CN114992732B - 一种纵向换热冰储能换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纵向换热冰储能换热器，包括外筒、下隔板、内筒、上隔板、换热腔、端冰融冰腔、上导流接管、导流插口、取冰导流机构、三通、冷媒进管、冷媒出管、热媒外进管、热媒出管、热媒内进管、热媒内进单向阀、热媒循环管、电加热器、循环泵、下延导管，取冰导流机构，包括取冰主管、取冰板、密封快插接头、分支导流管。通过换热腔进行外换热，通过取冰主管进行内换热，可充分与内筒中的水进行换热，提高换热效率，提高制冰效率；融冰时，取冰主管可与冰柱分离，便于取冰后将取冰主管与冰柱分离，避免出现取冰主管与冰柱冻结而无法分开的现象，内筒呈开口设计，可便于将冰柱取出，无需将冰完全融化，节约能源，资源利用率高。

Description

一种纵向换热冰储能换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，特别是一种纵向换热冰储能换热器。

背景技术

冰蓄冷就是将水制成冰的方式，利用冰的相变潜热进行冷量的储存。冰蓄冷可利用太阳能、空调或水源热泵等多种冷媒资源进行换热，制成冰二次利用。

传统冰蓄能方式，主机采用乙二醇介质制冷，在夏季将冷量储存在蓄冷罐中，在需要的时候将蓄冷罐里的能量释放出来，供给用户末端设备，给房间制冷。这种蓄冰方式，制成的冰不易取出，利用率低，融冰取出需要消耗大量的热能，资源未能充分利用，经济效益较差。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种纵向换热冰储能换热器。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种纵向换热冰储能换热器，包括：

外筒，其呈立式布置，且底部呈封闭结构；

下隔板，密封固定在外筒内腔下部；

内筒，设置于外筒内侧，下端密封固定在下隔板上，顶部呈敞开结构；

上隔板，位于外筒顶部，且与外筒和内筒密封固定连接；

换热腔，由外筒、下隔板、内筒和上隔板共同围成；

端冰融冰腔，由外筒和下隔板共同围成，且位于换热腔下方；

上导流接管，固定在上隔板上，且与换热腔连通；

导流插口，固定安装在下隔板底部，将换热腔与端冰融冰腔连通；

取冰导流机构，包括取冰主管、取冰板、密封快插接头、分支导流管，取冰主管顶部封闭，取冰主管由上至下依次安装有分支导流管、取冰板和密封快插接头，分支导流管与取冰主管连通，分支导流管通过扳把式快速接头与上导流接管密封连接，密封快插接头可拆卸安装在取冰主管上且与取冰主管密封连接，密封快插接头可拆卸密封插装在导流插口内，取冰板固定安装在密封快插接头上；

三通，具有一个输出端和两个输入端，其输出端与导流插口连接；

冷媒进管，一端与冷媒源输出端连通，另一端密封穿入端冰融冰腔且与三通的一个输入端连接；

冷媒出管，一端与冷媒源输入端连通，另一端与换热腔上部连通；

热媒外进管，一端与端冰融冰腔连通，另一端与热源输出端连通；

热媒出管，一端与换热腔上部连通，另一端与热源输入端连通；

热媒内进管，位于端冰融冰腔内，且一端与三通的另一个输入端连通；

热媒内进单向阀，安装在热媒内进管上。

优选的，还包括热媒循环管，热媒循环管一端与热媒外进管连通，另一端与热媒出管连通，热媒循环管上安装有电加热器和循环泵。

优选的，冷媒进管上安装有冷媒进阀门，冷媒出管上安装有冷媒出阀门，热媒外进管上安装有热媒进阀门，热媒出管上安装有热媒出阀门。

优选的，还包括下延导管，所述下延导管位于换热腔内，下延导管上端与上导流接管连通，下延导管下端延伸至换热腔底部。

优选的，所述密封快插接头包括锥套和密封圈，锥套上设有环槽，密封圈安装在环槽内；所述导流插口与锥套适配，锥套通过密封圈与导流插口密封连接；锥套内侧开设有内锥螺纹，取冰主管下端开设有与锥套内锥螺纹螺纹配合的外锥螺纹。

优选的，还包括第一排水管，所述第一排水管一端固定在下隔板上且与内筒连通，另一端密封穿过端冰融冰腔且延伸至外筒外侧，第一排水管延伸至外筒外侧的管路上安装有第一泄水阀。

优选的，还包括第二排水管，所述第二排水管与端冰融冰腔连通，第二排水管上安装有第二泄水阀。

优选的，还包括第三排水管，所述第三排水管与换热腔底部连通，第三排水管上安装有第三泄水阀。

优选的，还包括第一排气管，所述第一排气管与换热腔顶部连通，第一排气管上安装有第一排气阀。

优选的，还包括第二排气管，所述第二排气管与端冰融冰腔顶部连通，第二排气管上安装有第二排气阀。

本发明的有益效果：

1、换热器的内筒呈开口设计，可便于将冰柱取出，相比于封闭换热器融冰再利用的方式，本发明的换热器通过取冰补水的方式，省去了将冰完全融化的步骤，节省了融冰过程中的热量消耗，节约电能；

2、换热器立式设计，可减少了设备占地空间，取冰过程中可以借助水的浮力降低取冰难度；

3、利用热泵机组蒸发器的冷媒资源换热制冰，对热泵机组进行降温，可减少热泵机组在产热过程的电量消耗，适时地对取出内筒中的冰柱，进行再利用，节能环保，经济效益好；

4、冰储能过程中，通过换热腔进行外换热，通过取冰主管进行内换热，可充分与内筒中的水进行换热，提高换热效率，提高制冰效率；融冰时，取冰主管可与冰柱分离，便于取冰后将取冰主管与冰柱分离，避免出现取冰主管与冰柱冻结而无法分开的现象，实现快速取冰。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1沿A-A线的剖视图；

图3是图1的局部放大图；

图4是密封快插接头、取冰主管和导流插口的局部结构示意图；

图中，1、外筒；2、下隔板；3、内筒；4、上隔板；5、换热腔；6、端冰融冰腔；7、上导流接管；8、导流插口；9、取冰主管；10、取冰板；11、分支导流管；12、扳把式快速接头；13、三通；14、冷媒进管；15、冷媒出管；16、热媒外进管；17、热媒出管；18、热媒内进管；19、热媒内进单向阀；20、热媒循环管；21、电加热器；22、循环泵；23、冷媒进阀门；24、冷媒出阀门；25、热媒进阀门；26、热媒出阀门；27、下延导管；28、锥套；29、密封圈；30、环槽；31、第一排水管；32、第一泄水阀；33、第二排水管；34、第二泄水阀；35、第三排水管；36、第三泄水阀；37、第一排气管；38、第一排气阀；39、第二排气管；40、第二排气阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

在一个实施例中，请参考图1至图4：一种纵向换热冰储能换热器，包括：

外筒1，其呈立式布置，且底部呈封闭结构；本实施例中，外筒1呈圆筒形，当然，在其他实施例中也可呈方筒型；

下隔板2，密封固定在外筒1内腔下部；下隔板2水平设置且与外筒1内壁密封固定连接；

内筒3，设置于外筒1内侧，下端密封固定在下隔板2上，顶部呈敞开结构；内筒3也是立式布置，且内筒3与外筒1同轴，便于高效换热；内筒3顶部敞开，可便于补水进行制冰，也便于将冰拔出内筒3；本实施例中，内筒3呈方筒形，当然，在其他实施例中也可呈圆筒型；

上隔板4，位于外筒1顶部，且与外筒1和内筒3密封固定连接；上隔板4水平设置且与外筒1内壁密封固定连接；

换热腔5，由外筒1、下隔板2、内筒3和上隔板4共同围成；

端冰融冰腔6，由外筒1和下隔板2共同围成，且位于换热腔5下方；隔板将换热腔5与端冰融冰腔6隔断为两个单独的腔室；

上导流接管7，固定在上隔板4上，且与换热腔5连通；通过上导流接管7，可向换热腔5内倒入换热媒介；

导流插口8，固定安装在下隔板2底部，将换热腔5与端冰融冰腔6连通；通过导流插口8，可将换热腔5与端冰融冰腔6连通；通过封闭导流插口8，可将换热腔5与端冰融冰腔6隔断；

取冰导流机构，包括取冰主管9、取冰板10、密封快插接头、分支导流管11，取冰主管9顶部封闭，取冰主管9由上至下依次安装有分支导流管11、取冰板10和密封快插接头，分支导流管11与取冰主管9连通，分支导流管11通过扳把式快速接头12与上导流接管7密封连接，密封快插接头可拆卸安装在取冰主管9上且与取冰主管9密封连接，密封快插接头可拆卸密封插装在导流插口8内，取冰板10固定安装在密封快插接头上；在分支导流管11与上导流接管7密封连接时，密封快插接头密封插装在导流插口8，且取冰板10与下隔板2接触，这样可便于取冰，同时便于在将冰柱取出后，使得取冰板10位于冰柱底部，而不是冰柱内，从而便于卸下取冰板10和冰柱，保证取冰板10位于冰柱底部，取冰后可直接将取冰板10与冰柱分离，避免破冰才能取出取冰板10。分支导流管11和上导流接管7均设为两个，可增加取冰主管9的稳定性；

三通13，具有一个输出端和两个输入端，其输出端与导流插口8连接；通过设置三通13，可便于向取冰主管9输入冷媒和热媒；

冷媒进管14，一端与冷媒源输出端连通，另一端密封穿入端冰融冰腔6且与三通13的一个输入端连接；冷媒源将带压的冷媒由冷媒进管14依次输入三通13、取冰主管9、分支导流管11、上导流接管7、换热腔5，取冰主管9和换热腔5中的冷媒与内筒3中的水进行换热；

冷媒出管15，一端与冷媒源输入端连通，另一端与换热腔5上部连通；环腔内的冷媒由冷媒出管15回流至冷媒源，与冷媒源换热；

热媒外进管16，一端与端冰融冰腔6连通，另一端与热源输出端连通；热媒由热媒外进管16进入端冰融冰腔6；

热媒出管17，一端与换热腔5上部连通，另一端与热源输入端连通；换热后的热媒由热媒出管17导出；

热媒内进管18，位于端冰融冰腔6内，且一端与三通13的一个输入端连通；进入端冰融冰腔6的热媒，由热媒内进管18进入三通13、取冰主管9、分支导流管11、上导流接管7、换热腔5，端冰融冰腔6、取冰主管9和换热腔5中的热媒与内筒3中的冰进行换热，从而进行融冰；

热媒内进单向阀19，安装在热媒内进管18上；热媒内进单向阀19使得热媒内进管18的管路形成单向通路，只允许端冰融冰腔6的热媒由热媒内进管18进入三通13，避免冷媒进管14输入三通13的冷媒由热媒内进管18进入端冰融冰腔6。

为实现循环加热，提高融冰效率，还设置了热媒循环管20，热媒循环管20一端与热媒外进管16连通，另一端与热媒出管17连通，热媒循环管20上安装有电加热器21和循环泵22。循环泵22提供动力，使得换热腔5、热媒出管17、热媒循环管20、热媒进管、端冰融冰腔6、热媒内进管18、三通13、导流插口8、取冰主管9、分支导流管11、上导流接管7、换热腔5，构成一个循环，电加热器21对冷媒加热后变成热媒，进行融冰。

为便于控制换热媒介的流通，在冷媒进管14上安装有冷媒进阀门23，打开冷媒进阀门23，冷媒可以由冷媒进管14进入三通13；冷媒出管15上安装有冷媒出阀门24，打开冷媒出阀门24，换热后的冷媒可以由冷媒出管15进入流出；热媒外进管16上安装有热媒进阀门25，打开热媒进阀门25，热媒可以由热媒外进管16进入端冰融冰腔6；热媒出管17上安装有热媒出阀门26，打开热媒出阀门26，换热后的热媒可以由热媒出管17进入流出；

为提高换热效率，使得进入换热腔5内的热媒由下至上循环流动，还设置了下延导管27，下延导管27位于换热腔5内，下延导管27上端与上导流接管7连通，下延导管27下端延伸至换热腔5底部。下延导管27将换热媒介导入换热腔5底部，使得换热媒介，尤其是热媒，可以由下至上循环流动，提高换热效果。

为密封连接导流插口8，请参考图4，设置密封快插接头包括锥套28和密封圈29，锥套28上设有环槽30，密封圈29安装在环槽30内；导流插口8与锥套28适配，锥套28通过密封圈29与导流插口8密封连接；为密封连接取冰主管9锥套28内侧开设有内锥螺纹，取冰主管9下端开设有与锥套28内锥螺纹螺纹配合的外锥螺纹，通过锥螺纹连接实现取冰主管9下端与锥套28的可拆卸密封连接。

为便于排出内筒3中的水，还设置了第一排水管31，第一排水管31一端固定在下隔板2上且与内筒3连通，另一端密封穿过端冰融冰腔6且延伸至外筒1外侧，第一排水管31延伸至外筒1外侧的管路上安装有第一泄水阀32。打开第一泄水阀32，即可将内筒3中的水由第一排水管31排出。

为便于排出端冰融冰腔6中的水，还设置了第二排水管33，第二排水管33与端冰融冰腔6连通，第二排水管33上安装有第二泄水阀34。打开第二泄水阀34，即可将端冰融冰腔6中的液体由第二排水管33排出，或者将液体由第二排水管33注入端冰融冰腔6中。

为便于排出换热腔5中的换热媒介，还设置了第三排水管35，第三排水管35与换热腔5底部连通，第三排水管35上安装有第三泄水阀36。打开第三泄水阀36，即可将换热腔5中的换热媒介由第三排水管35排出。

为便于换热腔5中的气压过大，影响换热，还设置了第一排气管37，第一排气管37与换热腔5顶部连通，第一排气管37上安装有第一排气阀38。第一排气阀38选用自动排气阀，当气体压力大于系统压力时，第一排气阀38自动打开，起到安全防护作用。

为避免端冰融冰腔6内压力过大，同时为便于将端冰融冰腔6中气体排空，以使端冰融冰腔6充满热媒，还设置了第二排气管39，第二排气管39与端冰融冰腔6顶部连通，第二排气管39上安装有第二排气阀40。第二排气阀40选用手动阀或电磁阀，在热媒进入端冰融冰腔6时，打开后第二排气阀40，可将端冰融冰腔6中的气体排出。

本实施方案制冰、融冰、取冰、冰柱分离的工作步骤：

1、内筒3注水：向内筒3顶端开口处注入常温水；

2、安装取冰导流机构：将取冰主管9插入内筒3中，使设密封快插接头插入导流插口8中，由于锥套28和导流插口8的锥形结构，可便于锥套28顺利插入导流插口8中，同时通过扳把式快速接头12将分支导流管11与导流接管密封连接在一起，扳把式快速接头12具有防脱功能，连接强度高，可避免在端冰融冰腔6内热媒压力作用下，将密封快插接头顶出导流插口8；

3、制冰：注水完成后，打开冷媒进阀门23和冷媒出阀门24，冷媒可以由冷媒进管14进入三通13、取冰主管9、分支导流管11、上导流接管7、换热腔5，进而由冷媒出阀门24流出，与冷媒源换热后再次由冷媒进管14进入三通13，通过换热腔5进行外换热，通过取冰主管9进行内换热，可充分与内筒3中的水进行换热，提高换热效率，提高制冰效率，内筒3中的水失去潜热开始结冰，最终结成冰柱；

4、融冰：关闭冷媒进阀门23和冷媒出阀门24，由于第一排气管37、冷媒出管15和热媒出管17的高度依次降低，因此此时换热腔5内的水位大致与冷媒出管15平齐，高于热媒出管17，低于第一排气管37；打开第二泄水阀34和第二排气阀40，先通过第二排水管33向端冰融冰腔6内注入换热媒介，在第二排气管39有水排出时，关闭第二泄水阀34；然后打开热媒进阀门25和热媒出阀门26，再开启循环泵22和电加热器21，循环泵22提供动力，使得换热腔5内的原冷媒由换热腔5、热媒出管17、热媒循环管20、热媒进管进入端冰融冰腔6，热媒内进管18、三通13、导流插口8、取冰主管9、分支导流管11、上导流接管7、下延导管27、换热腔5循环流通，电加热器21对冷媒加热后变成热媒，端冰融冰腔6、取冰主管9和换热腔5中的热媒与内筒3中的冰进行换热，从而进行融冰，端冰融冰腔6中的热媒消融内筒3底部端冰，避免冰柱冻结在下隔板2上，换热腔5中的热媒消融内筒3内壁的冰，避免冰柱冻结在内筒3内壁上，取冰主管9中的热媒消融取冰主管9外壁上的冰，避免冰柱冻结在取冰主管9外壁上；

5、取冰：卸下扳把式快速接头12，将分支导流管11与导流接管分离，在内筒3中融化的水的浮力作用下，冰柱浮起，通过提拉分支导流管11、取冰主管9，密封快插接头上升与导流插口8分离，在取冰板10的托举下，逐渐将冰柱由内筒3中抽出；

6、冰柱分离：取出冰柱后，横置冰柱，旋转取冰板10或密封快插接头，使得锥套28的内锥螺纹由取冰主管9的外锥螺纹旋下，密封快插接头和取冰板10与取冰主管9分离，随后抽出取冰主管9，使取冰主管9与冰柱分离，实现快速取冰。

7、排水：打开第二泄水阀34，通过第二排水管33将端冰融冰腔6内的换热媒介排出；打开第三泄水阀36，将换热腔5中的换热媒介由第三排水管35排出。

在不需要使用本装置或清理本装置时，打开第一泄水阀32，通过第一排水管31将内筒3中的水排出。

再次使用本装置进行换热制冰时，将旋转取冰板10、密封快插接头安装在取冰主管9上，重复步骤1至6即可；

本实施例的各电器元件均连接同一PLC电控柜进行控制，电路连接及控制原理均为现有常规技术，不再赘述。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纵向换热冰储能换热器，其特征在于，包括：

外筒（1），其呈立式布置，且底部呈封闭结构；

下隔板（2），密封固定在外筒（1）内腔下部；

内筒（3），设置于外筒（1）内侧，下端密封固定在下隔板（2）上，顶部呈敞开结构；

上隔板（4），位于外筒（1）顶部，且与外筒（1）和内筒（3）密封固定连接；

换热腔（5），由外筒（1）、下隔板（2）、内筒（3）和上隔板（4）共同围成；

端冰融冰腔（6），由外筒（1）和下隔板（2）共同围成，且位于换热腔（5）下方；

上导流接管（7），固定在上隔板（4）上，且与换热腔（5）连通；

导流插口（8），固定安装在下隔板（2）底部，将换热腔（5）与端冰融冰腔（6）连通；

取冰导流机构，包括取冰主管（9）、取冰板（10）、密封快插接头、分支导流管（11），取冰主管（9）顶部封闭，取冰主管（9）由上至下依次安装有分支导流管（11）、取冰板（10）和密封快插接头，分支导流管（11）与取冰主管（9）连通，分支导流管（11）通过扳把式快速接头（12）与上导流接管（7）密封连接，密封快插接头可拆卸安装在取冰主管（9）上且与取冰主管（9）密封连接，密封快插接头可拆卸密封插装在导流插口（8）内，取冰板（10）固定安装在密封快插接头上；

三通（13），具有一个输出端和两个输入端，其输出端与导流插口（8）连接；

冷媒进管（14），一端与冷媒源输出端连通，另一端密封穿入端冰融冰腔（6）且与三通（13）的一个输入端连接；

冷媒出管（15），一端与冷媒源输入端连通，另一端与换热腔（5）上部连通；

热媒外进管（16），一端与端冰融冰腔（6）连通，另一端与热源输出端连通；

热媒出管（17），一端与换热腔（5）上部连通，另一端与热源输入端连通；

热媒内进管（18），位于端冰融冰腔（6）内，且一端与三通（13）的另一个输入端连通；

热媒内进单向阀（19），安装在热媒内进管（18）上。

2.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括热媒循环管（20），热媒循环管（20）一端与热媒外进管（16）连通，另一端与热媒出管（17）连通，热媒循环管（20）上安装有电加热器（21）和循环泵（22）。

3.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，所述冷媒进管（14）上安装有冷媒进阀门（23），冷媒出管（15）上安装有冷媒出阀门（24），热媒外进管（16）上安装有热媒进阀门（25），热媒出管（17）上安装有热媒出阀门（26）。

4.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括下延导管（27），所述下延导管（27）位于换热腔（5）内，下延导管（27）上端与上导流接管（7）连通，下延导管（27）下端延伸至换热腔（5）底部。

5.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，所述密封快插接头包括锥套（28）和密封圈（29），锥套（28）上设有环槽（30），密封圈（29）安装在环槽（30）内；所述导流插口（8）与锥套（28）适配，锥套（28）通过密封圈（29）与导流插口（8）密封连接；锥套（28）内侧开设有内锥螺纹，取冰主管（9）下端开设有与锥套（28）内锥螺纹螺纹配合的外锥螺纹。

6.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括第一排水管（31），所述第一排水管（31）一端固定在下隔板（2）上且与内筒（3）连通，另一端密封穿过端冰融冰腔（6）且延伸至外筒（1）外侧，第一排水管（31）延伸至外筒（1）外侧的管路上安装有第一泄水阀（32）。

7.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括第二排水管（33），所述第二排水管（33）与端冰融冰腔（6）连通，第二排水管（33）上安装有第二泄水阀（34）。

8.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括第三排水管（35），所述第三排水管（35）与换热腔（5）底部连通，第三排水管（35）上安装有第三泄水阀（36）。

9.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括第一排气管（37），所述第一排气管（37）与换热腔（5）顶部连通，第一排气管（37）上安装有第一排气阀（38）。

10.根据权利要求1所述的纵向换热冰储能换热器，其特征在于，还包括第二排气管（39），所述第二排气管（39）与端冰融冰腔（6）顶部连通，第二排气管（39）上安装有第二排气阀（40）。

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