄冷与蓄能于一体的设备，使其既能实现蓄冷又能实现蓄能，又避免上述问题的发生，仍然是电蓄能、蓄冷行业一个希望解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种蓄冷蓄热一体化装置。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种蓄冷蓄热一体化装置，包括蓄能槽体，所述蓄能槽体内部设置有热管均温换热装置、上布水器、下布水器，所述上布水器设置在所述蓄能槽体的上部，所述下布水器设置在所述蓄能槽体的下部；

所述热管均温换热装置用于使所述蓄冷蓄热一体化装置实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程；

所述上布水器与所述下布水器用于使所述蓄冷蓄热一体化装置实现对末端均匀放冷、放热。

其中较优地，所述热管均温换热装置设置在所述上布水器上方、所述下布水器下方及所述上布水器与所述下布水器之间中的任意一个位置，所述热管换热装置采用热管制成。

其中较优地，所述热管均温换热装置由至少一组热管均温换热器组成，所述热管均温换热器由冷集管、热集管、支管组成，所述支管垂直或倾斜设置在所述热集管上，且所述支管的一端与所述热集管连通，所述支管的另一端与所述冷集管连通，所述热管均温换热器的最高处设置有注料口，所述注料口通过端盖密封。

其中较优地，所述热管均温换热器由所述热集管或所述冷集管与所述支管组成，所述支管垂直或倾斜设置在所述热集管或所述冷集管上，且所述支管的一端与所述热集管或所述冷集管连通，所述支管的另一端采用端盖密封，所述热管均温换热器的最高处设置有注料口，所述注料口通过端盖密封。

其中较优地，所述冷集管内设置有冷媒内套管，和/或所述热集管内设置有热媒内套管；

当所述蓄能槽体内设置多组热管均温换热器时，每一组所述热管均温换热器的所述冷媒内套管相互连接汇总成一个总的进口与出口，所述进口与所述出口用于实现对末端的放热或放冷。

其中较优地，所述热管均温换热器用于制热时，通过将热源设置在所述热集管或所述热媒内套管内，或者将外部热源与所述热集管连接，实现对所述蓄能槽体内介质的均匀加热；

所述热集管内设置的热源为金属管电加热器，所述热媒内套管内设置的热源为石英管电加热器或高温介质。

其中较优地，所述金属管电加热器由呈集束排列的多个电热元件组成，所述金属管电加热器从所述热集管的一端或两端***所述热集管内；所述石英管电加热器从所述热媒内套管一端或两端***所述热媒内套管内，所述金属管电加热器或者所述石英管电加热器在安装时通过所述蓄能槽体预留的法兰管管口穿出，所述金属管电加热器或所述石英管电加热器穿出后将预留的法兰盘焊接在距离所述金属管电加热器或所述石英管电加热器端部的预设位置，所述法兰盘与所述蓄能槽体上的法兰采用螺栓拧紧密封。

其中较优地，所述热管均温换热器用于制冷时，通过将冷源设置在所述冷集管或所述冷媒内套管内，或者将外部冷源与所述冷集管连接，实现对所述蓄能槽体内介质的均匀制冷；

所述热集管内设置的冷源为半导体制冷器，所述热媒内套管内设置的冷源为所述半导体制冷器或低温介质。

其中较优地，所述蓄能槽体上设置有多个水口，所述上布水器、所述下布水器与相应所述水口连接；当所述热管均温换热装置设置冷媒内套管时，所述冷媒内套管的进出口与相应所述水口连接；所述蓄能槽体的底部、中部、顶部设置有温度传感器，所述蓄能槽体底部设置有压力传感器，所述温度传感器、所述压力传感器分别与控制器连接，所述蓄能槽体内表面设置有保温层。

其中较优地，所述蓄能槽体为方形槽体或圆柱形槽体，所述方形槽体为装配式蓄能槽体或钢板式蓄能槽体；当所述蓄冷蓄热一体化装置的蓄热温度设定为高于100度时，采用定压装置定压。

本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置通过在蓄能槽体内设置热管均温换热装置，不仅能够实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程，还能够实现对蓄能槽体内的介质均温制冷、制热。同时在蓄能槽体内设置上布水器与下布水器，进一步使蓄能槽体内的介质受热或受冷均匀。并且，在相同供冷供热外界条件下，该蓄冷蓄热一体化装置及其相应的蓄冷蓄热***占地面积更小，初投资更低，运行效率更高，使用寿命更长，维修更方便。

附图说明

图1和图2为本发明所提供的蓄热蓄冷一体化装置结构示意图；

图3为本发明所提供的蓄热蓄冷一体化装置剖面结构示意图；

图4为本发明所提供的蓄热蓄冷一体化装置中，热管均温换热器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置包括蓄能槽体1，在蓄能槽体1内部设置有热管均温换热装置2、上布水器3、下布水器4。其中，上布水器3设置在蓄能槽体1的上部，下布水器4设置在蓄能槽体1的下部，热管均温换热装置2设置在上布水器3与下布水器4之间或者设置在下布水器4的下方(图中未示出)，热管均温换热装置2还可以设置在上布水器3的上方(图中未示出)。需要强调的是，当热管均温换热装置2设置在上布水器3与下布水器4之间时，上布水器3一般设置在蓄能槽体1的上部，下布水器4设置在蓄能槽体1的下部，热管均温换热装置2可以以水平方向、竖直方向、倾斜方向中任意一种方向设置在蓄能槽体1内。当热管均温换热装置2设置在下布水器4下方时，上布水器3一般设在蓄能槽体1的上部，下布水器4设置在蓄能槽体1的下部，并在热管均温换热装置2的上方，热管均温换热装置2可以以水平方向设置在蓄能槽体1内。当热管均温换热装置2设置在上布水器3上方时，下布水器4一般设在蓄能槽体1的下部，上布水器3设置在蓄能槽体1的上方，并在热管均温换热装置2的下方，热管均温换热装置2可以以水平方向设置在蓄能槽体1内。本蓄冷蓄热一体化装置可以实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程，并且可以通过常规的控制***控制本蓄冷蓄热一体化装置实现蓄能工况、放能工况、边蓄能边放能工况、加热或制冷与蓄能槽体1联合供热等多种运行工况，满足对用户进行供热、供冷、生活供水等的需求。

下面通过具体的实施例，并结合图1～图4对本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置的结构做具体说明。

实施例1

在本实施例所提供的蓄冷蓄热一体化装置中，蓄能槽体1为方形槽体或圆柱形槽体结构中的任意一种，下面以方形槽体为典型对本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置进行具体描述。如图1和图2所示，该蓄能槽体1可以是装配式蓄能槽体1或钢板式蓄能槽体1，装配式蓄能槽体1与钢板式蓄能槽体1可以由镀锌钢板、搪瓷钢板、不锈钢钢板中任意一种材质的钢板制成。其中，当蓄能槽体1采用装配式蓄能槽体1时，该装配式蓄能槽体1的拼装方法为：装配式蓄能槽体1的六面由槽板拼接组成，每一面的槽板由多个标准板拼接组成。每个标准板之间通过固定件进行连接，该固定件为工字钢，每个标准板连接后之间产生的缝隙通过特殊密封条进行密封，该密封条由耐高温材质制成。每一面的槽板之间也是通过工字钢进行连接后再利用密封条进行密封。当蓄能槽体1采用钢板式蓄能槽体1时，该钢板式蓄能槽体1的制作方法为：钢板式蓄能槽体1先由槽钢焊接成方形框架，再将钢板焊接在方形框架上，钢板与框架之间采用满焊的方式进行连接，从而保证钢板式蓄能槽体1的密封性良好。在蓄能槽体1上设置有与上布水器3和下布水器4相连的第一水口9和第二水口11，当热管均温换热装置2设置有进出口(为图2中所示出的进口10与图1中所示出的出口8)时，还可以在蓄能槽体1上设置与热管均温换热装置2进出口相连的相应水口，需要强调的是，热管均温换热装置2设置的进出口可以与外部冷热源相通，还可以与末端相通。另外蓄能槽体1上还设有检修口、检修梯5、排污口7以及溢流口6，当蓄能槽体1属于压力容器时，槽体上还可以设置安全阀12(如图3所示)。通过检修梯5可以方便工作人员随时对蓄冷蓄热一体化装置进行安装调试与检修。如果蓄能槽体1内的蓄能介质含有杂质或污物可以通过排污口7排出到蓄能槽体1外部，如果蓄能槽体1内的蓄能介质超出蓄能槽体1容积的上限时，还可以通过溢流口6将多余的蓄能介质排出到蓄能槽体1外部。其中，第一水口9与上布水器3总管连接，第二水口11与下布水器4总管连接，并且第一水口9设置在蓄能槽体1的上部，第二水口11设置在蓄能槽体1的下部。蓄能槽体1上设置的与热管均温换热装置2的进出口相连的水口的位置根据热管均温换热装置2进出口的位置进行相应的调整。根据设计要求和现场实际情况，检修口可以设置在蓄能槽体1的侧壁或者顶部。排污口7设置在蓄能槽体1底部，并与排污管连接；安全阀12可以设置在蓄能槽体1顶部，溢流口6设置在蓄能槽体1的侧壁上，安全阀12、溢流口6与蓄能槽体1外壁上的法兰连接。在蓄能槽体1内壁上设置有保温层，其中，保温层可以采用与蓄能槽体1材质高度吻合的保温材料，例如可以采用高密度的聚氨酯发泡，在蓄能槽体1内壁设置保温层起到很好地保温隔热效果。当本蓄冷蓄热一体化装置用于实现蓄冷蓄热功能时，保温层优选采用聚氨酯发泡或者橡塑保温。当本蓄冷蓄热一体化装置仅仅用于实现蓄热功能时，保温层可以优选采用玻璃棉或者岩棉保温。为了更好地实现本蓄冷蓄热一体化装置的保温效果，可以将本蓄冷蓄热一体化装置的蓄能槽体1安装在保温底座上。蓄能槽体1内的介质可以与末端(例如采暖设备、生活供水等)介质直接相连，当本蓄冷蓄热一体化装置的蓄热温度设定为高于100度但工作压力小于0.1Mpa时，可以采用定压装置定压(图中未示出)，以便能够获得较大的蓄热量，同时又避免槽体定义为压力容器，以降低制造和监检成本。所以，当本蓄冷蓄热一体化装置可以采用开式常压设计，实现常温蓄热，也可以采用闭式承压设计，实现高温蓄热。

本实施例所提供的蓄冷蓄热一体化装置的热管均温换热装置2由一组或者多组热管均温换热器组成。通过该热管均温换热器可以使蓄冷蓄热一体化装置实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程。热管均温换热器在蓄冷蓄热一体化装置中可以做成各种形状，也可以进行各种组合。并且热管均温换热器可以沿水平、竖直、倾斜方向设置在本蓄冷蓄热一体化装置中，实现在蓄冷蓄热一体化装置中均匀分布，以便达到将蓄冷蓄热一体化装置均匀制热或制冷的目的。同时，该热管均温换热器不仅采用热管并利用热管高效的传热、传冷能力，且热管均温换热器具有更大的换热面积与制冷面积，能够快速均匀的将蓄能槽体1内的介质升温或降温，实现蓄冷或蓄热过程，满足了向用户提供最大的供热量与供冷量，提高了蓄冷蓄热一体化装置的效率。

如图3所示，热管均温换热器包括由冷集管13、热集管14和支管15，在冷集管13内可以设置有冷媒内套管16，在热集管14内可以设置有热媒内套管(图中未示出)，通过将冷媒内套管16与蓄热槽体上相应的水口连接，其作用是实现对末端的放热与放冷过程；特别是在边蓄边供的工况下，也可以在冷集管13与热集管14中不设置冷媒内套管16以及热媒内套管，通过蓄能槽体1中的上布水器3与下布水器4实现对末端的放热过程。热管均温换热器的支管15垂直或倾斜设置在热集管14上；并且支管15的一端与热集管14连通，支管15的另一端与冷集管13连通，冷集管13水平或者向上倾斜放置，在冷集管13的最高处设置有注料口，注料口通过端盖密封，当热管均温换热器损坏时，可以通过该注料口抽真空并注料。冷集管13、热集管14、支管15、内套管的粗细按照热管的传热能力和设计功率经过热工计算后确定。冷集管13、热集管14、支管15、内套管可以根据本蓄冷蓄热一体化装置内的介质特性和设计要求由碳钢、不锈钢、铜、铝等金属材料制成。为了增强换热面积和换热能力，冷集管13、热集管14、支管15、内套管可以采用光管、波纹管和翅片管中任意一种，还可以在热管均温换热器的外壁增加肋片，也可以采用在热管均温换热器的冷集管13、热集管14中加入扰流子的方式来进一步增加换热能力。本实施例所提供的热管均温换热器的外壁与内套管中流动的介质可以是水、乙二醇、氟利昂或者空气等液态或气态介质，也可以是固体介质或者相变介质。其中，蓄能槽体1内的介质优选水，并且当实现蓄热与放热过程时，内套管内流动的介质优选水；当实现蓄冷与放冷过程时，内套管内流动的介质优选乙二醇或者氟利昂。热管均温换热器的冷集管13、热集管14、内套管可以做成直线型、蛇形或者螺旋型等多种不同的形状，支管15也可以做成直线型或者蛇形等不同形状，但是无论形状如何变化，其原则都是热管均温换热器中温度高的部分在温度低的部分下方或者温度高的部分与温度低的部分处于同一个水平面，而不能够让温度高的部分处于温度低的部分的上方，这时热管均温换热器将无法工作。

如图1和图2所示，蓄能槽体1内设置有多组热管均温换热器，每组热管均温换热器的热集管14和支管15是相互独立的，当冷集管13内设置有冷媒内套管时，可以将多组热管均温换热器的冷集管13中的冷媒内套管相互连接汇总成一个总的进口与出口(如图2中所示出的进口10与图1中所示出的出口8)，将该进口与出口分别通过相应水口与末端连接，实现对末端的放热或放冷(热管均温换热器沿水平方向设置在蓄热槽体内即可实现放冷过程)；当冷集管13内没有冷媒内套管时，可以将多组热管均温换热器的冷集管13相互连接在一起，还可以是每组热管均温换热器的冷集管13、热集管14、支管15是相互独立的，通过热管均温换热器实现对蓄冷蓄热一体化装置内的介质的高效、均匀的加热。本热管均温换热器的冷集管13、热集管14、支管15组成相互连通的、封闭的空腔，将空腔内部抽真空并经过钝化等工艺处理后灌注传热工质。其中，传热工质优选为无机传热工质，该无机传热工质具有传热迅速、轴向热流密度大、启动速度快、腔体内部压力低、工作可靠、使用寿命长且不与腔体金属产生化学反应等诸多优点。

本实施例所提供的蓄冷蓄热一体化装置中，上布水器3与下布水器4可以根据蓄能槽体1的形状、体积进行设置，例如上、下布水器4可以采用八角型布水器、径向圆盘型布水器、直线型布水器、H型布水器等，上、下布水器4一般为多级布水管，布水管上有圆形或者条缝型布水口，为进一步降低蓄能槽体1内的水流速，上、下布水器4也可以设置为均流板或者缓冲板。上、下布水器4可以由金属和非金属管道连接而成。其中，上布水器3安装在距离蓄能槽体1顶板10～80厘米的位置，下布水器4安装在距离蓄能槽体1底板10～80厘米的位置，上、下布水器4可以通过在蓄能槽体1内壁安装支架使其固定，还可以在蓄能槽体1底板上设置支架以及在顶板上设置吊架分别将上、下布水器4进行固定。通过上、下布水器4使水以重力流平稳地从第二水口11导入蓄能槽体1内，或由蓄能槽体1内引出，上、下布水器4在蓄能槽体1内均匀分布出水点，使上、下布水器4的进出水孔19的水流流速足够小，并确保水流在蓄能槽体1内均匀分配，减少扰动和对斜温层的破坏。并且为了尽量减少进水对蓄能槽体1中水的扰动，通常上布水器3的开口方向朝上，避免有直接向下冲击斜温层的动量，下布水器4的开口方向朝下，避免有直接向上的动量，上、下布水器4的开口一般为60℃～120℃。由于上布水器3与第一出水口连接，下布水器4与第一进水口连接，通过上、下布水器4可以对蓄能槽体1内的温度进行温度分层，实现利用蓄能槽体1内的冷热量对外放热或放冷。具体地，蓄能槽体1在放冷或放热时利用上、下布水器4温度分层的原理，该原理是利用水在4℃左右时的密度最大，并且随着水温的升高密度逐渐减小的特性，依靠密度差使温水和冷水之间保持分隔，使温度低的水储存于蓄能槽体1的下部，温度高的水储存在蓄能槽体1的上部，为了在蓄能槽体1内垂直方向的横断面上，使水流以重力流或活塞流平稳地在整个断面上均匀地流动并平稳地导入蓄能槽体1内，或由蓄能槽体1内引出，在蓄能槽体1上部温水区与其下部冷水区之间形成并保持一个有效的、厚度尽可能小的热质交换层。在本蓄热装置中，通过在蓄能槽体1内的上、下部设置相同结构的布水器，以确保水流在进入蓄能槽体1时满足佛雷得(Frande)系数，使得水流均匀分配且扰动最小地进入蓄能槽体1。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例所提供的蓄冷蓄热一体化装置中，蓄能槽体1也是为方形槽体或圆柱形槽体结构中的任意一种，该蓄能槽体1与实施例1所提供的蓄能槽体1的结构相似，不同之处在于，在蓄能槽体1上只设置有与上布水器3和下布水器4相连的第一水口9和第二水口11，具体地，第一水口9与上布水器3总管连接，第二水口11与下布水器4总管连接，并且第一水口9设置在蓄能槽体1的上部，第二水口11设置在蓄能槽体1的下部。本蓄能槽体1的其他部分结构同实施例所述，在此不再赘述。

本实施例所提供的蓄冷蓄热一体化装置的热管均温换热装置2由一组或者多组热管均温换热器组成。通过该热管均温换热器可以使蓄冷蓄热一体化装置实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程。热管均温换热器在蓄冷蓄热一体化装置中可以做成各种形状，也可以进行各种组合。并且热管均温换热器可以沿水平、竖直、倾斜方向设置在本蓄冷蓄热一体化装置中，实现在蓄冷蓄热一体化装置中均匀分布，以便达到将蓄冷蓄热一体化装置均匀加热的目的。同时，该热管均温换热器也具有更大的换热面积与制冷面积，能向用户提供最大的供热量与供冷量，提高了蓄冷蓄热一体化装置的效率。

如图4所示，热管均温换热器包括热集管14和支管15，热管均温换热器的支管15垂直或倾斜设置在热集管14上；并且支管15的一端与热集管14连通，支管15的另一端通过端盖密封，在热管均温换热器的最高处支管15设置有注料口，注料口通过端盖密封，当热管均温换热器损坏时，可以通过该注料口抽真空并注料。热集管14、支管15的粗细按照热管的传热能力和设计功率经过热工计算后确定。热集管14、支管15可以根据本蓄冷蓄热一体化装置内的介质特性和设计要求由碳钢、不锈钢、铜、铝等金属材料制成。为了增强换热面积和换热能力，热集管14、支管15可以采用光管、波纹管和翅片管中任意一种，还可以在热管均温换热器的外壁增加肋片，也可以采用在热管均温换热器的热集管14中加入扰流子的方式来进一步增加换热能力。本实施例所提供的热管均温换热器的外壁流动的介质可以是水、乙二醇、氟利昂或者空气等液态或气态介质，也可以是固体介质或者相变介质。其中，蓄能槽体1内的介质优选水。热管均温换热器的热集管14可以做成直线型、蛇形或者圆环型等多种不同的形状，支管15也可以做成直线型或者蛇形等不同形状，但是无论形状如何变化，其原则都是热管均温换热器中温度高的部分在温度低的部分下方或者温度高的部分与温度低的部分处于同一个水平面，而不能够让温度高的部分处于温度低的部分的上方，这时热管均温换热器将无法工作。

本实施例所提供的蓄冷蓄热装置的上布水器3与下布水器4的结构及作用同实施例1所述，在此不再赘述。同样通过上布水器3与下布水器4实现对本蓄冷蓄热一体化装置的放热过程。本蓄冷蓄热一体化装置中的热管均温换热器除上述实施例1与实施例2所提供的热管均温换热器以外，热管均温换热器还可以是热集管14与支管15或者冷集管13、热集管14及支管15组成的任意形状，并保证能够满足水平、竖直、倾斜设置在蓄能槽体1内，实现蓄热与放热、蓄冷与放冷过程。热管均温换热器还可以是冷集管13与支管15组成的任意形状，并保证能够满足水平、竖直、倾斜设置在蓄能槽体1内，实现蓄冷与放冷的过程。

本蓄冷蓄热一体化装置中的热管均温换热器有多种制热形式，第一种制热方式为热源放置在热集管14内并直接对热集管14加热。例如，如图3和图4所示，可以采用将一个或者多个金属管电加热器17直接安装在热集管14内，启动金属管电加热器17后能够将热集管14内的传热工质直接加热，通过传热工质将热量传递给热集管14，热集管14迅速将热量传递给支管15以及冷集管13，从而实现对蓄能槽体1内介质的均匀加热。该金属管电加热器17由呈集束排列的多个电热元件组成，电热元件可以是任意规格和形状的。金属管电加热器17的材质可以为不锈钢或碳钢等材质。金属管电加热器17可以从热管均温换热器的热集管14的一端***到热集管14中，金属管电加热器17与热集管14的一端通过法兰盘20密封固定在一起，热集管14的另一端用端盖密封；金属管电加热器17也可以分别从热管均温换热器热集管14的两端***到热管均温换热器的热集管14内部(图中未示出)，通过热集管14两端的法兰盘20将两个金属管电加热器17与热集管14的两端分别密封固定在一起。并且在热集管14管口与金属管电加热器17连接处可以设置接线盒18，通过该接线盒18可以将金属管电加热器17的电源线封装起来，该电源线可以从接线盒18预留的孔19穿出并与外接电源连接，实现对金属管电加热器17的供电。为了防止接线盒18与法兰盘20温度过高，金属管电加热器17在安装时可以从蓄能槽体1内部通过蓄能槽体提前预留的法兰管22管口穿出，金属管电加热器17穿出后将提前预留的法兰盘20焊接在金属管电加热器17上距离其端部80mm的位置，注意要与蓄能槽体1上的法兰21配合焊接，并在焊接前提前穿入密封垫，焊接完法兰盘20后与蓄能槽体1上的法兰21用螺栓拧紧密封。通过蓄能槽体1内的流动的水实现对法兰盘20与接线盒18的降温，有效防止金属管电加热器17的电源线因温度过高而烧坏。在金属管电加热器17周围还可以设置感温元件(图中未示出)，感温元件包括测温管与温度传感器，温度传感器设置在测温管内，该感温元件与超温保护电路连接，用于实时监测金属管电加热器17的温度，当电热元件超温时可以及时断电保护，延长了电加热器的使用寿命。通过在蓄能槽体1内设置热管均温换热器，将电加热器置于热集管14中，能够保持热集管14内电加热器表面良好的换热性能，并且对电加热器表面进行冲刷，使得电加热器受到很好的保护并避免了结垢的危险。

本蓄冷蓄热一体化装置中的热管均温换热器的第二种制热方式为在热管均温换热器热集管14内部设置热媒内套管(图中未示出)，这时热管均温换热器为双层套管结构，热媒内套管内可以是流动的高温介质，比如高温水、烟气、氟利昂等，也可以是石英管等远红外电加热器等直接热源，热集管14与热媒内套管之间的夹壁腔内流动的传热工质，热媒内套管的结构与材质同上述的冷集管13的冷媒内套管所述，在此不再赘述。

热媒内套管与热集管14的连接可以有多种方式，其中一种优选的方式为，可以将一根或者多根热媒内套管从热集管14的一端***热集管14，从热集管14的另一端穿出，并将热媒内套管的两端与热集管14两端的管口焊接密封；另一种优选的方式为，热媒内套管为U型管结构，热媒内套管从热集管14的一端***，并从热集管14的同一端穿出，并将热媒内套管的两端与热集管14管口焊接密封，热集管14的另一端用端盖密封，显然，不同数量的热媒内套管也可以从热集管14的两端***，并与热集管14两端的管口焊接密封。

热管均温换热器优选在热集管14的热媒内套管中设置石英管电加热器(图中未示出)，石英管电加热器可以从热管均温换热器的热媒内套管的一端***，热媒内套管的一端与热集管14焊接密封，热媒内套管的另外一端设置在热集管14内，并用端盖密封；热集管14未***石英管电加热器的一端也用端盖密封。当需要两组石英管电加热器时，石英管电加热器也可以分别从热管均温换热器的热媒内套管的两端***，这时两端的热媒内套管可以为同一根热集管14，热媒内套管的两端分别与热集管14密封固定在一起。

该石英管电加热器由内套管与电热元件组成，电热元件***到内套管内，并且电热元件固定在内套管内，该石英管电加热器的功率和数量根据热管均温换热器实际功率决定。该石英管电加热器利用红外线辐射产生热量，其电热转换效率很高，并且该石英管电加热器具有功率余量大、耐高温、高热能力强、使用寿命长、且功率可随意调节等优点。

在该石英管电加热器周围，还可以设置感温元件。感温元件包括测温管与温度传感器，温度传感器设置在测温管内，该感温元件与超温保护电路连接，用于实时监测石英管电加热器的温度，当电热元件超温时可以及时断电保护，延长了电加热器的使用寿命。石英管电加热器的一端***热管均温换热器内，另一端为接线端，电热元件、感温元件的外端(具有引线的一端)可以设置接线盒，通过该接线盒可以将石英管电加热器和感温元件的电源线封装起来，该电源线可以从接线盒预留的孔穿出并与外接电源连接，实现对石英管电加热器的供电。同样为了防止接线盒与法兰盘温度过高，石英管电加热器在安装时可以从蓄能槽体1内部通过蓄能槽体1提前预留的法兰管管口穿出，石英管电加热器穿出后将提前预留的法兰盘焊接在石英管电加热器上距离其端部80mm的位置，注意要与蓄能槽体1上的法兰配合焊接，并在焊接前提前穿入密封垫，焊接完法兰盘后与蓄能槽体1上的法兰用螺栓拧紧密封。通过蓄能槽体1内的流动的水实现对法兰盘与接线盒的降温，有效防止石英管电加热器的电源线因温度过高而烧坏。

当石英管电加热器启动时，石英电加热管将内套管辐射+传导制热，并依靠内套管将热量传递给夹壁腔中流动的传热工质，使其快速被加热，通过传热工质将热量传递给热集管14，热集管14迅速将热量传递给支管15以及冷集管13，从而实现对蓄能槽体1内介质的均匀加热。同时，当本热管均温换热器对容器加热时，电加热器是插在内套管内，而不是浸泡在容器内的介质里，所以当电加热器发生故障时，只需打开接线盒18后，可以直接将电加热器从内套管中取出，而不需要将容器内的介质排出以便抽取电加热器，在更换电热元件后，在电加热器维修和更换的过程中，被加热或者蓄热的装置可以继续工作，极大的提高的设备的可靠性。

当热源内置在热媒内套管中时，也可以采用热媒内套管的一端为直接加热的方式(第一种制热方式)，另一端为间接加热的方式(第二种制热方式)，其结构是第一种制热方式与第二种制热方式的综合，在此不再赘述。

本蓄冷蓄热一体化装置中的热管均温换热器的第三种加热方式为外部热源直接加热热集管14：可以将热管均温换热器的热集管14直接与一个或者多个外界热源连接，通过外界热源可以直接从热集管14的一端或者两端进行加热。例如，可以将热集管14与太阳能装置连接，热集管14可以作为太阳能装置的一部分或者延伸。

需要注意的是，热管均温换热器的热集管14也可以用来给本蓄冷蓄热一体化装置进行放冷(也是另一种形式的加热)，比如采用包括本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置，当蓄冷蓄热一体化装置蓄冷完成时，热集管14的热媒内套管内流入末端(用户设备)回来的高温水，将蓄冷蓄热一体化装置加热，同时热集管14内套管内的水被降温，实现对外放冷的过程。

本热管均温换热器的制热方式还可以是上述三种制热方式中任意一种或者多种方式的结合。例如，可以将热管均温换热器的热集管14一端被外界热源直接加热，热集管14另一端内置热源加热；还可以将热管均温换热器的热集管14一端连接太阳能集管，另一端内置金属管电加热器17或石英管电加热器，当有太阳时，热管均温换热器可以将太阳能加热蓄热装置内的介质，而当没有太阳能时，可以利用金属管电加热器17或者石英管电加热器加热蓄冷蓄热一体化装置内的介质。

本蓄冷蓄热一体化装置中的热管均温换热器有多种制冷方式。这些制冷方式与上面所提供的三种制热方式类似，也可以采用内部冷源直接制冷、内部冷源间接制冷和外部冷源直接冷却冷集管13的方式。具体说，可以将一个或者多个冷源直接安装在冷集管13内，启动冷集管13内部的冷源后能够将热管均温换热器内的传热工质制冷。例如，在冷集管13中可以放置半导体制冷器，半导体制冷器可以从冷集管13的一端***到冷集管13中，半导体制冷器固定在冷集管13端头的法兰盘20上，并通过该法兰盘20将冷集管13与半导体制冷器连接密封，冷集管13的另一端用端盖密封。当需要两组半导体制冷器时，半导体制冷器也可以分别从热管均温换热器同一冷集管13的两端分别***到冷集管13的内部，并且，通过法兰盘20将两个半导体制冷器与冷集管13的两端分别密封固定在一起。

另外，可以将冷源或者低温介质放置在冷集管13的冷媒内套管中，通过冷源将冷集管13的冷媒内套管制冷，然后通过冷媒内套管将热管均温换热器内的传热工质降温，实现对冷集管13的间接制冷。其中，冷源为冷媒内套管内流通的介质，例如，该流通的介质可以是低温冷水或者蒸发状态的氟利昂。冷媒内套管与冷集管13组成双层套管结构，需要注意的是，通过冷集管13的冷媒内套管也可以用来给蓄冷蓄热一体化装置放热，比如当蓄冷蓄热一体化装置蓄热完成时，冷集管13的冷媒内套管内流入末端回来的冷水，将蓄冷蓄热一体化装置降温，同时使冷集管13的冷媒内套管内的水被加热，实现对外放热的过程。

除此之外，也可以将冷集管13直接与一个或者多个外界冷源连接，通过外界冷源可以直接从冷集管13的一端或者两端进行降温，在此不再赘述。同样，本热管均温换热器的制冷方式还可以是上述制冷方式中任意一种或者多种方式的结合。需要注意的是，当冷集管13的冷媒内套管内部冷源的制冷能力不够大或者冷集管13内介质的温度不够低时，为了达到需要的制冷量，需要采取增加冷媒内套管的换热面积和换热能力等多种措施，比如增加冷集管13冷媒内套管的数量，或者采用双螺旋冷媒内套管、微通道等，也可以直接增加冷集管13的长度。

为了精确控制本蓄冷蓄热一体化装置的温度以及压力，在蓄能槽体1的底部、中部、顶部可以设置温度传感器(图中未示出)，在蓄能槽体底部可以设置压力传感器，在蓄能槽体内部可以设置液位传感器，温度传感器与压力传感器、液位传感器与控制器连接。并且由于本蓄热装置与末端之间通过各种管道连接，各种管道可以采用钢、不锈钢等金属或者玻璃钢等非金属材料制造。所以也可以在管道中设置温度传感器与压力传感器(图中未示出)。温度传感器与压力传感器、液位传感器可以分别与控制器连接，该控制器可以采用PLC/DDC控制器或者单片机控制器，控制器可以设置在蓄能槽体1的外部或者安装在槽体外壁上，实现将蓄能槽体1内温度、压力、流量等参数及时反馈给控制器，通过控制器进一步控制本蓄冷蓄热一体化装置“蓄能与放能”过程，并且在采用本蓄能装置的蓄能应用***中，可以实现蓄能工况、放能工况、边蓄能边放能工况、加热或制冷设备与蓄能槽体1联合供热等多种运行工况。

本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置通过在蓄能槽体内设置热管均温换热装置，不仅能够实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程，还能够实现对蓄能槽体内的介质均温制冷、制热。同时在蓄能槽体内设置上布水器与下布水器，进一步使蓄能槽体内的介质受热或受冷均匀。并且，在相同供冷供热外界条件下，该蓄冷蓄热一体化装置及其相应的蓄冷蓄热***占地面积更小，初投资更低，运行效率更高，使用寿命更长，维修更方便。同时，本发明还具有以下优点：

1.将传统***中的锅炉、蓄冰装置、蓄热装置、换热器等众多设备合为一体，使得采用本热管均温换热器的冷热***设备少，结构简单，占地面积小，造价低，***运行效率高。

2.由于本热管均温换热器表面具有良好的均温性，所以采用本热管均温换热器的蓄冰装置，蓄冰时热管外结冰厚度均匀，主机制冰效率高，融冰时不会出现“万年冰”的现象。

3.由于本热管均温换热器的热集管可以直接***电加热器，所以可以取消传统电蓄热***中的锅炉，并且因为本热管均温换热器的表面积比电加热器要大很多，所以热管均温换热器的表面负荷低，不容易结垢，而且经过处理后的无机热管在启动时分子激烈震荡，对热管表面有一定的震荡除垢的作用。

4.由于冷源或者热源放置在本热管均温换热器中，相当于穿上了一层保护衣，使其和外界环境彻底隔离，避免了冷热源因爆管、腐蚀、破损等原因造成损坏或者电流泄露，而对人体造成伤害。比如将电加热器放置在热集管中时，电加热器与外界恶劣环境隔离开，被保护在热管内部相对稳定、无害的环境中，电加热器的使用寿命大为提高。

5.由于冷、热集管在设计时，充分考虑了检修的方便，所以在电加热器或者制冷器发生损坏时，可以方便的从冷、热集管中取出，并在维修后，从热管均温换热器的排气注料口重新灌入传热工质，在以上的整个过程中热管所在装置内介质的工作可以继续进行，极大的提高了设备的稳定性，对于工艺生产上提高生产效率和保证产品的质量有重要的意义。

6.本热管均温换热器可以在冷集管内***多组冷源管，在热集管内***多组热源管和电加热器，从而可以方便的形成多能源供冷供热***，并供应到不同的末端客户，而且***简单，设备少，造价低，运行效率高。

以上对本发明所提供的蓄冷蓄热一体化装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种蓄冷蓄热一体化装置，包括蓄能槽体，其特征在于：

所述蓄能槽体内部设置有热管均温换热装置、上布水器、下布水器，所述上布水器设置在所述蓄能槽体的上部，所述下布水器设置在所述蓄能槽体的下部；

所述热管均温换热装置用于使所述蓄冷蓄热一体化装置实现“蓄冷与放冷”、“蓄热与放热”过程；

所述上布水器与所述下布水器用于使所述蓄冷蓄热一体化装置实现对末端均匀放冷、放热。

2.如权利要求1所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述热管均温换热装置设置在所述上布水器上方、所述下布水器下方及所述上布水器与所述下布水器之间中的任意一个位置，所述热管换热装置采用热管制成。

3.如权利要求1所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述热管均温换热装置由至少一组热管均温换热器组成，所述热管均温换热器由冷集管、热集管、支管组成，所述支管垂直或倾斜设置在所述热集管上，且所述支管的一端与所述热集管连通，所述支管的另一端与所述冷集管连通，所述热管均温换热器的最高处设置有注料口，所述注料口通过端盖密封。

4.如权利要求3所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述热管均温换热器由所述热集管或所述冷集管与所述支管组成，所述支管垂直或倾斜设置在所述热集管或所述冷集管上，且所述支管的一端与所述热集管或所述冷集管连通，所述支管的另一端采用端盖密封，所述热管均温换热器的最高处设置有注料口，所述注料口通过端盖密封。

5.如权利要求3或4所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述冷集管内设置有冷媒内套管和/或所述热集管内设置有热媒内套管；

当所述蓄能槽体内设置多组热管均温换热器时，每一组所述热管均温换热器的所述冷媒内套管相互连接汇总成一个总的进口与出口，所述进口与所述出口用于实现对末端的放热或放冷。

6.如权利要求5所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述热管均温换热器用于制热时，通过将热源设置在所述热集管或所述热媒内套管内，或者将外部热源与所述热集管连接，实现对所述蓄能槽体内介质的均匀加热；

所述热集管内设置的热源为金属管电加热器，所述热媒内套管内设置的热源为石英管电加热器或高温介质。

7.如权利要求6所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述金属管电加热器由呈集束排列的多个电热元件组成，所述金属管电加热器从所述热集管的一端或两端***所述热集管内；所述石英管电加热器从所述热媒内套管一端或两端***所述热媒内套管内，所述金属管电加热器或者所述石英管电加热器在安装时通过所述蓄能槽体预留的法兰管管口穿出，所述金属管电加热器或所述石英管电加热器穿出后将预留的法兰盘焊接在距离所述金属管电加热器或所述石英管电加热器端部的预设位置，所述法兰盘与所述蓄能槽体上的法兰采用螺栓密封。

8.如权利要求5所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述热管均温换热器用于制冷时，通过将冷源设置在所述冷集管或所述冷媒内套管内，或者将外部冷源与所述冷集管连接，实现对所述蓄能槽体内介质的均匀制冷；

所述热集管内设置的冷源为半导体制冷器，所述热媒内套管内设置的冷源为所述半导体制冷器或低温介质。

9.如权利要求1所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述蓄能槽体上设置有多个水口，所述上布水器、所述下布水器与相应所述水口连接；当所述热管均温换热装置设置冷媒内套管时，所述冷媒内套管的进出口与相应所述水口连接；所述蓄能槽体的底部、中部、顶部设置有温度传感器，所述蓄能槽体底部设置有压力传感器，所述温度传感器、所述压力传感器分别与控制器连接，所述蓄能槽体内表面设置有保温层。

10.如权利要求1所述的蓄冷蓄热一体化装置，其特征在于：

所述蓄能槽体为方形槽体或圆柱形槽体，所述方形槽体为装配式蓄能槽体或钢板式蓄能槽体；当所述蓄冷蓄热一体化装置的蓄热温度设定为高于100度时，采用定压装置定压。