CN108332594A - 一种套管型一体化蓄热装置及其蓄热应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管型一体化蓄热装置。该套管型一体化蓄热装置包括蓄热槽体，其中，蓄热槽体内部设置有套管式加热装置、上布水器、下布水器，蓄热槽体上设置有与套管式加热装置、上布水器、下布水器相连接的水口。通过将套管式加热装置沿径向或者水平或者倾斜方向均匀分布在蓄热槽体内，实现对蓄热槽体内介质的均匀加热。根据实际需要，通过蓄热应用系统可以控制本套管型一体化蓄热装置实现“蓄热”、“放热”或者“边蓄边供”等不同运行工况之间的切换，并且可以通过套管式加热装置实现高温蓄热、低温运行。本套管型一体化蓄热装置及其蓄热应用系统具有结构简单、占地面积小、运行效率高、维修方便、运行费用低、性价比高等特点。

Description

一种套管型一体化蓄热装置及其蓄热应用系统

技术领域

本发明涉及一种蓄热装置，尤其涉及一种套管型一体化蓄热装置，同时也涉及包括该套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统，属于储能技术领域。

背景技术

由于新能源生产的不稳定性和能源互联网的推进，储能已经纳入国家基本的能源规划，蓄热作为储能技术的一种有效方式，得到了政府的大力推广和支持。目前工程上主流的蓄热装置是水蓄热，水蓄热装置及系统目前存在以下共性问题：

①传统的电蓄热系统一般由电锅炉、蓄热装置和水泵、板换等设备组成，设备多、占地面积大、运行效率低、设计和控制复杂。

②也有一些厂家曾经试验过电热管放在蓄热槽内部直接加热的方案，但结果并不理想，其原因是蓄热槽的体积较大，内部流速往往比较低，而电热管是由电阻丝、镁粉和电热管外壳组成，电热管外壳不可能做的很大，导致电热管产生的热量不能够被水流带走，电热管往往很容易结垢，而垢是热的不良导体，当电热管的一部分结垢时，剩下的电热管外表面积更小，表面的热流密度更大，更容易结垢，所以这种装置的电热管损坏的速度快。

综上所述，现有的加热和蓄热装置存在功能单一且设备多、系统复杂、能耗高，设计和控制复杂、造价贵，未能实现能源的高效综合利用等问题。所以，需要对现有的蓄热装置和系统做进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种套管型一体化蓄热装置。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种套管型一体化蓄热装置，包括蓄热槽体，所述蓄热槽体内部设置有套管式加热装置、上布水器、下布水器，所述蓄热槽体上设置有与所述套管式加热装置、所述上布水器、所述下布水器相连接的水口；

所述套管式加热装置沿径向或者水平或者倾斜方向均匀分布在所述蓄热槽体内，实现对所述套管式一体化蓄热装置的蓄热与放热过程。

其中较优地，所述套管式加热装置由至少一组套管式加热器组成，所述套管式加热器包括套管与加热器，所述加热器安装在所述套管中，所述加热器采用金属管电加热器。

其中较优地，所述套管式加热器包括所述套管与内套管，所述内套管设置在所述套管中，所述套管内设置有高温介质或者远红外电加热器，所述远红外电加热器采用石英管电加热器。

其中较优地，所述内套管从所述套管的一端或两端插入所述套管，从所述套管的另一端或同一端穿出，所述内套管的两端与所述套管两端的管口焊接密封。

其中较优地，所述金属管电加热器从所述套管的一端或两端插入到所述套管中，所述石英管电加热器从内套管的一端或两端插入到所述内套管中，所述金属管电加热器或所述石英管电加热器的一端采用加热器法兰焊接密封，所述加热器法兰与所述蓄热槽体壁的法兰连接；

或者，所述金属管电加热器或所述石英管电加热器与所述套管的一端采用所述套管与所述蓄热槽体壁焊接固定，所述套管管口与所述金属管电加热器或石英管电加热器连接处可以设置有接线盒。

其中较优地，所述套管式加热器设置有折流板，所述折流板为弓形或圆盘-圆环形，改变所述套管内流体的流向，增强流体在管间流动的湍流程度，提高传热效果并起到支撑作用。

其中较优地，所述套管上设置有进水口与出水口，所述进水口或所述出水口设置在所述蓄热槽体内或所述蓄热槽体外，设置在所述蓄热槽体内的所述进水口或所述出水口与所述蓄热槽体上的相应水口连接。

其中较优地，所述套管式加热器在所述蓄热槽体中立式或者卧式放置，当所述蓄热槽体内设置一组所述套管式加热器时，立式放置的所述套管式加热器设置在所述蓄热槽体的中心位置；

当所述蓄热槽体内设置多组所述套管式加热器时，立式或卧式放置的所述套管式加热器的进出水管相互连接汇总成一个总进出水管，或者将相邻的所述套管式加热器的进出水管采用弯头首尾连接汇总成一个总进出水管；

其中，立式放置的所述套管式加热器设置在所述下布水器的上方，卧式放置的所述套管式加热器设置在下布水器的上方或下方；

其中较优地，所述上布水器设置在距离所述蓄热槽体顶部的预设位置，所述下布水器设置在距离所述蓄热槽体底部的预设位置，蓄热温度低于100度时，所述蓄热槽体采用圆形槽体或方形槽体，所述蓄热温度高于100度时，所述蓄热槽体采用圆柱形槽体，并采用定压装置定压。

其中较优地，所述蓄热槽体的底部、中部、顶部设置有温度传感器，所述蓄热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，所述蓄热槽体的外部依次设置有保温层与保护层。

一种蓄热应用系统，包括采暖末端、循环泵、定压装置、软化水装置与多个电动阀以及管道，所述采暖末端、所述循环泵、所述定压装置、所述软化水装置通过所述管道与上述的套管型一体化蓄热装置连接，多个所述电动阀设置在管道中。

其中较优地，多个所述电动阀为第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀，所述采暖末端低温回水经所述第三电动阀到套管型一体化蓄热装置前分为两路，其中一路与下布水器相连，另一路与所述第四电动阀相连，并经过所述第四电动阀后分别与所述套管式加热器的进水总管和所述第一电动阀相连，经所述第一电动阀后分别与上布水器和所述第二电动阀相连，经所述第二电动阀后分别与所述循环泵出口和所述第三电动阀相连，所述循环泵进口与所述套管式加热器的出水总管相连，所述第三电动阀与所述采暖末端相连。

其中较优地，多个所述电动阀为第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀，所述采暖末端经过放热循环泵分别与所述第三电动阀和所述第四电动阀相连，所述第三电动阀分别与套管式加热器的进水总管、下布水器相连，所述第四电动阀分别与所述第二电动阀和所述第一电动阀相连，所述第二电动阀经过蓄热循环泵与所述套管式加热器的出水总管相连，所述第一电动阀与上布水器相连。

其中较优地，多个所述电动阀为第一电动阀与第二电动阀，上布水器与下布水器分别与所述采暖末端相连，在所述上布水器与所述采暖末端之间设置有所述第一电动阀与所述循环泵，所述第一电动阀通过所述第二电动阀与所述下布水器相连。

本发明所提供的套管型一体化蓄热装置通过在蓄热槽体内设置套管式加热装置、上布水器以及下布水器，根据实际需要，通过蓄热应用系统可以控制本套管型一体化蓄热装置实现“蓄热”、“放热”或者“边蓄边供”等不同运行工况之间的切换，并且可以通过套管式加热装置实现高温蓄热、低温运行。本套管型一体化蓄热装置及其蓄热应用系统具有结构简单、占地面积小、运行效率高、维修方便、运行费用低、性价比高等特点。

附图说明

图1为带有第一种套管式加热器的套管型一体化蓄热装置的结构示意图；

图2和图3为带有第二种套管式加热器的套管型一体化蓄热装置的结构示意图；

图4为本发明所提供的套管型一体化蓄热装置中，套管式加热器卧式设置在下布水器下方的结构示意图；

图5为图4所提供的套管型一体化蓄热装置中，多组套管式加热器卧式设置在下布水器下方的排布示意图；

图6为本发明所提供的套管型一体化蓄热装置中，套管式加热器卧式设置在下布水器上方结构示意图；

图7为图6所提供的套管型一体化蓄热装置中，多组套管式加热器卧式设置在下布水器上方的排布示意图；

图8为实施例1所提供的套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统图；

图9为实施例2所提供的套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统图；

图10为实施例3所提供的套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统图。

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～图7所示，本发明所提供的套管型一体化蓄热装置包括蓄热槽体1以及设置在蓄热槽体1内部的套管式加热装置、上布水器2、下布水器3。其中，上布水器2设置在蓄热槽体1的上部，下布水器3设置在蓄热槽体1的下部，套管式加热装置可以径向或者水平方向或者倾斜方向均匀分布在下布水器3的上方，套管式加热装置也可以水平方向均匀分布在下布水器3的下方。本套管型一体化蓄热装置可以独立实现加热与蓄热，并在循环泵的配合下，可以实现对外放热。在采用本套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统中，可以实现蓄热工况、供热工况、边蓄热边供热工况、电加热器与蓄热槽体1联合供热等多种运行工况。

在本发明所提供的套管型一体化蓄热装置中，蓄热槽体1可以采用钢材、不锈钢材等金属材料或者玻璃钢材等非金属材料制造而成，蓄热槽体1的体积由蓄热量和蓄热温度经过计算后确定的。在蓄热槽体1上设置有与上布水器2和下布水器3相连的第一水口和第二水口，在蓄热槽体1上还设置有与套管式加热装置进出水口(改进出水口为图1～图7所示的套管式加热器的进水口6和出水口7)相连的相应水口，即在蓄热槽体1上设置有与套管式加热装置进水口6或出水口7相连的相应水口，另外蓄热槽体1上还设有检修口、检修梯、排污口。当蓄热槽体1属于压力容器时，还设置有安全阀口，其中，第一水口与上布水器2总管连接，第二水口与下布水器3总管连接，并且第一水口设置在蓄热槽体1的上部，第二水口设置在蓄热槽体1的下部。蓄热槽体1上设置的与套管式加热装置连接的相应水口的位置根据套管式加热装置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热槽体1的侧壁或者顶部。排污口设置在蓄热槽体1底部，并与排污管连接；安全阀口可以设置在蓄热槽体1顶部，并与蓄热槽体1外壁上的法兰连接。

在蓄热槽体1外表面设置有保温层和保护层，其中，保温层可以采用与蓄热槽体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，在蓄热槽体1外表面设置保温层起到很好地保温隔热效果。当本套管型一体化蓄热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。当本套管型一体化蓄热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。保护层设置在保温层的外部，保护层可以采用镀锌钢板、铝合金板或者不锈钢板、彩钢板等材料制成。

根据蓄热槽体1的承压情况，可以将蓄热槽体1的顶板采用不同的结构；其中，当蓄热槽体1承受的压力较高时，蓄热槽体1的顶板可以采用圆形封头板。

为了更好地实现本套管型一体化蓄热装置的保温效果，可以将本套管型一体化蓄热装置的蓄热槽体1安装在保温底座上。蓄热槽体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，对末端放热，并承受末端系统的压力，从而避免了常规蓄热系统通过板式换热器将一次侧和二次侧分开。当蓄热槽体1设定的蓄热温度超过100度时，蓄热槽体1优选为闭式、圆柱形槽体，该槽体具有良好的承压能力，当套管型一体化蓄热装置的蓄热温度设定为高于100度但工作压力小于0.1Mpa，并采用定压装置定压，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。当蓄热槽设定的蓄热温度低于100度时，蓄热槽体1可以为开式圆形罐体，也可以为方形槽体。

本发明所提供的套管式加热装置由一组或者多组套管式加热器组成。本套管型一体化蓄热装置通过套管式加热器可以实现高温蓄热，也可以实现常温蓄热。套管式加热器在套管型一体化蓄热装置中可以做成各种形状，也可以进行各种组合。套管式加热装置可以沿水平、竖直、倾斜方向设置在本套管型一体化蓄热装置中，实现在套管型一体化蓄热装置中均匀分布，以便达到将套管型一体化蓄热装置均匀加热的目的。

第一种套管式加热器由套管4、加热器5组成，加热器5安装在套管中并对套管4中的介质进行加热，套管4中介质优选水。如图1所示，该加热器5可以采用金属管电加热器，启动金属管电加热器后能够将套管式电加热器内的水直接加热。该金属管电加热器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。金属管电加热器的材质可以为不锈钢或碳钢等材质。金属管电加热器可以从套管式加热器套管4的一端插入到套管4中，金属管电加热器与套管4的一端可以采用加热器法兰焊接密封，加热器法兰与蓄热槽体1壁的法兰连接固定，金属管电加热器与套管4的一端还可以采用将套管4与蓄热槽体1壁焊接固定，并将加热器法兰与蓄热槽体1壁法兰固定，套管4的另一端用端盖密封；金属管电加热器也可以分别从套管式加热器套管4的两端插入到套管式加热器的套管4内部(图中未示出)，采用上述方法将两个金属管电加热器与套管4的两端分别密封固定在一起。并且在套管4管口与金属管电加热器连接处可以设置接线盒，通过该接线盒可以将金属管电加热器的电源线封装起来，该电源线可以从接线盒预留的孔穿出并与外接电源连接，实现对金属管电加热器的供电。当金属管电加热器启动时，金属管电加热器直接加热套管4中的介质，并将升温后的介质输送到蓄热槽体1的上布水器2，通过上布水器2输送至下布水器3，从下布水器3输送至蓄热槽体1内，同时，下布水器3将低温介质输送至套管式加热器中，通过套管式加热器进行蓄热，最终实现对本套管型一体化蓄热装置内介质的均匀加热。在金属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，用于实时监测金属管电加热器的温度，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。套管式加热器还可以设置折流板，其目的是改变套管4内流体的流向，增强流体在管间流动的湍流程度，这样不仅可以提高传热效果，还可以起到支撑内部加热器的作用。折流板有弓形和圆盘-圆环形等多种形式。通过在蓄热槽体1内设置套管式加热器，将电加热器置于套管4中，并且由于套管4内流速较高，而且折流板起到加强换热的作用，能够保持套管4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。

第二种套管式加热器由套管4、内套管8组成，内套管8设置在套管4内，在内套管8内可以设置高温介质或者石英管等远红外电加热器。其中，如图2所示，高温介质可以是高温水、烟气、氟利昂等，套管4与内套管8之间的夹壁腔内流动的是水或者其他被加热介质，其中被加热介质优选水。内套管8与套管4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内套管8从套管4的一端插入套管4，从套管4的另一端穿出，并将内套管8的两端与套管4两端的管口焊接密封；另一种优选的方式为，内套管8为U型管结构，从套管4的一端插入，从套管4的同一端穿出，并将内套管8的两端与套管4管口焊接密封，套管4的另一端用端盖密封，显然，不同数量的内套管8也可以从套管4的两端插入，并与套管4两端的管口焊接密封。

如图3所示，在内套管8内可以设置石英管电加热器9，石英管电加热器9可以从套管式加热器的内套管8的一端插入，内套管8的一端与套管4焊接密封，内套管8的另外一端设置在套管4内，并用端盖密封；套管4未插入石英管电加热器9的一端也用端盖密封。当需要两组石英管电加热器9时，石英管电加热器9也可以分别从套管式加热器的内套管8的两端插入，这时两端的内套管8可以为同一根内套管4，内套管8的两端分别与套管4密封固定在一起。石英管电加热器9与套管式加热器的连接方式同金属管电加热器，在此不再赘述。该石英管电加热器9由内套管8与电热元件组成，电热元件插入到内套管8内，并且电热元件固定在内套管8内，该石英管电加热器9的功率和数量根据热管换热器实际功率决定。该石英管电加热器9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9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。同样，在石英管电加热器9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9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9的一端插入套管式加热器内，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9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，实现对金属管电加热器的供电。当石英管电加热器9启动时，石英电加热管将内套管8辐射+传导制热，并依靠内套管8将热量传递给夹壁腔中流动的介质，使其快速被加热。同时，当本套管式电加热器对蓄能槽体加热时，石英管电加热器9是插在内套管8内，而不是浸泡在套管式加热器的套管4的介质里，所以当石英管电加热器9发生故障时，只需打开接线盒后，可以直接将石英管电加热器9从内套管8中取出，而不需要将套管4内的介质排出以便抽取石英管电加热器9，在更换电热元件后，在石英管电加热器9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。

套管式加热器的套管4、内套管8一般可以由无缝钢管、不锈钢管或其他金属或者非金属材料制成，并在套管4上设置有进出水口，例如，套管4由无缝钢管道或不锈钢管道、铜管等热交换性能良好金属管道连接而成，套管式加热器的进出水管可以采用三通的方式或者采用弯头的方式将介质导出或者导入套管4；如图1～图7所示，套管式加热器上的进出水口可以在蓄热槽体1内，并与蓄热槽体1上预留的套管式加热器的相应水口相连。套管式加热器上的进出水口还可以在蓄热槽体1外，具体地，可以将套管式加热器的套管4与内套管8或者加热器的连接端穿出蓄热槽体1至预设位置，在该预设位置上可以设置出水口，此种方式不仅减少了在蓄热槽体1上开设的水口的数目，还实现了对套管式加热器具有电源线的一端的温度，有效防止烧坏电源线。套管4、内套管8可以采用光管，也可以采用波纹管、螺旋管和翅片管，并可以在套管4中加入扰流子，还可以在套管4的外壁加肋片等，用以增强换热面积和换热能力。

在本发明所提供的套管型一体化蓄热装置中，套管式加热器可以在蓄热槽体1中立式或者卧式放置。当套管式加热器安装在蓄热槽体1内时，套管式加热器的进出水口的位置可以根据实际情况设置，但是要把握以下原则，1、套管式加热器的进出水口的大小要满足最高流速限制；2、要根据套管式加热器的加热量、末端和蓄热槽体1需要的供热量和蓄热槽体1与末端需要的供热温度来设计套管式加热器的加热量和套管4的管径及长度；3、要考虑套管式加热器排污的需要。套管式加热器在本发明所提供的套管型一体化蓄热装置中的作用是：1、加快套管式加热器外介质流速，增强换热量，避免加热器直接放到蓄热槽体1中因为流速低导致的结垢隐患；2、可以将套管式电热管与末端相通，将加热后的水输送到末端放热，可以实现套管式加热器单独蓄热工况、或者边蓄热边供热等工况。

当蓄热槽体1体积较小并仅设置一组套管式加热器时，如图1～3所示，套管式加热器可以立式设置在蓄热槽体1中心或者尽量靠近中心位置，并位于下布水器3的上方，其中套管式加热器的固定法兰与蓄热槽体1顶部固定连接，套管式加热器的进出水口可以与蓄热槽体1的侧壁或者蓄热槽体1顶部相应的预留水口连接。如图所示，套管式加热器可以卧式放置在下布水器3的上方或下方，套管式加热器的套管4与蓄热槽体1壁固定，套管式加热器的进出水管尽量靠近两端或者没有安装加热器一端，通过套管式加热器的进出水管实现将套管式加热器内的介质导入或者导出套管4。

当蓄热槽体1体积较大并设置多组套管式加热器时，套管式加热器可以在蓄热槽体1内均匀分布，每一组套管式加热器的进出水管相互连接汇总成一个总进出水管；或者将相邻的套管式加热器进出水管采用弯头首尾连接汇总成一个总进出水管。如图所示，多组套管式加热器以卧式沿水平方向平行放置在蓄热槽体1内，此种设置方式可以设置在下布水器3的上方或下方，每一组套管式加热器的进出水管相互连接汇总成一个总进出水管并与蓄热槽体1侧壁预留水口连接；且每一组套管式加热器与蓄热槽体1焊接或者与蓄热槽体1上相应的套管式加热器连接口法兰连接。多组套管式加热器还可以以卧式径向分层布置在蓄热槽体1内，此种方式优选设置在上布水器2与下布水器3之间。多组套管式加热器还可以以立式均匀设置在蓄热槽体1内，套管式加热器与蓄热槽体1顶部通过法兰固定连接或者直接焊接在蓄热槽体1顶板上，其中优选套管4较低的一端为进水端，较高的一端为出水端(下进上出)，以便将气体带出套管4，以免套管4积气；并且多组套管式加热器上的进出水管汇总成进出水总管并与蓄热槽体1侧壁或者蓄热槽体1顶部相应的预留水口连接。

本发明所提供的套管型一体化蓄热装置中，上布水器2与下布水器3可以根据蓄热槽体1的形状、体积进行设置，例如上、下布水器3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3一般为多级布水管，布水管上有圆形或者条缝型布水口，为进一步降低蓄热槽体1内的水流速，上、下布水器3也可以设置为均流板或者缓冲板。并且，上、下布水器3可以由能够承受高温和高压的各种金属和非金属管道连接而成。其中，上布水器2安装在距离蓄热槽体1顶板10～80厘米的位置，下布水器3安装在距离蓄热槽体1底板10～80厘米的位置，上、下布水器3可以通过在蓄热槽体1内壁安装支架使其固定，还可以在蓄热槽体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3进行固定。通过上、下布水器3使水以重力流平稳地导入蓄热槽体1内，或由蓄热槽体1内引出，上、下布水器3在蓄热槽体1内均匀分布出水点，使上、下布水器3的进出水孔的水流流速足够小，并确保水流在蓄热槽体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热槽体1中水的扰动，通常上布水器2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3的开口方向朝下，避免有直接向上的动量，上、下布水器3的开口一般为60℃～120℃。由于上布水器2与第一出水口连接，下布水器3与第一进水口连接，通过上、下布水器3可以对蓄热槽体1内的温度进行温度分层，实现利用蓄热槽体1内的热量对外放热。具体地，蓄热槽体1在放热时利用上、下布水器3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热槽体1的下部，温度高的水储存在蓄热槽体1的上部，为了在蓄热槽体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热槽体1内，或由蓄热槽体1内引出，在蓄热槽体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。在本套管型一体化蓄热装置中，通过在蓄热槽体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热槽体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热槽体1。

在蓄热槽体1的底部、中部、顶部可以设置温度传感器(图中未示出)，在蓄热槽体1底部可以设置压力传感器，在蓄热槽体1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。并且由于本套管型一体化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热槽体1的外部或者安装在槽体外壁上，实现将蓄热槽体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套管型一体化蓄热装置“蓄能与放能”过程，并且在采用本套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统中，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热槽体1联合供热等多种运行工况。

本发明还提供了包括上述套管型一体化蓄热装置的蓄热应用系统。下面通过具体的实施例对本蓄热应用系统做具体的说明。

实施例1

如图8所示，本实施例所提供的蓄热应用系统包括本套管型一体化蓄热装置、采暖末端、循环泵12、定压装置10、软化水装置11与多个电动阀以及配套相关管道、阀门、传感元器件和电控柜。其中采暖末端(以下简称末端)可以为风机盘管、地暖或者暖气片等；控制柜可以采用单片机、PLC控制器或者DDC控制器控制，可以包含上位机和下位机，并按照本发明描述的设计原理进行系统控制；温度传感器和压力传感器(图中未示出)可以为多个，并可以加装流量传感器以测量流量和热量，其他设备和部件为常规设备，符合项目的设计选型要求和相关规范要求，不再敖述。采暖末端、循环泵、定压装置、软化水装置通过管道与套管型一体化蓄热装置连接，多个电动阀设置在管道中。通过控制多个电动阀使套管型一体化蓄热装置实现蓄热、边蓄边供、放热工况。

上述蓄热应用系统的典型工作过程描述如下：采暖末端低温回水经过电动阀V3到套管型一体化蓄热装置前分为两路，其中一路回水与下布水器3相连，另外一路回水与电动阀V4相连，并经过电动阀V4后再次分为两路，其中一路经过蓄热槽体1的第三水口后与套管式加热器的进水总管相连，另外一路经过电动阀V1后再次分为两路，其中一路与上布水器2相连，另外一路经过电动阀V2后再次分为两路，其中一路与循环泵出口相连，该循环泵的进口通过蓄热槽上的第四水口后与套管式加热器的出水总管相连，从电动阀V2流出的另外一路通过电动阀V3与末端采暖装置相连，然后经过末端供热降温后回到套管型一体化蓄热装置。通过本蓄热应用系统可以实现传统蓄热系统的蓄热、边蓄边供、蓄热槽单独放热、电热管单独放热等各种不同的工况，各工况过程及控制逻辑描述如下：

(1)在低谷电期间，启动套管式加热器对蓄热槽体1加热，当加热至蓄热设计温度时，蓄热槽体1内的温度传感器反馈给控制器切断电源，套管式加热器停止加热；当压力超过设定最高压力值时，压力传感器反馈给控制器切断电源，套管式加热器停止加热，同时控制器故障报警，以起到安全保护作用；如果套管型一体化蓄热装置有安全阀，当压力超过安全阀设定的极限压力时，安全阀开启并进行泄压，同时控制器故障报警，并切断电源，套管式加热器停止加热。

当蓄热应用系统处于蓄热工况且不需要对外供热时，电动阀V1、V3处于关闭状态，电动阀V2、V4处于开启状态，循环泵和套管式加热器处于开启状态，从套管式加热器流出的高温热水通过循环泵并经过电动阀V2输送到上布水器2,高温水从上布水器2的布水口均匀缓慢将蓄热槽体1的低温水从下布水器3压出，并经过电动阀V4，回到套管式加热器的进水口后被套管式加热器再次加入，完成蓄热循环。需要说明的是套管式加热器可能有多组并汇总成总进水管和出水管，但均可按照本流程实现蓄热槽体1的加热和蓄热工况。

(2)边蓄边供工况：在蓄热同时需要供热时，比如对于住宅在夜间供暖，需要采用此工况。这时启动套管式加热器对蓄热槽体1加热，同时，套管式加热器出水总管的一部分高温水将被输送到末端，实现对末端供热功能，并且控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V1处于关闭状态，电动阀V4处于开启状态，电动阀V2和V3处于调节状态，套管式加热器和循环泵处于开启状态，从套管式加热器流出的高温热水通过循环泵分出两路，分别经过电动阀V2和V3输送到上布水器2蓄热和末端供热。当末端的环境温度高于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的关小电动阀V2，以减少到蓄热槽体1的流量和输出热量；当末端的环境温度低于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3关小，以减少到末端的流量和输出热量，相应的开大电动阀V2，以增加到蓄热槽体1的流量和输出热量。当处于寒冷的地区时，需要末端值班采暖时，也可以执行此工况达到向末端供热的目的。

(3)蓄热槽体1单独放热工况：这时套管式加热器停止工作，套管型一体化蓄热装置通过上布水器2将蓄热槽体1内的高温介质输送到末端供热，降温后的水回到下布水器3，并将蓄热槽体1内的高温水顶出蓄热槽体1，送到末端，实现供热的循环，并且可以控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V4处于关闭状态，电动阀V1处于开启状态，电动阀V2和V3处于调节状态，套管式加热器处于关闭状态，循环泵处于开启状态。当蓄热槽体1放热时，从上布水器2流出蓄热槽体1高温热水经过电动阀V1和第三水口到套管式加热器的进水管，然后从套管式加热器的出水口经过第四水口和循环泵进水口相连，并通过循环泵将高温水经过电动阀V4输送到末端供热，降温后的低温水回到蓄热槽体1的下布水器3，并将蓄热槽体1内的高温水从上布水器2顶出，实现放热循环。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3关小，以减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的开大电动阀V2，将一部分高温水不经过末端而直接与上布水器2的出水混合后通过电动阀V1回到循环泵的吸入口；当末端的环境温度高于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3开大，以增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的关小电动阀V2，减少短路的流量。

(4)套管式加热器单独供热工况：在特殊寒冷的天气或者蓄热槽体1热量因某种原因不足时，可以单独采用套管式加热器直接供热。这时，开启套管式加热器并直接通过循环泵与末端相连，将套管式加热器产生的热量输送到末端，并且可以控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V2、电动阀V1处于关闭状态，电动阀V4和电动阀V3处于开启状态，套管式加热器和循环泵处于开启状态。当套管式加热器放热时，从套管式加热器出水口经过蓄热槽体1壁上的第四水口通过循环泵输送到末端供热后，经过电动阀V4回到套管式加热器的进水口完成加热循环。这时，由于电动阀V1和电动阀V2处于关闭状态，所以蓄热槽体1内的水处于封闭状态。当末端的环境温度高于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3开大，增加到末端的流量和输出热量；反之，则关小电动阀V3，减少到末端的流量和输出热量。

(5)套管式加热器和蓄热槽体1联合供热工况：这种工况可以在蓄热槽的输出热量偏小或者蓄热槽体1热量因某种原因不足时使用。这时，开启套管式加热器，从蓄热槽体1的上布水器2输出的水经过套管式加热器再次加热后并输送到末端，并且可以控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V4处于关闭状态，电动阀V1处于开启状态，电动阀V2和电动阀V3处于调节状态，套管式加热器和循环泵处于开启状态。当处于联合供热工况时，从上布水器2流出蓄热槽体1的高温热水经过电动阀V1和第三水口到套管式加热器的进水管，经过套管式加热器的再次加热后，从套管式电加热器的出水口经过第四水口和循环泵进水口相连，并通过循环泵将高温水经过电动阀V4输送到末端供热，降温后的低温水回到蓄热槽体1的下布水器3，并将蓄热槽体1内的高温水从上布水器2顶出，实现放热循环。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3关小，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的开大电动阀V2，将一部分高温水不经过末端而直接与上布水器2的出水混合后通过电动阀V1回到循环泵的吸入口；当末端的环境温度高于设计温度时，可以将到末端供热的电动阀V3开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的关小电动阀V2，减少短路的流量。

本实施例所提供的蓄热应用系统，将传统的电锅炉和蓄热槽体1合二为一，并通过加热器外加套管4增加电热管冲刷流速，加强电热管放热并降低结垢的可能性，而且可以实现蓄热的同时对外供热的功能；并且套管式加热器在蓄热时除了通过上下布水器3蓄热外，还可以通过套管的表面对蓄热槽体1加热，避免了传统的电锅炉加蓄热系统中存在的热量散失损耗，提高了系统效率；当本套管型一体化蓄热装置外接制冷主机时，也可以通过上下布水器3在蓄热槽内实现水蓄冷工况。

实施例2

为了减少蓄热槽体1体积，可以采用高温蓄热的方法，但传统的高温蓄热系统一般采用板换将一次侧和二次侧分开，系统复杂。如图9所示，本实施例所提供的蓄热应用系统与实施例1的不同之处在于：本实施例所提供的蓄热应用系统分别设置蓄热循环泵和放热循环泵，并采用高温蓄热、低温运行的方式。也就是在蓄热时将套管式加热器的水加热到高温，其中，蓄热温度设定为高于100度但工作压力小于0.1Mpa，并采用定压装置定压。由于本蓄热应用系统除电动阀和增加一台蓄热循环泵外的其他设备没有变化，套管型一体化蓄热装置也与实施例一相同，所以对与实施例一一致的地方不再赘述，仅仅结合该蓄热应用系统流程对不同工况下电动阀和各设备的运行情况做简单的描述。

本蓄热应用系统的工作流程可以分为蓄热流程和放热流程，在蓄热流程中，蓄热循环泵将被套管式加热器升温后的高温水经过电动阀V1输送到上布水器2，然后将蓄热槽体1内的低温水从下布水器3压到套管式加热器的进水管，然后再次被套管式加热器升温后回到蓄热循环泵。在放热流程中，放热循环泵将蓄热槽体1出来的高温水与末端低温回水混合后经过电动阀V3输送到末端采暖，供热后的低温水分为两路回到蓄热槽体1，其中一路到蓄热槽体1的下布水器3将蓄热槽体1内的高温水从蓄热槽体1的上布水器2顶出到放热循环泵的入口；另外一路回到套管式电加热器的进水口，当启动套管式电加热器时，被加热后的高温水通过蓄热循环泵和电动阀V2被送到放热循环泵的进水口。通过本蓄热应用系统也可以实现传统蓄热系统的蓄热、边蓄边供、蓄热槽单独放热、电热管单独放热等各种不同的工况，各工况过程及控制逻辑描述如下：

(1)低谷电蓄热工况：当蓄热应用系统处于该工况时，电动阀V2、电动阀V1处于开启状态，电动阀V3、电动阀V4处于关闭状态，放热循环泵处于关闭状态，套管式加热器和蓄热循环泵处于开启状态，并将蓄热槽体1内的水直接加热到设定的蓄热温度。

(2)边蓄边供工况：在蓄热同时需要供热时，比如对于住宅在夜间供暖，需要采用此工况。这时启动套管式加热器对蓄热槽体1加热的同时对末端供热，并且控制出水温度和放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V2处于状开启状态，电动阀V1、电动阀V3、电动阀V4处于状调节状态，套管式加热器和蓄热循环泵及放热循环泵均处于开启状态，从套管式加热器流出的高温热水经过电动阀V2后分为两路，其中一路经过电动阀V1到上布水器2，将蓄热槽体1内的低温水从下布水器3压出并回到套管式加热器的进水口；另外一路经过电动阀V4被放热循环泵输送到末端，供热降温后回到套管式加热器的进水口。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将与上布水器2出水口连接的电动阀V1关小，放热循环泵回路上的电动阀V4开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计的供水温度；当末端的环境温度高于设计温度时，可以将与上布水器2出水口连接的电动阀V1开大，还可以相应的关小电动阀V4，减少到末端的流量和输出热量；当处于寒冷的地区，需要末端值班采暖时，也可以执行此工况达到向末端供热目的。

(3)蓄热槽单独放热工况：这是一种非低谷电期间的常用工况，这时套管式加热器停止工作，套管型一体化蓄热装置通过上布水器2将蓄热槽体1内的高温介质输送到末端供热，降温后的水回到下布水器3，并将蓄热槽体1内的高温水顶出蓄热槽体1后送到末端，实现供热的循环，并且可以控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。这时由于电动阀V2处于关闭状态，套管式加热器及其相应管道不参与放热运行。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V1处于开启状态，电动阀V2处于关闭状态，电动阀V3、电动阀V4处于调节状态，套管式加热器和蓄热循环泵处于关闭状态，放热循环泵处于开启状态。从蓄热槽体1的上布水器2流出的高温热水经过电动阀V1后，经过电动阀V4被放热循环泵输送到末端，供热降温后回到套管式加热器的进水口。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将放热循环泵回路上的电动阀V4开大，以增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计的供水温度；当末端的环境温度高于设计温度时，可以关小电动阀V4，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计供水温度。

(4)套管式电加热器单独放热工况：当套管型一体化蓄热装置出现损坏需要维修，或者热量不足时，可以采用这种工况，这时套管式加热器处于开启状态，并将末端低温回水加热后通过放热循环泵输送到末端，供热降温后再回到套管式加热器的入水口。这时由于电动阀V1处于关闭状态，蓄热槽体1及其相应管道不参与放热运行。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V2处于开启状态，电动阀V1处于状关闭状态，电动阀V3、电动阀V4处于调节状态，蓄热循环泵处于关闭状态，套管式加热器和放热循环泵处于开启工作状态。从套管式加热器流出的高温热水经过电动阀V2后，经过电动阀V4被放热循环泵输送到末端，供热降温后回到套管4式加热器的进水口。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将放热循环泵回路上的电动阀V4开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计的供水温度；当末端的环境温度高于设计温度时，可以关小电动阀V4，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计的供水温度。

(5)套管式加热器与蓄热槽体1联合供热工况：当蓄热量不足时，可以采用这种工况，这时套管式加热器和蓄热槽体1联合供热，将末端低温回水加热后通过放热循环泵输送到末端，供热降温后再回到套管式加热器的入水口和蓄热槽体1的下布水器3入口。

第一种情况，当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V2、电动阀V1处于开启状态，电动阀V3、电动阀V4处于调节状态，蓄热循环泵、套管式加热器和放热循环泵均处于开启状态。从套管式加热器流出的高温热水经过电动阀V2并与从蓄热槽体1的上布水器2流出的高温水经过电动阀V1汇合后，经过电动阀V4被放热循环泵输送到末端，供热降温后分为两路，其中一路回到套管式加热器的进水口，被加热器重新加热后通过套管式加热器的出水口送到循环泵的入口；另外一路回到下布水器3，并将蓄热槽体1内的高温水从上布水器2顶出，通过电动阀V1与套管式加热器出水管道汇合后回到放热循环泵入口并被输送到末端放热。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将放热循环泵回路上的电动阀V4开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计的供水温度；当末端的环境温度高于设计温度时，可以关小电动阀V4，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的调节电动阀V3，控制放热循环泵入口的温度，使其不超过末端设计的供水温度。

第二种情况，当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V1、电动阀V2处于调节状态，套管式加热器处于关闭状态，循环泵处于开启状态，从蓄热槽体1的上布水器2流出的高温热水经过电动阀V1并通过电动阀V2到末端的低温回水混合后通过放热循环泵输送到末端，给末端供热降温后回到下布水器3。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将上布水器2出口的电动阀V1开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的关小电动阀V2，减少到末端的低温回水，提高到末端的水温加大供热能力；当末端的环境温度高于设计温度时，可以将上布水器2出水口的电动阀V1关小，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的开大电动阀V2，增加末端回水的流量，降低供水温度。本实施例所提供的蓄热应用系统，不仅将电锅炉、蓄热装置合为一体，而且实现了高温蓄热低温运行，系统简单、占地面积小、造价低、系统效率高。

实施例3

本实施例所提供的蓄热应用系统主要应用在体积较小的蓄热装置上，如图10所示，该蓄热应用系统与实施例1的不同之处在于：由于蓄热槽体1体积较小，蓄热槽体1类似与加热器外部的套管4，也就是加热器不再设置在套管4内，对蓄热槽体1内的介质均匀加热并尽量减少加热器表面的负荷，所以加热器制造时尽量扩大加热器的外表面积，以降低结垢的可能性。为增加蓄热量，可以采用高温蓄热，其中，蓄热温度设定为高于100度但工作压力小于0.1Mpa，并采用定压装置定压。

本蓄热应用系统只需要在与蓄热槽体1的上布水器2相连的电动阀V1以及末端供热装置的管道旁通电动阀V2这两个电动阀，与之相对应的蓄热槽体1壁上的水口也只需要两个，分别为与上布水器2连接相连的第一水口，以及与下布水器3总管连接的第二水口。由于本蓄热应用系统除电动阀外的其他设备没有变化，套管型一体化蓄热装置除槽体壁上水口数目和加热器不带套管4外也没有变化，所以对与实施例1一致的地方不再赘述，只结合蓄热应用系统的工作流程对不同工况下电动阀和各设备的运行情况做简单的描述。

本蓄热应用系统中，末端采暖装置低温回水到套管型一体化蓄热装置分为两路，其中一路低温水回到蓄热槽体1的下布水器3，并将蓄热槽体1内的高温水从上布水器2顶出；另外一路进入末端供热旁通管道经过电动阀V2与蓄热槽体1的上布水器2被顶出的高温水混合后进入循环泵进口，并通过循环泵输送到末端供热，释放热量后降温为低温水回到套管型一体化蓄热装置。通过本蓄热应用系统可以实现传统蓄热系统的蓄热、边蓄边供、蓄热槽单独放热、电热管单独放热等各种不同的工况，各工况过程及控制逻辑描述如下：

(1)低谷电蓄热工况：当蓄热应用系统处于这种工况时，电动阀V2、电动阀V1处于关闭状态，循环泵处于关闭状态，加热器处于开启状态，并将蓄热槽体1内的水直接加热到设定的蓄热温度。

(2)边蓄边供工况：在蓄热同时需要供热时，比如对于住宅在夜间供暖，需要采用此工况。这时加热器启动对蓄热槽体1加热，同时，蓄热槽体1的上布水器2将槽体内的高温水输送到末端，实现对末端供热功能，并且控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V1、电动阀V2处于调节状态，加热器和循环泵处于开启状态，从蓄热槽体1的上布水器2流出的高温热水经过电动阀V1和通过电动阀V2管道的末端低温回水混合后通过循环泵输送到末端，给末端供热降温后回到下布水器3。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将上布水器2出水口的电动阀V1开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的关小电动阀V2，减少到末端管道的低温回水，提高到末端的水温增加供热能力；当末端的环境温度高于设计温度时，可以将上布水器2出水口的电动阀V1关小，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的开大电动阀V2，增加末端回水管道流量，降低供水温度；当处于寒冷的地区，需要末端值班采暖时，也可以执行此工况达到向末端供热目的。当蓄热罐的热量不足时，也可以采用这种方式对外进行联合供热。

(3)蓄热槽体1单独放热工况：这时加热器停止工作，套管型一体化蓄热装置通过上布水器2将蓄热槽体1内的高温介质输送到末端供热，降温后的水回到下布水器3，并将槽体内的高温水顶出蓄热槽体1，送到末端，实现供热的循环，并且可以控制放热量的大小，以满足末端环境温度的需要。

当蓄热应用系统处于这一工况时，电动阀V1、电动阀V2处于调节状态，加热器处于关闭状态，循环泵处于开启状态，从蓄热槽体1的上布水器2流出的高温热水经过电动阀V1和通过电动阀V2管道的末端低温回水混合后，通过循环泵输送到末端给末端供热降温后回到下布水器3。当末端的环境温度低于设计温度时，可以将上布水器2出水口的电动阀V1开大，增加到末端的流量和输出热量，还可以相应的关小电动阀V2，减少到末端管道的低温回水，提高到末端的水温增加供热能力；当末端的环境温度高于设计温度时，可以将上布水器2出水口的电动阀V1关小，减少到末端的流量和输出热量，还可以相应的开大电动阀V2，加大末端回水管道的流量，降低供水温度。

本蓄热应用系统的工作流程控制简单，并且通过该应用系统控制能够实现套管型一体化蓄热装置高温蓄热，低温运行，效率高，占地面积小，成本低，安全性高。

需要强调的是，上述蓄热应用系统有多种控制思路，例如可以通过电动阀加循环泵变频达到类似的控制效果。在实际使用中，当不需要蓄热时，本发明所提供的套管型一体化蓄热装置也可以实现常温蓄热功能，此时蓄热槽体也可以采用方形蓄热槽体。在采用方形蓄热槽体时，多组套管式加热器可以水平方向均匀分布在蓄热槽体内，并且套管式加热器设置在蓄热槽底部。

本套管型一体化蓄热装置也可以通过在蓄热应用系统中配置制冷主机，实现水蓄冷；或者配置冰浆机，实现冰蓄冷，这时主要利用的是本套管型一体化蓄热装置的上、下布水器实现蓄冷功能。由于蓄冷时的蓄热应用系统和目前常用的蓄热应用系统没有本质区别，所以蓄冷过程不再赘述。但采用以上蓄冷方式时的蓄热应用系统，增加制冷机后能够实现冷热同槽，并且不需要单独设置电锅炉。

本套管型一体化蓄热装置通过在蓄热槽体内设置套管式加热装置、上布水器以及下布水器。根据实际需要，可以通过套管式加热装置或者上、下布水器实现不同方式的放热过程。通过蓄热应用系统可以控制本套管型一体化蓄热装置实现“蓄热”、“放热”或者“边蓄边供”等不同运行工况之间的切换，并且可以通过套管式加热装置实现高温蓄热、低温运行。本套管型一体化蓄热装置及其蓄热应用系统具有结构简单、占地面积小、运行效率高、维修方便、运行费用低、性价比高等特点。

本发明所提供的套管型一体化蓄热装置主要将加热器安装在套管内中制作成套管式加热器或者将加热器直接安装在较小的蓄热装置中，其产生的收益是：

a.将传统的水蓄热系统的电锅炉、蓄热装置等设备合为一体，设备少、占地面积小、运行效率高、设计和控制简单。

b.套管式加热器在蓄热槽体内直接将槽体加热，减少了传统电锅炉+蓄热罐所生产的过程损耗

c.当采用石英管套管式电加热器时，加热器发生损坏需要维修时，不需要将蓄热槽体内的介质清除，蓄热槽体内介质可以继续工作，极大的提高了设备的可靠性和运行效率。

该套管型一体化蓄热装置的有益效果是：1.将传统的电锅炉和蓄热槽体合二为一，降低了占地面积，提高了系统的运行效率和性价比，2.通过加热器外加套管增加电热管冲刷流速，加强电热器放热并降低结垢的可能性，而且可以实现蓄热的同时对外供热的功能；3.套管式加热器在蓄热时除了通过上下布水器蓄热外，还可以通过套管的表面对蓄热槽体加热，避免了传统的电锅炉加蓄热系统中存在的热量散失损耗，提高了系统效率；4.比较方便的实现边蓄边供和套管式电加热器单独供热工况，5.当本套管型一体化蓄热装置外接制冷主机或者在内套管通入氟利昂制冷剂时，也可以通过上下布水器在蓄热槽内实现水蓄冷工况，6.当内套管插入石英管电加热器时，在加热器出现故障时，蓄热装置内的介质可以不释放出来，只需要把石英管电加热器抽出内套管就可以方便的维修和更换，蓄热装置可以继续运行，增加了系统的可靠性

当该套管型一体化装置运用在高温蓄热系统中，还可以实现：

a.不需要像传统水蓄热系统那样分为一次侧和二次侧系统，节省了相关设备投资，并降低了能耗。

b.可以实现高温蓄热、低温运行，可以不要耐高温、高压的换热器、泵、阀等配件，降低系统造价，增强了安全性

c.低温时采用蓄热槽体内的水参与循环，蓄热槽体最终的温度可以与末端回水温度一致，而不需要通过板换使蓄热槽体温度必须比回水温度要高5度左右，增大了蓄热槽体的放热能力。并且可以在蓄热装置外部设置制冷主机，通过上下布水器，实现水蓄冷的过程。

以上对本发明所提供的套管型一体化蓄热装置及其蓄热应用系统进行了详细的说明。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 (14)

1.一种套管型一体化蓄热装置，包括蓄热槽体，其特征在于：

所述蓄热槽体内部设置有套管式加热装置、上布水器、下布水器，所述蓄热槽体上设置有与所述套管式加热装置、所述上布水器、所述下布水器相连接的水口；

所述套管式加热装置沿径向或者水平或者倾斜方向均匀分布在所述蓄热槽体内，实现对所述套管式一体化蓄热装置的蓄热与放热过程。

2.如权利要求1所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述套管式加热装置由至少一组套管式加热器组成，所述套管式加热器包括套管与加热器，所述加热器安装在所述套管中，所述加热器采用金属管电加热器。

3.如权利要求2所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述套管式加热器包括所述套管与内套管，所述内套管设置在所述套管中，所述套管内设置有高温介质或者远红外电加热器，所述远红外电加热器采用石英管电加热器。

4.如权利要求3所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述内套管从所述套管的一端或两端插入所述套管，从所述套管的另一端或同一端穿出，所述内套管的两端与所述套管两端的管口焊接密封。

5.如权利要求2或3所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述金属管电加热器从所述套管的一端或两端插入到所述套管中，所述石英管电加热器从内套管的一端或两端插入到所述内套管中，所述金属管电加热器或所述石英管电加热器的一端采用加热器法兰焊接密封，所述加热器法兰与所述蓄热槽体壁的法兰连接；

或者，所述金属管电加热器或所述石英管电加热器与所述套管的一端采用所述套管与所述蓄热槽体壁焊接固定，所述套管管口与所述金属管电加热器或石英管电加热器连接处设置有接线盒。

6.如权利要求2或3所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述套管式加热器设置有折流板，所述折流板为弓形或圆盘-圆环形，用于改变所述套管内流体的流向，增强流体在管间流动的湍流程度，提高传热效果并起到支撑作用。

7.如权利要求2或3所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述套管上设置有进水口与出水口，所述进水口或所述出水口设置在所述蓄热槽体内或所述蓄热槽体外，设置在所述蓄热槽体内的所述进水口或所述出水口与所述蓄热槽体上的相应水口连接。

8.如权利要求2所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述套管式加热器在所述蓄热槽体中立式或者卧式放置，当所述蓄热槽体内设置一组所述套管式加热器时，立式放置的所述套管式加热器设置在所述蓄热槽体的中心位置；

当所述蓄热槽体内设置多组所述套管式加热器时，立式或卧式放置的所述套管式加热器的进出水管相互连接汇总成一个总进出水管，或者将相邻的所述套管式加热器的进出水管采用弯头首尾连接汇总成一个总进出水管；

其中，立式放置的所述套管式加热器设置在所述下布水器的上方，卧式放置的所述套管式加热器设置在下布水器的上方或下方。

9.如权利要求1所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述上布水器设置在距离所述蓄热槽体顶部的预设位置，所述下布水器设置在距离所述蓄热槽体底部的预设位置，蓄热温度低于100度时，所述蓄热槽体采用圆形槽体或方形槽体，所述蓄热温度高于100度时，所述蓄热槽体采用圆柱形槽体，并采用定压装置定压。

10.如权利要求1所述的套管型一体化蓄热装置，其特征在于：

所述蓄热槽体的底部、中部、顶部设置有温度传感器，所述蓄热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，所述蓄热槽体的外部依次设置有保温层与保护层。

11.一种蓄热应用系统，其特征在于包括采暖末端、循环泵、定压装置、软化水装置与多个电动阀以及管道，所述采暖末端、所述循环泵、所述定压装置、所述软化水装置通过所述管道与权利要求1～10中任意一项所述的套管型一体化蓄热装置连接，多个所述电动阀设置在管道中。

12.如权利要求11所述的蓄热应用系统，其特征在于：

多个所述电动阀为第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀，所述采暖末端低温回水经所述第三电动阀到套管型一体化蓄热装置前分为两路，其中一路与下布水器相连，另一路与所述第四电动阀相连，并经过所述第四电动阀后分别与所述套管式加热器的进水总管和所述第一电动阀相连，经所述第一电动阀后分别与上布水器和所述第二电动阀相连，经所述第二电动阀后分别与所述循环泵出口和所述第三电动阀相连，所述循环泵进口与所述套管式加热器的出水总管相连，所述第三电动阀与所述采暖末端相连。

13.如权利要求11所述的蓄热应用系统，其特征在于：

多个所述电动阀为第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀，所述采暖末端经过放热循环泵分别与所述第三电动阀和所述第四电动阀相连，所述第三电动阀分别与套管式加热器的进水总管、下布水器相连，所述第四电动阀分别与所述第二电动阀和所述第一电动阀相连，所述第二电动阀经过蓄热循环泵与所述套管式加热器的出水总管相连，所述第一电动阀与上布水器相连。

14.如权利要求11所述的蓄热应用系统，其特征在于：

多个所述电动阀为第一电动阀与第二电动阀，上布水器与下布水器分别与所述采暖末端相连，在所述上布水器与所述采暖末端之间设置有所述第一电动阀与所述循环泵，所述第一电动阀通过所述第二电动阀与所述下布水器相连。