CN103416264B - 一种风能与燃油互补式温室加热装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风能与燃油互补式温室加热装置及控制方法，热水箱内部有多个并联的发热电阻丝，每个发热电阻丝一端是公共端、另一端分别连接一个控制开关；风力发电机模组通过输电线连接发热电阻丝的公共端；由温度检测传感器测定热水箱内的水温，若水温已经到达水温值，热水抽水泵工作，若水温达不到设定的水温值，风力发电机模块工作，将风能转换为电能给发热电阻丝加热，若发热电阻丝加热后温度依然达不到水温值，风力加热控制开关柜依次并联上备用的发热电阻丝；若发热电阻丝已全部并联上水温依然达到水温值，点燃柴油燃烧喷油嘴及点火开关对热水箱进行加热；充分利用风能发电，以风力发电为主，柴油为备用能源，保证温室系统的正常运行。

Description

一种风能与燃油互补式温室加热装置及控制方法

技术领域

本发明涉及温室内的温度控制技术，尤其涉及将风能发电与柴油加热结合在一起为温室水循环提供热量的系统。

背景技术

温室一般都配备必要的供暖设备，尤其是在冬季低温环境下，保持温室内维持一定的温度，有种于温室中反季节种植的瓜果蔬菜等的正常生长。目前，常规的温室加温方式是利用柴油、煤炭或天然气等单一的能源加热，成本较高。 

风能是一种再生能源，尤其是在冬季，季风资源比较丰富，充分利用好风力资源来发电，为温室提供充足的供暖能源，这不仅可以降低温室加温成本，还可以保护环境。传统的风力发电系统是将发电机输出的交流电经充电器整流，再对蓄电池充电，然后用保护电路的逆变电源转变为可以使用的电力资源。如果将这种传统的风力发电系统直接用于温室加温中，需要一套复杂的整流、充电装置，无疑增加了设备的成本。

发明内容

本发明的目的是提出一种将风力发电机输出的电直接应用到加热电阻丝上对水进行加热的风能与燃油互补式温室加热装置及其控制方法，无需一套复杂的整流、充电装置，节省成本，同时考虑风力资源的不稳定性，采用能源互补的方法，以风力发电为主，当风较小或者无风时，通过单片机控制启动柴油燃烧，既能保证温室正常稳定的运行，又能尽量小地污染环境。

本发明所述一种风能与燃油互补式温室加热装置采用的技术方案是：包括温室外的风力发电机模块和温室内的风力发热控制开关柜、系统控制柜、柴油储油罐，散热片分布在温室内壁上且通过热水导管连接，系统控制柜通过信号控制线分别连接风力发热控制开关柜和柴油储油罐，柴油输油管一端连柴油输油管、另一端设有伸进燃烧室内且在热水箱正下方的柴油燃烧喷油嘴及点火开关；热水箱内部有多个并联的发热电阻丝，风力发热控制开关柜内有多个控制开关，每个发热电阻丝一端是公共端、另一端分别连接一个控制开关；风力发电机模组通过输电线连接发热电阻丝的公共端；热水箱内还设有均连接显示及键盘模块的液位、温度检测传感器；热水箱侧壁上设有三通接头和热水抽水泵，三通接头的a端口通过热水注入控制阀与热水导管相连，b端口通过冷水注入控制阀与自来水接头相连，c端口连接热水箱；系统控制柜包括MCU模块，MCU模块以不同端口分别连接控制冷水注入控制阀的冷水注入控制模块、控制热水注入控制阀的热水回流控制模块、控制热水抽水泵的抽水泵控制模块、控制柴油燃烧喷油嘴及点火开关的柴油燃烧模块以及温度检测传感器、液位检测传感器、显示及键盘模块。

本发明所述风能与燃油互补式温室加热装置的控制方法的技术方案是依次采用如下步骤： 

1）通过显示及键盘模块输入设定的水温值T和水位值，液位检测传感器测量热水箱内水位，若低于设定水位值，MCU模块控制热水注入控制阀和冷水注入控制阀打开；

2）由温度检测传感器测定热水箱内的水温，若水温已经到达水温值T，MCU模块控制热水抽水泵工作，从热水箱抽取热水注入到热水导管内，热水导管内的低温水回流到热水箱内；

3）在热水抽水泵持续工作一段时间后关闭热水抽水泵和热水注入控制阀，若此时水温达不到设定的水温值T，MCU模块控制风力发电机模组工作，将风能转换为电能给发热电阻丝加热，若发热电阻丝加热后温度依然达不到水温值T，MCU模块控制风力加热控制开关柜依次并联上备用的发热电阻丝；

4）若发热电阻丝已全部并联上水温依然达到水温值T，MCU模块控制点燃柴油燃烧喷油嘴及点火开关对热水箱进行加热，直到水温到达水温值T；

5）当水温超过水温值T时，关闭柴油燃烧喷油嘴及点火开关，先控制风力发电机模组给热水箱加热，再依次断开部分发热电阻丝，使加热装置处于动态加热过程和恒温状态。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用风能这一清洁能源发电作为温室加热的主要能源，在一定程度上减少了对环境的污染，起到了保护环境的作用。

2、本发明将风力产生的电能直接通过控制系统向电阻丝通电来加热水，省去了整流、逆变等环节，没有将电能并入电网，不仅降低了能量损耗而且降低了成本，适合普通温室使用。

3、本发明通过改变并联进入加热电路的电阻丝数量来调节加热水的强度，如果设定温度与实际温度相差较大，则并联更多的电阻，如果相差较小则并联较少的电阻丝，更加合理、方便地控制温度。

4、本发明充分利用风能这个可再生能源进行发电，以风力发电为主，柴油为备用能源，保证温室系统的正常运行。

附图说明

图1是本发明所述一种风能与燃油互补式温室加热装置的结构剖视图；

图2是图1中热水箱3的加热结构的放大视图；

图3是图1中系统控制柜6的电路连接框图；

图4是本发明所述一种风能与燃油互补式温室加热装置的控制方法的流程图；

附图中的各部分序号及名称：1、三通接头；2、风力发热控制开关柜；3、热水箱；4、柴油燃烧排烟管；5、风力发电输电线；6、系统控制柜；7、模块电源线和控制信号线；8、柴油储油罐；9、柴油进量调节阀；10、柴油输油管；11、燃烧室；12、空气通风口；13、排水控制阀；14、热水抽水泵；15、散热片；16、热水导管；17、显示及键盘模块；18、风力发电机固定支架；19、风力发电机模组；20、冷水注入控制阀；21、热水注入控制阀；22、发热电阻丝；23、排风扇；24、柴油燃烧喷油嘴及点火开关；25、液位检测传感器；26、温度检测传感器；27、固定支架。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述一种风能与燃油互补式温室加热装置包括安装在温室外的风力发电机模组19和安装在温室内的风力发热控制开关柜2、热水箱3、系统控制柜6、柴油储油罐8、散热片15。有多个散热片15分布在温室内壁上，散热片15之间通过热水导管16连接。

风力发电机模组19作为能源供应的主要来源通常安装在温室外的空旷处，便于尽可能多地将风能转化为供水加热的电能。风力发电机模组19通过固定支架18支撑在地面上，风力发电机模组19通过风力发电输电线5从地下通过管道引入温室内，连接温室内的风力发热控制开关柜2。系统控制柜6通过信号控制线7分别连接风力发热控制开关柜2和柴油储油罐8，柴油储油罐8的输出口连接柴油输油管10一端，柴油输油管10另一端安装柴油燃烧喷油嘴及点火开关24（参见图2），柴油燃烧喷油嘴及点火开关24位于热水箱3的正下方，在热水箱3的正下方燃烧柴油对热水箱3加热。在柴油输油管10上安装柴油进量调节阀9，在相应的信号控制线7的作用下自动调节柴油输油管10中流过柴油的量。

参见图2，热水箱3下部固定支撑在燃烧室11上，柴油输油管10另一端伸进燃烧室11中，柴油燃烧喷油嘴及点火开关24位于燃烧室11的中间。燃烧室11既是热水箱3的支撑架，又是柴油燃烧的空间。柴油燃烧喷油嘴及点火开关24在系统控制柜6的控制下，通过信号控制线7和柴油储油罐8的作用自动点燃或者熄灭柴油。

在燃烧室11的侧壁上有两个通孔，一个通孔是空气通风口12，用于提供燃烧所需要的空气，另一个通孔是用于安装柴油燃烧排烟管4，排烟管4连接燃烧室11和温室墙壁之间并伸出在温室墙壁外，同时在温室墙壁处装一个排风扇23，在空气对流的作用下及时将燃烧室11内燃烧产生的废气排出室外。

风力发热控制开关柜2固定连接在热水箱3外壁上，在热水箱3内部，用于加热的多个发热电阻丝22依次水平并联排布在热水箱3内部，风力发热控制开关柜2内有多个控制开关，每个发热电阻丝22的一端连在一起作为公共端，每个发热电阻丝22的另一端分别连接风力发热控制开关柜2内的一个控制开关。风力发电机模组19通过风力发电输电线5直接连到发热电阻丝22的公共端，风力发电机模组19产生的电能传输到风力发热控制开关柜2上，通过闭合或者断开控制开关的个数来控制接入电路的发热电阻丝22的数量，从而与电路中的发热电阻丝22构成一个加热回路，连接风力发热控制开关柜2的系统控制柜6控制并联到加热电路中的发热电阻丝22的个数。将风能产生的电能不经过传统风力发电的整流桥电路、稳压电路、蓄电池储能电路而应用到加热线路中，可减少加热装置的结构复杂度，降低生产成本。

热水箱3内除了有发热电阻丝22外还有检测装置，包括有液位检测传感器25和温度检测传感器26，液位检测传感器25和温度检测传感器26平行竖直地放置在靠近热水箱3的内壁侧区域内，均通过固定支架27固定安置在热水箱3内，并均通过信号线连接显示及键盘模块17，显示及键盘模块17紧贴在热水箱3的外壁上，位于热水箱3的外壁中部，用于即时显示热水箱3内水的温度、液位数据，便于实时观测，以及操作人员用于输入系统参数。

热水箱3的侧壁上设有进水出水口，A口位于热水箱3的侧壁上部，用于向热水箱3中注入水，在A口处安装三通接头1；B口也位于热水箱3的侧壁上部，在B口处安装热水抽水泵14，用于将加热后的热水在热水抽水泵14的作用下注入到热水导管16内；C口位于热水箱3的侧壁下部，在C口处安装排水控制阀13，用于定期将热水箱3内的水排出，清除其内的水垢等。 三通接头1的a、b、c三个端口，其中a端口通过热水注入控制阀21与温室内的热水导管16相连，b端口通过冷水注入控制阀20与自来水接头相连，c端口直接连接热水箱3的A口。

如图3所示，系统控制柜6是本发明所述风能与燃油互补式温室加热装置的控制中心，包括MCU模块以及各控制模块等，MCU模块负责管理各控制模块的动作，MCU模块以不同的端口分别连接冷水注入控制模块、热水回流控制模块、排水阀控制模块、抽水泵控制模块、温度检测传感器26、液位检测传感器25、显示及键盘模块17、柴油燃烧模块和输油量控制模块以及排风扇23。其中，冷水注入控制模块连接冷水注入控制阀20，驱动冷水注入控制阀20的动作，用于从外部自来水管道向热水箱3内注入水；热水回流控制模块连接驱动热水注入控制阀21，驱动热水注入控制阀21的动作，用于将热水导管16内的水回流到热水箱3；抽水泵控制模块连接热水抽水泵14，用以控制热水抽水泵14，将热水抽入到热水导管16；排水阀控制模块连接排水控制阀13，控制排水控制阀13，用于一定时间后将炉内的循环水排出，对热水箱进行清洗。温度检测传感器26用来检测热水箱3内的水温情况，为控制并联发热电阻丝22的个数以及是否引入柴油燃烧模块24提供参考。液位检测传感器25实时监测热水箱3内的水位情况，保证热水箱3内保持一定的水量，不让系统处于不正常的工作状态。水温和水位的实时参数出现在显示及键盘模块17，同时显示及键盘模块17提供一个交互界面，供操作人员使用。输油量控制模块连接柴油进量调节阀9，控制柴油进量；柴油燃烧模块连接柴油燃烧喷油嘴及点火开关24，控制柴油的自动点燃或者熄灭。

本发明所述风能与燃油互补式温室加热装置，通过显示及键盘模块17输入设定的水温值T和水位值，液位检测传感器25测量热水箱3内的水位状况，若低于设定的水位值，系统控制柜6中的MCU模块驱动热水回流控制模块和冷水注入控制模块，打开热水注入控制阀21和冷水注入控制阀20，向热水箱3内回流热水导管16内的水和注入自来水，热水从热水导管16流回到热水箱3内。当需要注入补充的水时，则启用冷水注入控制阀20，水从外部注入新水到热水箱3内，以实现补充水的目的，以保证水量。热水箱3的C口连接排水控制阀13来定期排水，当热水箱3中的水使用时间过长则需要更换除垢时，则C口开启，排出热水箱3中的废水。

通过温度检测传感器26测定此时热水箱3内的水温，若此时水温已经到达了设定的水温值T，则MCU模块通过抽水泵控制模块控制热水抽水泵14开始工作，从热水箱3的B口抽取热水注入到热水导管16内，此时热水箱3进水口A的三通接头1的a口热水注入控制阀21也处于打开状态，从而将热水导管16内的低温水能够回流到热水箱3内，这样在热水抽水泵14的水压作用下，在温室内排布的热水导管16内的水流形成水循环回路，保证热水在热水抽水泵14的作用下能够在热水导管16中自由流动，形成一个水循环系统，将热量尽可能多地传递到温室中，保持温室温度恒定。

在热水抽水泵14持续工作一段时间后，关闭热水抽水泵14和热水注入控制阀21。若此时水温达不到设定的水温值T，则由系统控制柜6中的MCU模块控制风力发电机模组19开始工作，将风能转换为电能以提供给热水箱3内的发热电阻丝22加热水，温度检测传感器26实时检测热水箱3内的水温，若温度依然达不到设定温度T，那么由MCU模块控制风力加热控制开关柜2依次并联上备用的发热电阻丝22。

若发热电阻丝22已经全部并上依然不能使得热水箱3内的水温达到设定值T，此时，柴油燃烧作为加热的备用能源，自动启动继续对热水箱3内的水进行加热，直到达到温度要求则进行水循环。由MCU模块控制柴油燃烧模块，点燃柴油燃烧喷油嘴及点火开关24对热水箱3进行加热，柴油进量调节阀9用来控制输油管中柴油的通量。排风扇23开始工作，及时将柴油燃烧产生的废气通过柴油燃烧排烟管4排到温室外。如果此时热水箱3的温度与设定温度T相差太大，则进量调节阀9开大一些，反之则开小一些，直到热水箱3中的水温到达设定值T，然后热水抽水泵14开始工作将热水进行循环为温室提供热量。持续加热一段时间后，当水温超过设定值T时，及时调整柴油加热的工作状态以及发热电阻丝22的并联情况，先关闭柴油燃烧喷油嘴及点火开关24，继续由风力发电机模组19给热水箱3加热，再依次断开部分发热电阻丝22，使装置处于一个动态的加热过程，保证温室内的温度处于一个动态的恒温状态。

Claims (3)

1.一种风能与燃油互补式温室加热装置的控制方法，采用风能与燃油互补式温室加热装置，所述风能与燃油互补式温室加热装置包括温室外的风力发电机模组（19）和温室内的风力发热控制开关柜（2）、系统控制柜（6）、柴油储油罐（8），散热片（15）分布在温室内壁上且通过热水导管（16）连接，系统控制柜（6）通过信号控制线分别连接风力发热控制开关柜（2）和柴油储油罐（8），柴油储油罐（8）一端连柴油输油管（10）、另一端设有伸进燃烧室（11）内且在热水箱（3）正下方的柴油燃烧喷油嘴及点火开关（24）；热水箱（3）内部有多个并联的发热电阻丝（22），风力发热控制开关柜（2）内有多个控制开关，每个发热电阻丝（22）一端是公共端、另一端分别连接一个控制开关；风力发电机模组（19）通过输电线连接发热电阻丝（22）的公共端；热水箱（3）内还设有均连接显示及键盘模块（17）的液位、温度检测传感器（25、26）；热水箱（3）侧壁上设有三通接头（1）和热水抽水泵（14），三通接头（1）的a端口通过热水注入控制阀（21）与热水导管（16）相连，b端口通过冷水注入控制阀（20）与自来水接头相连，c端口连接热水箱（3）；系统控制柜（6）包括MCU模块，MCU模块以不同端口分别连接控制冷水注入控制阀（20）的冷水注入控制模块、控制热水注入控制阀（21）的热水回流控制模块、控制热水抽水泵（14）的抽水泵控制模块、控制柴油燃烧喷油嘴及点火开关（24）的柴油燃烧模块以及温度检测传感器（26）、液位检测传感器（25）、显示及键盘模块（17）；燃烧室（11）侧壁上设有空气通风口（12），温室墙壁处装有连接MCU模块的排风扇（23），柴油输油管（10）上设有柴油进量调节阀（9），柴油进量调节阀（9）通过输油量控制模块连接MCU模块，热水箱（3）侧壁下部设有排水控制阀（13），排水控制阀（13）通过排水阀控制模块连接MCU模块，其特征是依次采用如下步骤：

1）通过显示及键盘模块（17）输入设定的水温值T和水位值，液位检测传感器（25）测量热水箱（3）内水位，若低于设定水位值，MCU模块控制热水注入控制阀（21）和冷水注入控制阀（20）打开；

2）由温度检测传感器（26）测定热水箱（3）内的水温，若水温已经到达水温值T，MCU模块控制热水抽水泵（14）工作，从热水箱（3）抽取热水注入到热水导管（16）内，热水导管（16）内的低温水回流到热水箱（3）内；

3）在热水抽水泵（14）持续工作一段时间后关闭热水抽水泵（14）和热水注入控制阀（21），若此时水温达不到设定的水温值T，MCU模块控制风力发电机模组（19）工作，将风能转换为电能给发热电阻丝（22）加热，若发热电阻丝（22）加热后温度依然达不到水温值T，MCU模块控制风力加热控制开关柜（2）依次并联上备用的发热电阻丝（22）；

4）若发热电阻丝（22）已全部并联上水温依然达到水温值T，MCU模块控制点燃柴油燃烧喷油嘴及点火开关（24）对热水箱（3）进行加热，直到水温到达水温值T；

5）当水温超过水温值T时，关闭柴油燃烧喷油嘴及点火开关（24），先控制风力发电机模组（19）给热水箱（3）加热，再依次断开部分发热电阻丝（22），使加热装置处于动态加热过程和恒温状态。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是：在步骤4）中由MCU模块控制排风扇（23）工作。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是：由MCU模块排水控制阀（13）定期排水。