CN113170688A - 一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，包括移动能源车、蒸发器、冷凝器、换热器、农作物大棚、沼气池以及太阳能集热器，换热器位于农作物大棚上方，冷凝器分别与换热器和沼气池内形成回路连接，冷凝器具有呈六棱柱形的主换热管，相邻主换热管之间通过换热支管连通，主换热管外侧设有回流管，主换热管底部设有呈双曲线形的储液管，换热器内的第一换热管由渐缩管和渐扩管交替排列组成。本发明有针对性的利用“太阳能+沼气池”辅热模块，以相变材料实现热能的转化和储存，用以辅助农作物大棚的储热增温，实现了从余热群到城郊果蔬种植园区及边远山区等区域整个大棚集聚区增温、保温管网配置系统持续高效供应的有效性。

Description

一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统

技术领域

本发明涉及农业种植技术领域，尤其是一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统。

背景技术

随着我国农村产业结构调整、农户产业模式的发展，南方(东部季风区南部，秦岭、淮河以南)城郊果蔬种植园区及缺电少能边远山区(或丘陵平原)等区域冬季温度低、湿度大，天阴多雨“阴冷感”凸显，且冬季寒冷期较长、室外环境温度过低，农村果蔬种植大棚(连栋大棚集聚区)作物种植难、产量低，且易因冰雪、霜冻等自然灾害等造成种植大棚的果蔬发生萎焉、冻害。

近年来，国内外很多专家学者在蔬菜大棚增温保温方法措施等方面进行了深层的研究，但对南方城郊果蔬种植园区及缺电少能边远山区(或丘陵平原)等区域大棚冬季增温，因措施不得力、错过果蔬适宜生长发育的关键时期，导致果蔬养(肥)分、水分吸收不足，尽管后期用心的管理和养护，棚内果蔬因适宜生长温度较低，所需增温方法不得力、增温不及时而满足不了作物最佳生长需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，针对果蔬种植大棚农作物的冬季种植难、产量低，且易引起种植低温障碍、果蔬出现冻害甚至死棵，延缓(错过)果蔬适宜生长发育对养(肥)分、水分吸收的关键时期及棚内增温、保温措施不得力等突出问题，本发明提出了一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，有针对性地利用“太阳能+沼气池”辅热模块，用以辅助上述区域果蔬大棚的储热增温。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，包括内设有相变材料的移动能源车、蒸发器、冷凝器、换热器、农作物大棚、沼气池以及太阳能集热器，所述的移动能源车与蒸发器之间设有板式换热器，所述蒸发器流向冷凝器的管路上设有压缩机，冷凝器流回蒸发器的管路上设有经济器，经济器的出口端与压缩机连接，冷凝器流回经济器的管路上并联设有与蒸发器连接的喷射器，喷射器的出口端与冷凝器进口端管路连接，蒸发器与太阳能集热器形成回路连接，太阳能集热器管路连接有对农作物大棚内的农作物进行灌溉的喷淋装置；

所述的换热器位于农作物大棚上方，冷凝器分别与设在换热器内的第一换热管和设在沼气池内的第二换热管形成回路连接；

所述的冷凝器具有呈六棱柱形且环形分布的主换热管，相邻主换热管之间通过换热支管连通，主换热管外侧设有回流管，主换热管底部设有呈双曲线形的储液管，所述第一换热管由渐缩管和渐扩管交替排列组成。

为更好地提高换热系数，进而增强换热效率，所述的主换热管的内壁具有可使制冷剂在主换热管内壁面处的边界层由层流变为湍流的内螺纹。

所述的喷射器进口端与冷凝器出口端之间的连接管路上分别设有循环泵、发生器，发生器的出口端与喷射器进口端管路连接，这样可使流出冷凝器的高温高压的制冷剂经过循环泵进入发生器而被加热并产生驱动力后流向喷射器。

所述的经济器与蒸发器之间的管路上设有第一节流阀，冷凝器与经济器之间的管路上设有第二节流阀。

为改善热空气的均匀度，给农作物提供更适宜的温度，所述的换热器上方设有加强热流体与农作物大棚内冷空气换热速度的风扇机组。

所述的沼气池与农作物大棚之间设有沼渣泵，可将沼气池中的沼渣输送到农作物大棚内作为农作物的养分。

本发明的有益效果是：本发明储热时，预先将热电厂、水泥厂及焦化厂等低温工业余热的提取并回收热能，通过快速接口进入移动能源车内的蓄热装置，以相变材料的形式实现热能转化和储存；放热时，利用载有相变蓄热材料的移动能源车，适时匹配“太阳能+沼气池”辅热模块，实现从余热群到城郊果蔬种植园区及缺电少能边远山区等区域整个大棚集聚区增温、保温管网配置系统持续高效供应的有效性，解决了大棚农作物冬季种植难、产量低，且易引起种植低温障碍、果蔬出现冻害甚至死棵，延缓果蔬适宜生长发育对养分、水分吸收的关键时期及棚内增温、保温措施不得力等突出问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所述冷凝器的结构示意图。

图3是本发明所述冷凝器主换热管的结构示意图。

图4是本发明所述第一换热管的结构示意图。

图中：1、移动能源车，2、板式换热器，3、余热源，4、发生器，5、循环泵，6、第一节流阀，7、蒸发器，8、喷射器，9、经济器，10、第二节流阀，11、冷凝器，12、压缩机，13、太阳能集热器，14、风扇机组，15、第一换热管，16、换热器，17、农作物大棚，18、喷淋装置，19、沼渣泵，20、沼气池，21、第二换热管，22、储液管，23、回流管，24、主换热管，25、换热支管，26、入口，27、出口，28内螺纹，29、渐缩管30、渐扩管。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，所述系统内各设备之间的连接管路上均设有阀门，以控制各管路的连通。

所述的储热增温系统，包括内设有相变材料的移动能源车1、蒸发器7、冷凝器11、换热器16、农作物大棚17、沼气池20以及太阳能集热器13，所述的移动能源车1连接有余热源3，移动能源车1与蒸发器7之间设有板式换热器2，所述蒸发器7流向冷凝器11的管路上设有压缩机12，冷凝器11流回蒸发器7的管路上设有经济器9，经济器9的出口端与压缩机12连接，冷凝器11流回经济器9的管路上并联设有与蒸发器7连接的喷射器8，喷射器8的出口端与冷凝器11进口端管路连接，蒸发器7与太阳能集热器13形成回路连接，太阳能集热器13管路连接有对农作物大棚17内的农作物进行灌溉的喷淋装置18，所述的沼气池20与农作物大棚17之间设有沼渣泵19。

所述的换热器16位于农作物大棚17上方，冷凝器11分别与设在换热器16内的第一换热管15和设在沼气池20内的第二换热管21形成回路连接；位于换热器16上方设有加强热流体与农作物大棚17内冷空气换热速度的风扇机组14。

所述的喷射器8进口端与冷凝器11出口端之间的连接管路上分别设有循环泵5、发生器4，发生器4的出口端与喷射器8进口端管路连接。

所述的经济器9与蒸发器7之间的管路上设有第一节流阀6，冷凝器11与经济器9之间的管路上设有第二节流阀10。

如图2、图3所示，所述的冷凝器11主要由主换热管24、换热支管25、储液管22及回流管23构成，主换热管24呈六棱柱形，与传统冷凝器内的圆形换热管相比，增加了制冷剂的换热面积，且主换热管24的内壁具有内螺纹28，可使制冷剂在主换热管24内壁面处的边界层由层流变为湍流，同时，制冷剂流经主换热管24时，一部分又流入管径较小的换热支管25，随后流入下一排主换热管24中，在这一过程中，管径由大变小再变大，换热支管25中的制冷剂与主换热管24中的制冷剂相互冲击，形成涡流，产生一定的扰动，进而产生紊流，内螺纹28和换热支管25协同作用，使流体都处于紊流状态，从而提高了换热系数，增强了换热效率。

所述储液管22呈双曲线形，制冷剂经压缩机12压缩成高温高压的制冷蒸汽，进入冷凝器11，制冷蒸汽从冷凝器11的入口26从右至左流向出口27的过程中，经过主换热管24和换热支管25的散热，进入冷凝器左侧的储液管22中，大部分制冷蒸汽经散热成为高温高压的液态制冷剂，但仍由少部分未被冷却的制冷蒸汽，制冷蒸汽在双曲线形的储液管22中由底部上升至顶部的过程中，气流速度因储液管22由宽变窄而加速上升，随后制冷剂蒸汽通过回流管23再次与压缩机12出来的制冷蒸汽通过入口26进入主换热管24和换热支管25而一起散热，液态制冷剂由于重力作用落入到储液管22的底部，通过出口27流入下一装置，以此保证了气态制冷剂能够完全冷却为液态制冷剂。

所述冷凝器11所释放的热量经过阀门K13分为两路，一路流入农作物大棚17内的第一换热管15，如图4所示，所述第一换热管15由渐缩管29、渐扩管30交替排列组成，管径由大逐渐变小，再逐渐减小，流体速度则由大变小再变大，由于速度的不停变化、流体速度突变，流体对第一换热管15的管束壁面的边界层不断冲刷，形成紊流状态，经风扇机组14加强第一换热管15的热流体与农作物大棚17内的冷空气的换热速度，改善热空气的均匀度，为农作物大棚17内的农作物提供适宜的温度；另一路流入沼气池20中的第二换热管21，与沼液换热，换热后温度降低，与从第一换热管15流出的温度降低的流体一同经过阀门K14，流回冷凝器11中。

所述太阳能集热器13中流出的热水分为两路，一路经过阀门K10，将热量输送到蒸发器7内，使蒸发器7的制冷剂快速吸热蒸发，进一步加快整个系统的效率，制冷剂吸热完成后，热水变为冷水，经过阀门K11再次回到太阳能集热器13内；另一路经过阀门K12，与来自冷凝器11中的热水一同流入沼气池20中的第二换热管21，沼液吸收热水的热量温度升高，有利于沼气的产生，热水温度则降低变为温水，一部分温水经过阀门K16通过喷淋装置18对农作物大棚17内的农作物进行灌溉，另一部分则通过阀门K18回流到太阳能集热器13，继续吸收太阳辐射进行加热、循环使用。

为了缓解供热系统全天24小时的运行压力，提出两种供热运行模式交替进行，在极寒条件下，协同太阳能集热器13进行更高效的供热，以下对两种运行供热模式及太阳能协同供热进行详细描述：

供热运行模式Ⅰ

工厂的余热源3输送到移动能源车内1，利用移动能源车1内的相变材料对热量进行储存，移动能源车1内蓄热材料释放的相变热通过板式换热器2与蒸发器7内的制冷剂吸收、换热，开启阀门K3、K5、K6、K7、K8、K19，关闭阀门K1、K2、K4、K9、K20，制冷剂被压缩机12压缩成高温高压工质，随后进入冷凝器11内放热。这其中，从第一节流阀6出来的低温低压制冷剂进入蒸发器7中，蒸发器7中的制冷剂吸收板式换热器2中的热量而汽化，变为气态制冷剂。

所述冷凝器11释放的热量经过阀门K13分为两路，一路流入农作物大棚17内的第一换热管15，经风扇机组14加强热流体与大棚内冷空气的换热速度，改善热空气的均匀度，为农作物大棚17内的农作物提供适宜的温度；另一路流入沼气池20中的第二换热管21，与沼液换热，换热后温度降低，与从第一换热管15流出的温度降低的流体汇合一同经过阀门K14，流回冷凝器11中；冷凝器11内冷凝后的制冷剂分为两路：第一路的流程为：冷凝器11→阀门K5→经济器9→阀门K3→第一节流阀6→蒸发器7→阀门K19→压缩机12，第二路的流程为:冷凝器11→阀门K6→第二节流阀10→经济器9→压缩机12，第一路经过阀门K5流入经济器9内放热，第二路从冷凝器11出来的一部分制冷剂通过阀门K6、节流阀10进入经济器9内，第一路放出的热量被第二路中的制冷剂所吸收后，随后流经第一节流阀6进入蒸发器7，完成循环。

其中上述第二路的制冷剂经过阀门K6进入节流阀10节流降压，流入经济器9吸收第一路所释放的热量后，与第一路的制冷剂通过阀门K19在压缩机12内回合，完成补气过程，从而增大了制冷剂的循环流量，并降低了系统的排气温度，可以保证热泵机组在室外温度不低于-15℃的低温环境下稳定运行，加装的经济器9使来自冷凝器11的高压液态制冷剂获得了较大的再冷度，由此提高了系统的运行效率。

供热运行模式Ⅱ

工厂的余热源3输送到移动能源车1内，利用移动能源车1的相变材料对热量进行储存，移动能源车1内蓄热材料释放的相变热通过板式换热器2与蒸发器7内的制冷剂吸收、换热，关闭阀门K3、K5、K6、K7、K8、K19，打开阀门K1、K2、K4、K9、K20，流出蒸发器7的制冷剂在喷射器8的扩散室内升压，变成高温高压的制冷剂流入冷凝器11，从第一换热管15和第二换热管21流出的冷水与冷凝器11放出的热量交换热量后，与供热运行模式Ⅰ相同，实现对农作物大棚17内的农作物供热及沼气池20的增温，流出冷凝器11的高温高压的制冷剂流向两条管路：第一管路中的制冷剂经过阀门K4、循环泵5进入发生器4被加热并产生驱动力，流向喷射器8，此时，第二管路中的制冷剂经过第一节流阀6节流降压，与来自蒸发器7的引射制冷剂混合流入喷射器8膨胀升压，随后再次流入冷凝器11，不断循环供热给农作物大棚17和沼气池20。由于喷射器8通过冷凝器11释放到农作物大棚17和沼气池20的热量为发生器4内制冷剂和蒸发器7内制冷剂蒸发吸收的热量之和，因此提升了系统的运行效率。

极寒条件下的运行模式：如果处于极寒环境条件下，在供热运行模式Ⅰ或者供热运行模式Ⅱ开启的同时，协同太阳能集热器13对蒸发器7内的制冷剂加速蒸发，提高系统制热的效率，以及对沼气池20内增温以提高产气率。打开阀门K10、K11、K12、K16、K18，太阳能集热器13中流出的热水分为两路，一路经过阀门K10，将热量输送到蒸发器7内，使蒸发器7的制冷剂快速吸热蒸发，进一步加快整个系统的效率，制冷剂吸热完成后，热水变为冷水，经过阀门K11再次回到太阳能集热器13内；另一路经过阀门K12，与来自冷凝器11中的热水一同流入沼气池20中的第二换热管21，沼液吸收热水的热量温度升高，有利于沼气的产生，热水温度则降低变为温水，一部分温水经过阀门K16通过喷淋装置18对农作物大棚17内的农作物进行灌溉，另一部分则通过阀门K18回流到太阳能集热器13继续吸收太阳辐射进行加热、循环使用；通过定期开启沼渣泵19，将沼气池20中的沼渣输送到农作物大棚17内，作为农作物的养分。

本发明有针对性的利用“太阳能+沼气池20”辅热模块，用以辅助上述区域果蔬大棚的储热增温。其中储热时，预先将热电厂、水泥厂及焦化厂等低温工业余(废)热的提取并回收热能，通过快速接口进入接驳移动能源车1内的蓄热装置，以相变材料的形式实现热能转化和储存；放热时，利用载有相变蓄热装置的移动能源车1，适时匹配“太阳能+沼气池20”辅热模块，实现从余热群到城郊果蔬种植园区及缺电少能边远山区(或丘陵平原)等区域整个大棚集聚区增温、保温管网配置系统持续高效供应的有效性。

本发明解决了在大棚农作物冬季种植难、产量低，且易引起种植低温障碍、果蔬出现冻害甚至死棵，延缓(错过)果蔬适宜生长发育对养(肥)分、水分吸收的关键时期及棚内增温、保温措施不得力等突出问题。同时，也解决了增温过程若采用热水锅炉实现大棚内的热交换需求，锅炉燃烧使用的煤炭等会产生硫化物、氮化物等危害环境的气体等问题。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，包括内设有相变材料的移动能源车、蒸发器、冷凝器、换热器、农作物大棚、沼气池以及太阳能集热器，其特征是：所述的移动能源车与蒸发器之间设有板式换热器，所述蒸发器流向冷凝器的管路上设有压缩机，冷凝器流回蒸发器的管路上设有经济器，经济器的出口端与压缩机连接，冷凝器流回经济器的管路上并联设有与蒸发器连接的喷射器，喷射器的出口端与冷凝器进口端管路连接，蒸发器与太阳能集热器形成回路连接，太阳能集热器管路连接有对农作物大棚内的农作物进行灌溉的喷淋装置；

所述的换热器位于农作物大棚上方，冷凝器分别与设在换热器内的第一换热管和设在沼气池内的第二换热管形成回路连接；

所述的冷凝器具有呈六棱柱形且环形分布的主换热管，相邻主换热管之间通过换热支管连通，主换热管外侧设有回流管，主换热管底部设有呈双曲线形的储液管，所述第一换热管由渐缩管和渐扩管交替排列组成。

2.如权利要求1所述的移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，其特征是：所述的主换热管的内壁具有可使制冷剂在主换热管内壁面处的边界层由层流变为湍流的内螺纹。

3.如权利要求1所述的移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，其特征是：所述的喷射器进口端与冷凝器出口端之间的连接管路上分别设有循环泵、发生器，发生器的出口端与喷射器进口端管路连接。

4.如权利要求3所述的移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，其特征是：所述的经济器与蒸发器之间的管路上设有第一节流阀，冷凝器与经济器之间的管路上设有第二节流阀。

5.如权利要求1所述的移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，其特征是：所述的换热器上方设有加强热流体与农作物大棚内冷空气换热速度的风扇机组。

6.如权利要求1所述的移动能源车智能接驳果蔬大棚的储热增温系统，其特征是：所述的沼气池与农作物大棚之间设有将沼气池中的沼渣输送到农作物大棚内的沼渣泵。

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