專利名稱：沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能供熱裝置，特別是沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置，屬可再生能源熱利用技術。
背景技術：
單純的太陽能光熱利用技術相當成熟，市場上太陽能熱水大系統(tǒng)、戶用太陽能熱水器的性價比也越來越高。然而太陽能供熱水系統(tǒng)受天氣影響明顯，無法保證全天候高品質的熱水供應，因此現(xiàn)在的太陽能熱水系統(tǒng)和熱水器都設置了各種輔助加熱功能，最常見的是電輔助加熱，電加熱可以用市電或其它能源發(fā)電供應。在城市的郊區(qū)和廣大的農村地區(qū)，生活垃圾、工業(yè)廢水相對較集中，農村的禽畜、糞便等原料比較容易取得，運輸和原料的成本較低，這些都容易產生沼氣。利用沼氣發(fā)電，一方面可以減少常規(guī)能源的消耗，另一方面實現(xiàn)了廢物再利用，保護了環(huán)境。開發(fā)沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置是個很好的措施。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是設計一種沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置，實現(xiàn)節(jié)約能源，環(huán)境友好，全天候供應高品質熱水的目的。解決本實用新型的技術問題所采用的方案是沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器、熱水箱和熱水管路，太陽能供熱系統(tǒng)中設有沼氣發(fā)電輔助加熱系統(tǒng)，輔助加熱系統(tǒng)包括過濾器8、空濾器12、混合器13、發(fā)動機14和發(fā)電機15、整流裝置17、 和電熱絲23 ；過濾器8經輸氣管道與沼氣室和混合器13相連，空濾器12與混合器13相連， 混合器13的出口經輸氣管道與發(fā)動機14燃燒室相連，發(fā)電機15的轉子與發(fā)動機14的輸出軸相連，整流裝置17的入端與發(fā)動機15的電源輸出端相連、出端與輔助加熱電熱絲23 相連，電熱絲23裝于太陽能熱水箱中。所述整流裝置17與輔助加熱電熱絲23之間、經空氣開關18和21并接有蓄電池 19，蓄電池19上連接有控制空氣開關通斷的電壓檢測與開關控制單元20。過濾器8與沼氣室1、混合器13之間的輸氣管道經連接法蘭連接，其間設有流量計、壓力表和球閥、截止電磁閥。所述太陽能熱水箱26的上部和下部分別設置有溫度傳感器23和25，兩個傳感器分別與單片機36的輸入端相連，單片機36的輸出端連有控制接觸器輔助觸點22通斷的接觸器線圈35和太陽能集熱器出熱水端的電磁閥34，接觸器輔助觸點22設于整流裝置17 與輔助加熱電熱絲23之間。太陽能集熱器采用平板太陽能集熱器或真空管太陽能集熱器，集熱器與水箱之間的連接是普通非承壓型太陽能熱水管路，冷水從水箱底端進入，水箱底部管路接到集熱器入水口，集熱器出水接到水箱上部分，水箱上部分的水流出為終端客戶供應熱水，水箱中設有電熱絲，構成電加熱輔助的太陽能熱水系統(tǒng)。電加熱的能源來自于沼氣發(fā)電，沼氣經過流量計、法蘭、球閥、截止電磁閥，連接到過濾器，過濾器去除沼氣中的雜質。沼氣經過濾器過濾后與來自空濾器的空氣在混合器中混合，作為發(fā)動機的原料，發(fā)動機的原料燃燒后，體積膨脹，推動活塞做功。活塞經過連桿連接有曲軸，曲軸帶動發(fā)電機旋轉發(fā)電。發(fā)電機的輸出電壓經過整流裝置后，電流流經由蓄電池支路和接觸器輔助觸點支路并聯(lián)的線路后，一部分給蓄電池充電，一部分為電熱絲供電。蓄電池有電壓檢測單元，當電壓檢測單元檢測到蓄電池的電壓過低時候，電壓檢測單元切斷輸出回路，防止欠電壓長期工作事故；當電壓檢測單元檢測到蓄電池的電壓過高的時候，電壓檢測單元切斷輸入回路，防止過電壓長期工作事故。熱水箱中設置溫度傳感器，將信號傳遞給單片機，由單片機控制太陽能和沼氣發(fā)電輔助加熱是否工作。集熱器吸收太陽能后，將冷水加熱，集熱器的出口經過電磁閥后連接到蓄水箱的熱水進口端，電磁閥的開和關由單片機控制。天氣狀況良好時，主要利用太陽能對蓄水箱供熱。若蓄水箱的溫度傳感器檢測到蓄水箱的水溫超過預先水溫設定的上限值，則單片機就輸出一個信號，驅動電磁閥關閉，停止對蓄水箱的熱水供應；等過一段時間， 若蓄水箱的溫度傳感器檢測到蓄水箱的溫度低于水溫設定的下限值，則單片機輸出一個信號，驅動電磁閥打開，啟動對蓄水箱的熱水供應。太陽輻照度較低時，太陽能供熱裝置的供熱能力有限，需要啟動沼氣發(fā)電輔助供熱裝置，但仍可利用太陽能產生的一部分余熱。若蓄水箱中的溫度傳感器檢測到蓄水箱的溫度超過預先水溫設定的上限值，則單片機就輸出一個信號，接觸器線圈失電，發(fā)電機的電壓輸出回路的接觸器輔助觸點斷開，停止對蓄水箱的電熱絲加熱；等過一段時間，若蓄水箱的溫度傳感器檢測到蓄水箱的溫度低于水溫設定的下限值，則單片機輸出一個信號，接觸器線圈得電，發(fā)電機的電壓輸出回路的接觸器輔助觸點閉合，保持對蓄水箱的電熱絲加熱。當沼氣的供應不足或沼氣運輸管路的某些閥門關閉時，則蓄電池19依然能維持給電熱絲23加熱，如此可保證全天候供應高品質的熱水。本實用新型的有益效果是(1)全天候供熱水。天晴時候，完全利用太陽能供熱，在陰雨天的時候，若太陽能供熱能力不夠，則啟動沼氣發(fā)電輔助供熱的裝置。(2)可治理環(huán)境。城市生活中的垃圾、工業(yè)廢水、禽畜的糞便等經過加工處理后可以變成沼氣發(fā)動機的原料，防止有害物質污染。(3)節(jié)約一次能源，成本回收期短。太陽能光熱利用技術成熟，成本逐年降低，沼氣由于原料成本低，小規(guī)模發(fā)電自產自用成本不高，綜合看來，每年節(jié)省的運行成本很客觀。


圖1為沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置的結構示意圖。圖中各標號依次表示1_沼氣室，2-流量計，3-壓力表，4-法蘭，5-球閥，6-法蘭， 7-截止電磁閥，8-過濾器，9-法蘭，10-球閥，11-法蘭，12-空濾器，13-混合器，14-發(fā)動機， 15-發(fā)電機，16-空氣開關，17-整流裝置，18-空氣開關，19-蓄電池，20-電壓檢測單元，21、 22-空氣開關，23-電熱絲，24,25-溫度傳感器，26-蓄水箱，27-法蘭，28-球閥，29-法蘭， 30-球閥，31、32-集熱器，33-法蘭，34-電磁閥，35-接觸器線圈，36-單片機，37、38、39、40、 41-球閥。
具體實施方式
[0016]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步闡述，但本實用新型的保護范圍不限于所述內容。參見圖1，沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器、熱水箱和熱水管路，太陽能供熱系統(tǒng)中設有沼氣發(fā)電輔助加熱系統(tǒng)，輔助加熱系統(tǒng)包括過濾器8、空濾器12、混合器13、發(fā)動機14和發(fā)電機15、整流裝置17、和電熱絲23 ；過濾器8經輸氣管道與沼氣室和混合器13相連，空濾器12與混合器13相連，混合器13的出口經輸氣管道與發(fā)動機14燃燒室相連，發(fā)電機15的轉子與發(fā)動機14的輸出軸相連，整流裝置17的入端與發(fā)動機15的電源輸出端相連、出端與輔助加熱電熱絲23相連，電熱絲23裝于太陽能熱水箱中。整流裝置17與輔助加熱電熱絲23之間、經空氣開關18和21并接有蓄電池19，蓄電池19上連接有控制空氣開關通斷的電壓檢測與開關控制單元20。過濾器8與沼氣室1、混合器13之間的輸氣管道經連接法蘭連接，其間設有流量計、壓力表和球閥、截止電磁閥。太陽能熱水箱26的上部和下部分別設置有溫度傳感器23和25，兩個傳感器分別與單片機36 的輸入端相連，單片機36的輸出端連有控制接觸器輔助觸點22通斷的接觸器線圈35和太陽能集熱器出熱水端的電磁閥34，接觸器輔助觸點22設于整流裝置17與輔助加熱電熱絲23之間。在基建的時候，將太陽能的集熱器31和32在住房樓頂安裝好，用角鋼支撐集熱器 31和32，用螺栓連接角鋼和集熱器31和32。發(fā)動機14和發(fā)電機15都安放在一個小水泥房內。蓄水箱26設有保溫層，放在住房樓頂，并安裝在水泥基座上。太陽能集熱器31和32是平板太陽能集熱器或真空管太陽能集熱器，集熱器與水箱26之間的連接是普通非承壓型太陽能熱水管路，冷水通過閥門37從水箱26底端進入， 水箱26底部管路接到集熱器入水口，集熱器32出水接到水箱上部分，水箱上部分的水經閥門38流出為終端客戶通過閥門39、40、41供應熱水，水箱中設有電熱絲23，構成電加熱輔助的太陽能熱水系統(tǒng)。電加熱的能源來自于沼氣發(fā)電，沼氣經過流量計2、法蘭4、球閥5、截止電磁閥7， 連接到過濾器8，過濾器8去除沼氣中的雜質。沼氣經過濾器過濾后與來自空濾器12的空氣在混合器13中混合，作為發(fā)動機14的原料，發(fā)動機的原料燃燒后，體積膨脹，推動活塞做功?；钊涍^連桿連接有曲軸，曲軸帶動發(fā)電機15旋轉發(fā)電。發(fā)電機15的輸出電壓經過空氣開關16和整流裝置17后，電流流經由蓄電池19支路和接觸器輔助觸點22支路并聯(lián)的線路后，一部分給蓄電池19充電，一部分為電熱絲23供電。蓄電池19有電壓檢測單元 20，當電壓檢測單元檢測到蓄電池的電壓過低時候，控制空氣開關21斷開，切斷輸出回路， 防止欠電壓長期工作事故；當電壓檢測單元檢測到蓄電池的電壓過高的時候，控制空氣開關18斷開，切斷輸入回路，防止過電壓長期工作事故。熱水箱中設置溫度傳感器23和25，溫度信號傳遞給單片機36，單片機進行綜合分析后，控制太陽能和沼氣發(fā)電輔助加熱的工作與否。集熱器31和32吸收太陽能后，將冷水加熱，集熱器的出口經過電磁閥34后連接到蓄水箱的熱水進口端，電磁閥34的開和關由單片機36控制。天氣狀況良好時，主要利用太陽能對蓄水箱供熱。當蓄水箱的溫度傳感器 23和25檢測到蓄水箱的平均水溫超過預先水溫設定的上限值，則單片機就輸出一個信號， 驅動電磁閥34關閉，停止對蓄水箱的熱水供應；等過一段時間，當蓄水箱的溫度傳感器23 和25檢測到蓄水箱的平均溫度低于水溫設定的下限值，則單片機輸出一個信號，驅動電磁閥34打開，啟動對蓄水箱的熱水供應。太陽輻照度較低時，太陽能供熱裝置的供熱能力有限，需要啟動沼氣發(fā)電輔助供熱裝置，但仍可利用太陽能產生的一部分余熱，即太陽能集熱器仍在不斷產熱水。若蓄水箱中的溫度傳感器23和25檢測到蓄水箱的平均溫度超過預先水溫設定的上限值，則單片機36就輸出一個信號，接觸器線圈35失電，發(fā)電機的電壓輸出回路的接觸器輔助觸點22斷開，停止對蓄水箱的電熱絲加熱；等過一段時間，當蓄水箱的溫度傳感器檢測到蓄水箱的平均溫度低于水溫設定的下限值，則單片機36輸出一個信號， 接觸器線圈35得電，發(fā)電機的電壓輸出回路的接觸器輔助觸點22閉合，保持對蓄水箱的電熱絲加熱。當沼氣的供應不足或沼氣運輸管路的某些閥門關閉時，則蓄電池19依然能維持給電熱絲23加熱，以保證全天候供應高品質的熱水。沼氣發(fā)電輔助加熱起到了很好的補充作用。沼氣發(fā)電機的功率可以這樣確定以某地區(qū)為例計算，假設該地區(qū)為城市郊區(qū)，其中一普通住房有三層樓高，每層樓有兩家住戶，每戶有3人，每人洗澡用55公斤水，每人每天都洗澡，一般在48度至55度之間可以洗澡，陰雨天時候太陽能集熱器加熱，使水有一定的余溫，設溫度為28度，則根據熱量公式= 4.2χ103 χ55χ(55-28)x6x3 = I 12266XlO8J沼氣發(fā)電機一天24小時發(fā)電，其功率I>x24x3600= 1.12266x108J，則 P=1299. 375W，可取發(fā)電機的功率為1. 4kw,發(fā)動機的功率為2kw。本裝置主要設備選型發(fā)電機的功率為1. 4kw,發(fā)動機的功率為2kw，溫度傳感器測溫范圍為-10°C -150°c，如采用真空管集熱器，集熱器真空管型號為φ 50，長1. 8m,平板集熱器可采用規(guī)格為2m2的集熱器2片。
權利要求1.一種沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱系統(tǒng)，包括太陽能集熱器、熱水箱和熱水管路， 其特征是太陽能供熱系統(tǒng)中設有沼氣發(fā)電輔助加熱系統(tǒng)，輔助加熱系統(tǒng)包括過濾器(8)、 空濾器(12)、混合器(13)、發(fā)動機(14)和發(fā)電機(15)、整流裝置(17)、蓄電池(19)和電熱絲(23);過濾器(8)經輸氣管道與沼氣室和混合器(13)相連，空濾器(12)與混合器(13)相連，混合器(13)的出口經輸氣管道與發(fā)動機(14)燃燒室相連，發(fā)電機(15)的轉子與發(fā)動機 (14)的輸出軸相連，整流裝置(17)的入端與發(fā)動機(15)的電源輸出端相連、出端與輔助加熱電熱絲(23)相連，電熱絲(23)裝于太陽能熱水箱中。
2.根據權利要求1所述的沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置，其特征是整流裝置 (17)與輔助加熱電熱絲(23)之間、經空氣開關(18)和(21)并接有蓄電池(19)，蓄電池(19) 上連接有控制空氣開關通斷的電壓檢測與開關控制單元(20)。
3.根據權利要求1所述的沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置，其特征是過濾器(8) 與沼氣室(1 )、混合器(13)之間的輸氣管道經連接法蘭連接，其間設有流量計、壓力表和球閥、截止電磁閥。
4.根據權利要求1、2或3所述的沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置，其特征是太陽能熱水箱(26)的上部和下部分別設置有溫度傳感器(23)和(25)，兩個傳感器分別與單片機(36)的輸入端相連，單片機(36)的輸出端連有控制接觸器輔助觸點(22)通斷的接觸器線圈(35)和太陽能集熱器出熱水端的電磁閥(34)，接觸器輔助觸點(22)設于整流裝置 (17)與輔助加熱電熱絲(23)之間。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能供熱裝置，特別是沼氣發(fā)電輔助加熱的太陽能供熱裝置，太陽能供熱系統(tǒng)中設有沼氣發(fā)電輔助加熱系統(tǒng)，輔助加熱系統(tǒng)包括過濾器、空濾器、混合器、發(fā)動機和發(fā)電機、整流裝置、蓄電池和電熱絲；過濾器經輸氣管道與沼氣室和混合器相連，空濾器與混合器相連，混合器的出口經輸氣管道與發(fā)動機燃燒室相連，發(fā)電機的轉子與發(fā)動機的輸出軸相連，整流裝置的入端與發(fā)動機的電源輸出端相連、出端與輔助加熱電熱絲相連，電熱絲裝于太陽能熱水箱中。本實用新型采用新能源供熱，系統(tǒng)簡單，節(jié)約能源，環(huán)境友好，可實現(xiàn)全天候供應高品質熱水。
文檔編號F24J2/40GK202254363SQ20112031488
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權日2011年8月26日
發(fā)明者李晨源, 羅小林, 袁明利 申請人:昆明理工大學