CN110762840A - 一种家用太阳能暖风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种家用太阳能暖风机，包括通过风道管顺次连接的变频供风模块、加热模块、加湿模块和沸石蓄能模块，以及将暖风送入室内的暖风管；所述变频供风模块包括变频风机，所述变频风机的出风管内顺次安装有第一压力传感器、空气流量计和第二压力传感器；所述加热模块包括太阳能加热器；所述加湿模块包括超声波加湿器；所述沸石储能模块包括沸石反应床，所述沸石反应床由多个锯齿形金属网和填充在网格上的沸石构成。应用沸石蓄能，储能效率高，且不会产生有害气体从而威胁人体健康，并且空气经过人工沸石13X净化处理和粗效过滤器处理，使出风口送入室内的空气相对较为清洁，满足了人们对室内空气品质与室内健康的要求。

Description

一种家用太阳能暖风机
技术领域
本发明属于节能环保领域，涉及家庭用供暖设备，特别涉及一种利用太阳能的暖风机。
背景技术
当今能源短缺与人们对能源的需求之间的矛盾日益严峻，太阳能作为一种分布广泛、储量丰富的清洁能源，可以代替传统的不可再生能源来解决能源供不应求的问题。
然而太阳能资源在供应上存在着时间与空间上的不间断性与不均匀性，与人们对其的使用存在无法匹配的缺点。同时，太阳能资源能流密度低且均匀性差，因此简单利用太阳能热量时，绝大部分情况下只能供给出较低品味的热能，这些问题的存在使得在使用太阳能过程中受到了一定的限制。
近年来，人们一直致力于研究合适的蓄能技术，希望将其与太阳能相结合，在光照强度大时将太阳能储存起来，以满足夜间、阴天或冬季的能源需求，这样做缓解了太阳能资源供给在时间与流量上存在的无法匹配的矛盾，以此促进太阳能的使用，节约常规能源的使用，具有较高的经济与环保效应。
因此，在这样的背景下，既能应用太阳能储能技术，又可以净化空气的供暖系统正在被越来越多的家庭与企业接受和关注。
冬季供暖系统的日均开启时间较大，因此供暖系统对于能耗的要求较大，尤其对于一些特别寒冷的地区，总能耗将会攀升至一个更高的数值。在当今节能降耗的社会背景下，如何有效降低供暖系统能耗与保证系统可以在用电峰值时段平稳运行已经成为主要考虑的问题。目前，市面上常用的来的小型建筑储能方式多为相变储能，然而该方式存在材料的老化和过冷以及水、晶分离现象，造价较高等问题。
现有技术出现了一种风光互补暖风机，主要由风力发电机、太阳能电池组件、智能充放电控制器、储能蓄电池、逆变器、暖风机组成，所述的风力发动机设置在屋顶，所述的太阳能电池组件设置在可以接收阳光的地方，所述的智能充放电控制器通过导线分别与风力发电机、太阳能电池组件、储能蓄电池和逆变器连接，所述的逆变器通过导线与暖风机连接。所述的风力发电机采用微风风力发电机，所述的太阳能电池组件是晶体硅太阳能电池，所述的逆变器输出交流220伏电源。风力发电机和太阳能电池组件分别将风能和太阳能转换成电能，通过智能充放电控制器对储能蓄电池充电，储能蓄电池的电能通过智能充放电控制器、逆变器转换成交流220伏电源输出给暖风机，使暖风机工作。
发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题中的一个问题：
1、现有技术中，太阳能储能技术主要是通过将太阳能转化为电能，在使用是再将电能转化为其他能源，比如热能；能量转化过程中能耗较大，利用率不高；
2、设备成本总体成本高，普通家庭难以接受；
3、蓄电池技术目前还没有取得突破，使用寿命存在较大的限制；而蓄电池达到使用寿命后成为化学垃圾，环境代价较高。
发明内容
鉴于此，本发明目的在于提供一种成本低、太阳能利用率高并且环保的太阳能暖风机。
发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种家用太阳能暖风机，包括通过风道管顺次连接的变频供风模块、加热模块、加湿模块和沸石蓄能模块，以及将暖风送入室内的暖风管；
所述变频供风模块包括变频风机，所述变频风机的出风管内顺次安装有第一压力传感器、空气流量计和第二压力传感器；
所述加热模块包括太阳能加热器；
所述加湿模块包括超声波加湿器；
所述沸石储能模块包括沸石反应床，所述沸石反应床由多个锯齿形金属网和填充在网格上的沸石构成。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述太阳能加热器包括太阳能集热器和散热器，以及连接所述太阳能集热器和所述散热器的管道回路，所述管道回路上安装有第一自动控制阀。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述管道回路中使用水作为工质。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述太阳能加热器还设计有旁通管道，所述旁通管道上安装有第二自动控制阀，所述旁通管道和所述第二自动控制阀214与所述散热器和所述第一自动控制阀并联。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述加热模块还包括电加热器。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述超声波加湿器还安装有自动启停开关。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述变频风机上还安装有降噪减震设备；所述风道管外设有聚苯乙烯泡沫保温层。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述沸石反应床还连接有粗效过滤器，所述粗效过滤器设置有出风口，所述出风口连接有排风管和暖风管，所述排风管上安装有第一风阀，所述暖风管上安装有第二风阀。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述加湿模块与所述沸石蓄能模块之间的风道管内设置有第一湿度传感器，所述沸石蓄能模块与所述粗效过滤器之间的风道管内设置有第二湿度传感器和温度传感器。
根据本发明家用太阳能暖风机的一个具体实施方式，所述沸石为人工沸石X13。
与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：
a)本发明通过设置变频供风，可配合加热模块的加热效率进行适配性供冷风。在本发明的一个具体实施方式中，使用空气流量计，能够更加精确的根据热效率计算冷风进入量。变频供风模块提供冷风风源，冷空气经过加热模块加热，经过加湿模块增加热风湿度，湿热空气经过沸石储能模块将热能储存。变频供风模块提供冷风风源，冷空气经过沸石储能模块，沸石储能模块释放热量，冷空气被加热。
b)本发明的一个实施例中，应用沸石蓄能，不会产生有害气体从而威胁人体健康，并且空气经过了两次过滤处理，分别为人工沸石13X净化处理和粗效过滤器处理，使出风口送入室内的空气相对较为清洁，满足了人们对室内空气品质与室内健康的要求。
c)本发明的一个实施例中，通过将沸石反应床设置为锯齿形，增大了沸石与空气的接触面积，减小了沿程阻力，提高了换热效率。
d)本发明通过设置温度传感器、湿度传感器压力传感器和空气流量计收集气流温度、湿度、流量信息，配合自动控制阀、自动控制开关实现智能管理，实现了对加热与加湿模块自动启停的控制，节省了人员调控时间，同时也不会产生额外的能源浪费。
e)本发明的一个实施例中，设置了暖风管与排风管两个风道，当沸石处于再生工况时，处于排风管的第二风阀开启，空气通向室外；当沸石处于释能工况时，处于暖风管的风阀开启，空气通向室内。设置暖风管与排风管使室内的空气温度更好的被控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明家用供暖设备一较佳实施例的结构示意图。
图2是本发明家用供暖设备一较佳实施例中沸石反应床内部构造结构示意图。
图中标记分别为：
101 变频风机，
102 第一压力传感器，
103 第二压力传感器，
104 空气流量计，
105 第一湿度传感器，
106 第二湿度传感器，
107 温度传感器，
211 太阳能集热器，
212 散热器，
213 第一自动控制阀，
214 第二自动控制阀，
220 电加热器，
300 超声波加湿器，
400 沸石反应床，
401 金属框，
402 人工沸石13X，
500 粗效过滤器，
610 排风管，
611 第一风阀，
620 暖风管，
621 第二风阀。
具体实施方式
下面结合附图与一个具体实施例进行说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
参见图1至图2。本实施例所描述的一种家用太阳能暖风机，包括通过风道管顺次连接的变频供风模块、加热模块、加湿模块和沸石蓄能模块，以及将暖风送入室内的暖风管。变频供风模块提供冷风风源，冷空气经过加热模块加热，经过加湿模块增加热风湿度，湿热空气经过沸石储能模块将热能储存。变频供风模块提供冷风风源，冷空气经过沸石储能模块，沸石储能模块释放热量，冷空气被加热。
所述变频供风模块包括变频风机101，所述变频风机101的出风管内顺次安装有第一压力传感器102、空气流量计104和第二压力传感器103。所述加湿模块与所述沸石蓄能模块之间的风道管内设置有第一湿度传感器105，所述沸石蓄能模块与所述粗效过滤器500之间的风道管内设置有第二湿度传感器106和温度传感器107。
本实施例中，空气流量4计为超声波式卡门旋涡空气流量计，在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头，因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡变晚而产生相位差，对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号，便可得知空气流量从而进行调控。
所述加热模块包括太阳能加热器。太阳能加热器包括太阳能集热器211和散热器212，以及连接所述太阳能集热器211和所述散热器212的管道回路，所述管道回路上安装有第一自动控制阀213。管道回路中使用水作为工质。所述太阳能集热板又称为太阳能平板集热器，它是一种吸收太阳辐射能量并向工质传递热量的装置，由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温材料及有关零部件组成。太阳能集热板结构简单，运行可靠，成本低廉，热流密度较低，即工质的温度也较低，安全可靠，与真空管太阳能集热器相比，它具有承压能力强，吸热面积大等特点，是太阳能与建筑一体结合最佳选择的集热器类型之一。其原理为阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能为吸收体所吸收，转变为热能，并传向流体通道中的工质(水)，因此从集热器底部进入的冷工质在流体管道中被太阳能加热，温度逐渐上升，加热后的热工质进入散热器中。
散热器212为钢制翅片管对流散热器，由碳钢框架、碳钢散热排管(碳钢散热管)组成，钢制散热排管采用框架固定，结构紧凑，气密性好，安装方便，其主要由顺空气流向的三排散热管束组成，排列方式为叉排排列。其原理为通过换热方式，热水在散热器内降温向室内供热，以达到采暖的目的。
所述太阳能加热器还设计有旁通管道，所述旁通管道上安装有第二自动控制阀214，所述旁通管道和所述第二自动控制阀214与所述散热器212和所述第一自动控制阀213并联。所述加热模块还包括电加热器220。电加热器220安装有自动启停开关。电加热器采用电阻加热，连接电源后由发热元件(电阻丝)产生热量，热量再通过对流与辐射的传热方式实现对空气的加热，该种加热装置具有结构简单、温度调节范围较大和便于安装维修等优点；在太阳能资源不足的时段电加热器开启，以满足室内实时供暖的要求。
第一自动控制阀213、第二自动控制阀214、电加热器自动启停开关与温度传感器107、控制器电信号连接。本申请中设备的智能控制，采用现有技术即可实现。传感器通过将物理化学信号转化为电信号，电信号转化为数字信号，数字信号经过处理器处理，处理器将数字信号反馈给自动控制阀、自动控制开关等执行单元执行命令。控制软件的编程并非本申请所要保护的核心内容。
第一自动控制阀213、第二自动控制阀214与温度传感器相连，通常处于加热情况下，第一自动控制阀213开启，第二自动控制阀214关闭。当处于沸石再生阶段时，由经过沸石13X前后温度差来决定两阀门开启闭合状态，当前后温差差值在0.5℃内时，可以基本认为达到热平衡，第一自动控制阀213关闭，第二自动控制阀214开启；当处于放热阶段时，阀门开闭仅与沸石反应床后的温度传感器相关，当空气温度达到该传感器设定温度值时，第一自动控制阀213关闭，第二自动控制阀214开启，加热模块不再对空气进行加热。电加热器自动启停装置也与沸石蓄能模块中温度传感器相连，当处于沸石再生阶段时，当长时间内太阳能资源不足于蓄能时，在夜间电加热器自动开启进行蓄能，其他时段均处于关闭状态。当沸石处于释能状态时，若仅使用太阳能加热模块加热始终达不到出风口处所设定的空气温度，电加热也自动被开启，提高空气温度，其他时段均处于关闭状态。通过对第一自动控制阀213、第二自动控制阀214的自动开启闭合与电加热器的自动启停，节省了人员调控时间，同时也不会产生额外的能源浪费。
所述加湿模块包括超声波加湿器300，所述超声波加湿器300还安装有自动启停开关。该自动启停开关与第一湿度传感器105、第二湿度传感器106信号连接，根据两湿度传感器读数差来控制超声波加湿器自动启停开关。超声波加湿器300的原理主要是采用高频的震荡，再通过雾化片的高频震动使得加湿器中的水被抛离水面产生飘逸的水雾，达到空气加湿的目的，由于超声波加湿器具有加湿效率高、体积小、噪声低等优点，因而很适宜在居住建筑中使用，并且无需减噪也可以在夜间使用；所述超声波加湿设备自动启停装置启停装置与沸石段两套湿度传感器相连，在沸石再生阶段，当沸石段进出口两湿度传感器数值差值在0.5时，可以认为基本稳定，此时加湿器自动关闭，在放热阶段，自动启停装置仅与沸石段出风口出湿度传感器相关，当湿度达到出口处设定值时，加湿器处于关闭状态。
所述沸石储能模块包括沸石反应床400，所述沸石反应床400由多个锯齿形金属框和填充在金属框网格上的沸石402构成。所述沸石402为人工沸石X13。沸石反应床含有装载沸石的金属框与人工沸石13X，所述金属框两端分别与进风口与出风口相连，各面均为带孔金属网，使得空气可以顺利通过与其中的沸石接触，金属框布置为锯齿形可以使得空气与沸石接触更加充分，增大接触面积的同时减小了沿程阻力，从而增大了通过的风量的大小，提高了总体的换热效率，从而能得到更高品味的热量。所述人工沸石13X属于属X型沸石，立方晶系，化学式为Na5.375[Al5.375 Si6.625 O24]16.5H2 O,骨架结构中含有三维孔道，可为吸附和催化作用提供更快速的晶内扩散优势，相对于其他种类的固体吸附工质，13X具有吸附能力强，稳定性能较好，吸附能力受压力变化的影响较小等诸多优势。
所述变频风机上还安装有降噪减震设备；降噪减震设备可以选用阻尼弹簧减震器，该减震器固有频率低，隔振效果好，并且结构紧凑，外形尺寸较小，安装更换方便，使用安全可靠，工作寿命长，对工作环境适应性强。降噪设备也可以选用阻抗复合式消声器，其同时包括了阻性消声器消除中、高频噪声和抗性消声器消除低、中频噪声的特性，具有宽频带的消声效果。
所述风道管外设有聚苯乙烯泡沫保温层，保温层可减少热量以对流与辐射的形式产生的能量损耗，提高了换热效率。
所述沸石反应床400还连接有粗效过滤器500，所述粗效过滤器500设置有出风口，所述出风口连接有排风管610和暖风管620，所述排风管上安装有第一风阀611，所述暖风管620上安装有第二风阀621。当沸石处于再生状态时，排风管610上的第一风阀611打开，暖风管620处第二风阀621关闭，经过沸石反应床400与粗效过滤器500的空气经过排风管610排至室外；当沸石处于释能工况时，排风管610处的第一风阀611关闭，暖风管620处第二风阀621开启，热空气进入室内，通过不同工况下风阀的启闭使室内空气达到要求。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性 或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者 隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等 术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连 接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内 部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情 况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种家用太阳能暖风机，其特征在于，包括通过风道管顺次连接的变频供风模块、加热模块、加湿模块和沸石蓄能模块，以及将暖风送入室内的暖风管；
所述变频供风模块包括变频风机(101)，所述变频风机(101)的出风管内顺次安装有第一压力传感器(102)、空气流量计(104)和第二压力传感器(103)；
所述加热模块包括太阳能加热器；
所述加湿模块包括超声波加湿器(300)；
所述沸石储能模块包括沸石反应床(400)，所述沸石反应床(400)由多个锯齿形的金属框(401)和填充在金属框内的沸石(402)构成。
2.根据权利要求1所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述太阳能加热器包括太阳能集热器(211)和散热器(212)，以及连接所述太阳能集热器(211)和所述散热器(212)的管道回路，所述管道回路上安装有第一自动控制阀(213)。
3.根据权利要求2所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述管道回路中使用水作为工质。
4.根据权利要求2或3所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述太阳能加热器还设计有旁通管道，所述旁通管道上安装有第二自动控制阀(214)，所述旁通管道和所述第二自动控制阀(214)与所述散热器(212)和所述第一自动控制阀(213)并联。
5.根据权利要求1所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述加热模块还包括电加热器(220)。
6.根据权利要求1所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述超声波加湿器(300)还安装有自动启停开关。
7.根据权利要求1所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述变频风机上还安装有降噪减震设备；所述风道管外设有聚苯乙烯泡沫保温层。
8.根据权利要求1所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述沸石反应床(400)还连接有粗效过滤器(500)，所述粗效过滤器(500)设置有出风口，所述出风口连接有排风管(610)和暖风管(620)，所述排风管上安装有第一风阀(611)，所述暖风管(620)上安装有第二风阀(621)。
9.根据权利要求8所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述加湿模块与所述沸石蓄能模块之间的风道管内设置有第一湿度传感器(105)，所述沸石蓄能模块与所述粗效过滤器(500)之间的风道管内设置有第二湿度传感器(106)和温度传感器(107)。
10.根据权利要求1所述的家用太阳能暖风机，其特征在于，所述沸石(402)为人工沸石X13。
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