CN101709904A - 太阳能电磁锅炉 - Google Patents

Abstract

太阳能电磁锅炉，包括锅炉本体、电磁加热温控系统，以及太阳能供电装置；锅炉本体包括受热器，电磁加热温控系统包括电磁加热温控装置、电磁线圈和测温传感器，太阳能供电装置包括太阳能电池板和蓄电池。太阳能电池板利用太阳能为蓄电池供电，将直流电输出至交流高频输出模块，在微处理器模块MCU控制下转换为交流高频电流并输出至电磁线圈，通过电磁感应使受热器发热；温度检测模块通过连接受热器内部的测温传感器获得温度值后反馈给微处理器模块MCU，微处理器模块MCU根据所接收的温度数据来调整高频电流的大小或者控制通断。该太阳能电磁锅炉充分利用了太阳能进行电磁加热，并实现了自动精确测温控温，节能环保、安全系数高。

Description

太阳能电磁锅炉

技术领域

本发明涉及一种电磁加热装置，尤其是一种利用太阳能的电磁加热装置。

背景技术

传统的锅炉是通过型煤、天然气或油等在燃烧室里燃烧发热供能，这种方式的缺点是能源利用率低、污染环境严重，并且明火加热存在较大的安全隐患。

近年来随着节能降耗的推广，利用电磁加热的锅炉得到大力推广，如中国专利公开号2769769，公开日期2006年4月5日，发明名称为“电磁加热锅炉”的申请案，公开了一种利用电磁加热的锅炉，耗能低，热效率高，并减少了环境污染，普遍适用于工业或者民用取暖或者供热水。但仍存在一定的不足，如没有测温与控温装置，对加热范围的控制比较粗放，不能满足对温度有较高要求的供热需要，并且当温度过高时会造成一定程度的能源浪费，也存在一定的安全隐患；同时，虽然用电磁发热取代了传统的燃烧发热，提高了能源利用率，但目前火力发电普遍存在的情况下，电能的利用仍间接需要消耗大量燃料，环境污染现象仍然存在。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够利用太阳能为电磁加热供电，且具有自动化测温控温功能的安全节能环保型锅炉。

为了达到上述目的，本发明的太阳能电磁锅炉是通过以下技术方案实现的：太阳能电磁锅炉，包括锅炉本体、电磁加热温控系统，以及太阳能供电装置，其中：

所述锅炉本体包括受热器；

所述电磁加热温控系统包括电磁加热温控装置、电磁线圈和测温传感器；

所述太阳能供电装置包括太阳能电池板和蓄电池；

所述电磁线圈环绕于所述受热器外部，并与所述电磁加热温控装置相连，所述电磁加热温控装置输出高频交流电流至电磁线圈产生交变磁场，使所述受热器产生涡流发热；

所述测温传感器设于所述受热器内部，并与所述电磁加热温控装置相连，用于所述探测受热器内部的温度，所述电磁加热温控装置采集测温传感器测得的温度值，并根据该测温值调整交流高频电流的输出，所述调整包括调整输出交流高频电流的大小或调整通断。

所述蓄电池连接太阳能电池板，为连接于另一端的电磁加热温控装置供电。

进一步的，所述太阳能电磁锅炉，还可以包括一个电压检测复位器及AC/DC交直流转换电路装置，电压检测复位器设于蓄电池与交流高频输出模块之间，并连接AC/DC交直流转换电路装置，AC/DC交直流转换电路装置另一端连接交流电源输出端，用于将输入的交流电转换为直流电。

进一步的，所述电磁加热温控装置包括微处理器模块MCU、温度检测模块以及交流高频输出模块，其中：

所述交流高频输出模块，在所述微处理器模块MCU控制下，将蓄电池中的直流电转换为电磁加热所需的交流高频电流，并输出至所述电磁线圈；

所述温度检测模块与所述受热器内部的测温传感器相连接，用于获得测温传感器的测温值，并将该测温值反馈给所述微处理器模块MCU；

所述微处理器模块MCU作为整个电磁加热温控系统的控制核心，来对整个系统进行控制，其中配置有用于测温控温的软件系统，可根据所接收的测温值，控制调整交流高频输出模块的输出电流大小，或者根据需要停止或启动输出交流高频电流；

所述交流高频输出模块优选是脉冲频率调制PFM控制电路。

所述微处理器模块MCU可以根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小时，采用直接调整交流高频输出模块的交流高频输出电压来实现。

所述微处理器模块MCU可以根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小，实现温度控制时，采用比例-积分-微分控制器PID方式，或者采用自整定方式进行温度控制。

所述电磁加热温控装置，可以在采用自整定方式进行温度控制时，在自整定开始时，预先将PID的采样时间设为0；输入滤波常数默认值为0％；微分增益默认值为50％。

与现有技术相比，本发明的有益效果优点是：利用太阳能为电磁感应加热系统供能，节能无污染；可测量受热器内部的温度，并能够根据需要自动调整交流高频输出电流大小或者控制通断，能够满足较高的温度需求，并降低了能源的过度消耗，消除了由温度过高造成的安全隐患。

附图说明

图1是太阳能电磁锅炉的示意图；

图2是太阳能电磁锅炉的电磁加热温控系统的流程图；

图3是自整定模式的流程图；

图4是图3中PID分支的工作原理图；

图5是本发明的温控系统进行自整定模式时的温控结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

如图1所示，太阳能电磁锅炉，包括锅炉本体4、电磁加热温控系统，以及太阳能供电装置5，其中：所述锅炉本体包括受热器41；所述电磁加热温控系统包括电磁加热温控装置1、电磁线圈3和测温传感器2；所述太阳能供电装置包括太阳能电池板52和蓄电池51；所述电磁线圈环绕于受热器外部，并与电磁加热温控装置相连，所述电磁加热温控装置输出高频交流电流至电磁线圈产生交变磁场，使受热器产生涡流发热；所述测温传感器设于受热器内部，并与电磁加热温控装置相连，用于探测受热器内部的温度，电磁加热温控装置采集测温传感器测得的温度值，并根据该测温值调整交流高频电流的输出，所述调整包括调整输出交流高频电流的大小或调整通断。所述蓄电池连接太阳能电池板，为连接于另一端的电磁加热温控装置供电。

如图1所示，所述电磁加热温控装置包括微处理器模块MCU13、温度检测模块11以及交流高频输出模块12，其中：所述交流高频输出模块，在所述微处理器模块MCU控制下，将蓄电池中的直流电转换为电磁加热所需的交流高频电流，并输出至所述电磁线圈；所述温度检测模块与受热器内部的测温传感器相连接，用于获得测温传感器的测温值，并将该测温值反馈给所述微处理器模块MCU；所述微处理器模块MCU作为整个电磁加热温控系统的控制核心，来对整个系统进行控制，其中配置有用于测温控温的软件系统，可根据所接收的测温值，控制调整交流高频输出模块的输出电流大小，或者根据需要停止或启动输出交流高频电流。

如图1所示，所述太阳能电磁锅炉，其太阳能供电装置还可以包括一个电压检测复位器53及AC/DC交直流转换电路装置54，电压检测复位器设于蓄电池与交流高频输出模块之间，并连接AC/DC交直流转换电路装置，AC/DC交直流转换电路装置另一端连接交流电源输出端，在用于将输入的交流电转换为直流电。

太阳能电磁锅炉进入正常工作后，在太阳能电池板供能充足的情况下，蓄电池将直流电输出至交流高频输出模块，在微处理器模块MCU控制下，直流电转换为交流高频电流，输出至电磁线圈产生交变电场，使受热器产生涡流发热；温度检测模块通过连接受热器内部的测温传感器获得受热器内部的温度值后反馈给微处理器模块MCU，微处理器模块MCU根据所接收的温度数据来调整交流高频电流的大小或者控制通断，从而调整控制电磁线圈的加热状态，进入……-测温-加热(或停加热)-测温-加热(或停加热)-……的这种实时调整工作状态；在太阳能电池板为蓄电池充电不足时，电压检测复位器检测蓄电池电压，进而选择复位市电，交流电源通过AC/DC交直流转换电路装置转换为直流电，输出至交流高频输出模块。在电路设计中，以太阳能供电装置的蓄电池电源为优先原则，在蓄电池电压不足时，自动切换到外接市电，以达到节约能量的目的。

如图2所示，给出了该发明的电磁加热温控系统部分的工作原理图。

当直流电进入电磁加热温控装置，经过PFM(脉冲频率调制，Pulse FrequencyModulation)控制电路(即图1所示的交流高频输出模块)将直流电转换成18-30KHz高频电压；高速变化的电流通过电磁线圈会根据材料不同，产生高速变化的不同波长磁场，当磁场内的磁力线通过金属材质的受热器时，会在金属体内产生无数的小涡流，从而使受热器本身高速发热。在加热过程中，测量受热器内部的温度值，进行温度控制的温控模块(即图1所示的MCU模块)根据被测温度调整PFM(脉冲频率调制，Pulse Frequency Modulation)控制电路输出的交流高频加热电流大小，还可预设一下告警条件，当温度值达到告警条件时，还可对用户进行告警提示。MCU进行温度控制可以经过比例(Proportion)-积分(Integral)-微分(Derivative)控制器PID进行温度控制，或经过自整定进行温度控制。

如图3所示，显示了MCU通过PID控制器进行温度控制的流程图。

首先运行主程序，进行数据预置；

判断是否到达采样时间，若是则进一步判断是否进入自整定程序，若否则直接结束调整；

判断是否进入自整定程序，若是则执行自整定程序；执行自整定程序已结束，则更新PID参数重新返回判断是否需进行自整定，若尚未结束，则进一步判断是否已完成调整，若未完成，则重新返回判断采样时间是否到时，若已完成则结束。

判断不进入自整定程序时，则进入PID支路，进行比例积分未分处理，之后判断是否已完成调整，若未完成，则重新返回判断采样时间是否到时，若已完成则结束。

如图4所示，显示了模拟PID控制系统原理图。图4中，PID的控制规律如下：

e(t)＝r(t)-c(t)

u(t)＝Kp[e(t)+1/Ti∫e(t)dt+TD de(t)/dt]

其中，e(t)为偏差，r(t)为给定值，c(t)为实际输出值，u(t)为控制量；Kp、Ti、TD分别为比例系数、积分时间系数、微分时间系数。

运算结果：

1.模拟量输出：MV＝u(t)的数字量形式。

2.开关点输出：Y＝T*[MV/PID输出上限]。Y为控制周期内输出点接通时间。随着测定值PV的增加操作输出值MV减少，用于加热控制。

所述电磁加热温控系统，在工作时，具有自整定模式。用户在需要时，可以选用自整定模式，使系统自动寻找最佳的控制参数(采样时间、比例增益Kp、积分时间Ti、微分时间TD)。在自整定开始的时候，用户预先将PID的控制周期(采样时间)设为0。在自整定前，当前测定温度与环境温度必须一致，才能达到最佳整定效果。输入滤波常数，具有使采样值变化平滑的效果，其默认值为0％，表示不滤波。微分增益，属于低通滤波环节，具有缓和输出值急剧变化的效果，其默认值为50％，增大该微分增益值将使缓和作用更为明显，一般用户无需改动。

自整定过程中对温度调整的示意图，如图5所示。其中，+DIFF为控制温度上限，-DIFF为控制温度下限。自整定开始后，温度按照曲线所示变化，完成整定后温度趋向于设定温度，再次启动加热时不需再进行整定。

Claims (7)

1.太阳能电磁锅炉，其特征在于：包括锅炉本体、电磁加热温控系统，以及太阳能供电装置，其中：

所述锅炉本体包括受热器；

所述电磁加热温控系统包括电磁加热温控装置、电磁线圈和测温传感器；

所述太阳能供电装置包括太阳能电池板和蓄电池；

所述电磁线圈环绕于受热器外部，并与电磁加热温控装置相连，所述电磁加热温控装置输出高频交流电流至电磁线圈产生交变磁场，使受热器产生涡流发热；

所述测温传感器设于受热器内部，并与电磁加热温控装置相连，用于探测受热器内部的温度，电磁加热温控装置采集测温传感器测得的温度值，并根据该测温值调整交流高频电流的输出，所述调整包括调整输出交流高频电流的大小或调整通断。

所述蓄电池连接太阳能电池板，为连接于另一端的电磁加热温控装置供电。

2.如权利要求1所述太阳能电磁锅炉，其特征在于：还包括一个电压检测复位器及AC/DC交直流转换电路装置，电压检测复位器设于蓄电池与电磁加热温控装置之间，并连接AC/DC交直流转换电路装置，AC/DC交直流转换电路装置另一端连接交流电源输出端，用于将输入的交流电转换为直流电。

3.如权利要求1或2所述太阳能电磁锅炉，其特征在于：

所述电磁加热温控装置包括微处理器模块MCU、温度检测模块以及交流高频输出模块，其中：

所述交流高频输出模块，在所述微处理器模块MCU控制下，将蓄电池中的直流电转换为电磁加热所需的交流高频电流，并输出至所述电磁线圈；

所述温度检测模块与受热器内部的测温传感器相连接，用于获得测温传感器的测温值，并将该测温值反馈给所述微处理器模块MCU；

所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小，或者根据需要调整是否停止或启动输出交流高频电流。

4.如权利要求3所述太阳能电磁锅炉，其特征在于：

所述交流高频输出模块是脉冲频率调制PFM控制电路。

5.如权利要求3所述太阳能电磁锅炉，其特征在于：

所述微处理器模块MCU根据所接收的测温值，控制调整所述交流高频输出模块的输出电流大小时，采用直接调整交流高频输出模块的交流高频输出电压来实现。

6.如权利要求5所述太阳能电磁锅炉，其特征在于：

所述微处理器模块MCU调整交流高频输出模块的交流高频输出电压来实现温度控制时，采用比例-积分-微分控制器PID方式，或者采用自整定方式进行温度控制。

7.如权利要求6所述太阳能电磁锅炉，其特征在于：

所述电磁加热温控装置，在采用自整定方式进行温度控制时，在自整定开始时，预先将PID的采样时间设为0；输入滤波常数默认值为0％；微分增益默认值为50％。

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