CN113310224A - 一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，包括：太阳能集热模块，设置在列车顶部；熔盐换热模块，通过换热管与所述太阳能供热模块连接；电开水炉，通过供水管与所述太阳能供热模块连接；控制模块，通过无线传输与所述太阳能供热模块、熔盐换热模块和电开水炉连接；所述供水管上设有第一电磁阀；所述换热管上设有第二电磁阀。实现全天候的热水供应；减少了车辆的运营成本，提高铁路运营收益；减少二氧化碳排放，促进轨道交通绿色运营；减少列车运用全生命周期成本，提高车辆制造竞争力。

Description

一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统

技术领域

本发明涉及太阳能加热领域，尤其涉及一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统。

背景技术

太阳能集热技术是利用集热器吸收太阳辐射能转化为热能，再将热能传递给水（水只是传热介质的一种）从而使水的温度不断升高。常见的太阳能集热器有平板太阳能集热器和真空管太阳能集热器。平板太阳能集热器的结构简单、运行可靠、承压能力强、吸热面积大，最有利于太阳能系统与轨道列车车顶结合；同时采用回流排空的技术，能够防冻和解决过热等问题。熔盐热量存储技术主要应用在夜间，保证太阳能供热系统的不间断工作。熔盐具有很高的热熔和传导热值以及高的热稳定性和质量传递速度。具有较低的蒸气压，比热容、相变潜热大，使得其蓄热密度高，蓄热装置结构紧凑，还有它的价格比较低。

现有技术CN203518273U公开了一种移动式太阳能储热用间接加热车，位于车体上部的储能热交换器为间接式储能热交换器，由储能腔体内的双螺旋状不锈钢导热油管组成，且储能腔体内设置有储热的熔盐介质；第一螺旋状不锈钢导热油管通过油管、储油罐上设置的油泵与集热器相连；第二螺旋状不锈钢导热油管通过油管、储油罐上设置的油泵与用能热交换器相连。现有技术CN208475685U公开了一种基于太阳能集热的熔盐储能供热系统，包括第一太阳能镜场和导热油换热器，第一太阳能镜场包括太阳能集热器，太阳能集热器的输出端与导热油换热器的换热端进口通过第一油路管道连接，太阳能集热器的输入端与导热油换热器的换热端出口通过第二油路管道连接，第一油路管道和第二油路管道之间并联设置一熔盐储能器，熔盐储能器的入口通过第一并联管道与第一油路管道连接，熔盐储能器的出口通过第二并联管道与第二油路管道连接，位于熔盐储能器和导热油换热器之间的第一油路管道上设置有第一导热油循环泵。本实用新型结构简单占地小，采用熔盐作为蓄热材料配合导热油蓄热，可实现整个供热系统储能效率快、蓄热温度高的技术效果。

电热开水炉系统在轨道交通列车上广泛引用，其加热水需要大量电能，尤其是冬季。目前熔盐在太阳能技术中主要用于发电，作为轨道交通列车热水供应的能量交换还是未有应用。综上，现在急需一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，以克服现有技术中能源消耗较大，成本高的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中问题，本发明提供一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，能够减少列车能耗，减少二氧化碳排放，促进轨道交通绿色运营；减少车辆全生命周期成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，包括：

太阳能集热模块，设置在列车顶部；

熔盐换热模块，通过换热管与所述太阳能供热模块连接；

电开水炉，通过供水管与所述太阳能供热模块连接；

控制模块，通过无线传输与所述太阳能供热模块、熔盐换热模块和电开水炉连接；

其中，所述供水管上设有第一电磁阀；所述换热管上设有第二电磁阀。

进一步地，所述太阳能集热模块包括平板集热器、水箱、光照监测单元、第一温度传感器和第一水位传感器。

进一步地，所述电开水炉还包括第二温度传感器和第二水位传感器，且均通过无线传输与所述控制模块连接。

进一步地，所述熔盐换热模块还包括第三温度传感器。

进一步地，所述电开水炉分为开水区和温水区，所述供水管与温水区连接。

进一步地，所述换热管在所述熔盐换热模块中呈S形分布，且末端通过夜间供水管与所述电开水炉的温水区连接。

进一步地，所述系统在所述太阳能集热模块设有过滤单元，用于去除所述太阳能集热模块产生的水垢等杂质。

进一步地，所述系统在所述电开水炉设有继电器和漏电保护单元，具备防漏电、防干烧、防雷击保护功能。

进一步地，所述控制模块中内置有多个水位警戒值和多个温度标准值。

一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统的工作过程包括以下步骤：

S1、当光照监测单元监测到光照时，所述控制模块关闭所述第二电磁阀，打开所述第一电磁阀；所述平板集热器吸收太阳光热对所述水箱中的水进行加热，同时所述熔盐换热模块在太阳光照期间吸收热量储能；所述水箱中的水通过供水管到达温水区；

S2、当光照监测单元未监测到光照时，所述控制模块关闭所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀；同时所述水箱中的水经过换热管到达所述熔盐换热模块进行加热后进入温水区；

S3、所述控制模块根据所述第二温度传感器的数据控制所述继电器闭合，对温水区的水加热；然后将加热后的水送达热水区供给乘客。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：

一、本发明采太阳能电热开水炉系统供水温度（按全年平均水温）节约电能一半以上；夜间熔盐储热系统设有传热管道，供水时车顶水箱通过微机控制电磁阀打开传热管道，凉水通过管道与熔盐系统进行热交换，实现开水炉温水供给，从而实现全天候的热水供应。

二、本发明中的熔盐换热模块并不需要流动，减少了防止熔盐凝固而加热的成本；也就是减少了车辆的运营成本，提高铁路运营收益。

三、本发明中通过设置的多个电磁阀以及控制模块内置的多个水位和温度的标准值，能够机动的控制整个系统运作，减少二氧化碳排放，促进轨道交通绿色运营；减少列车运用全生命周期成本，提高车辆制造竞争力。

四、本发明中通过列车车顶水箱的高水位自然流动为列车提供热水供应，无需提供额外的泵或通过导热油所吸收热量对用户端设备进行二次加热，提高了能源利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明所述系统中各部分的连接关系示意图。

附图标记：

1-太阳能集热模块；11-平板集热器；12-光照监测单元；13-第一温度传感器；14-第一水位传感器；15-水箱；16-过滤单元；17-注水口；2-电开水炉；21-第二温度传感器；22-第二水位传感器；23-继电器；24-漏电保护单元；3-熔盐换热模块；31-第三温度传感器；4-供水管；5-换热管；6-夜间供水管；7-第一电磁阀；8-第二电磁阀；9-控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

为减轻轨道交通列车供电系统电力消耗，设计一种带有太阳能电热开水炉的节能供水系统。光照期间，车顶太阳能平板集热器为车顶水箱传递热量，通过电磁阀控制车顶水箱为电开水炉系统供水；系统设有熔盐储热系统，可以实现将日间吸收的太阳辐射能通过管道与熔盐换热传导至供水系统，实现夜间供水。车顶水箱在系统工作期间，温度为60℃左右（按全年平均水温），电热开水炉只需将水加热40℃便可成为开水为旅客饮用，节约大量的电能。

如图1所示，一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统包括：太阳能集热模块1、电开水炉2、熔盐换热模块3、供水管4、换热管5、夜间供水管6、第一电磁阀7、第二电磁阀8、控制模块9。

太阳能集热模块1是设置在列车顶部的，包括平板集热器11、光照监测单元12、第一温度传感器13、第一水位传感器14和水箱15；平板集热器11上有多个太阳能光板用于收集热量；其中光照监测单元12、第一温度传感器13和第一水位传感器14通过无线传输向控制模块9发送信号，具体地是当控制模块9接收到光照监测单元12发送的光照变化的信号时，可控制第一电磁阀7和第二电磁阀8的开闭。根据水箱15的容量，在控制模块9中设置第一水位传感器14的警戒水位值，当水箱15中的水位到达警戒水位值时，控制模块9可通过注水口17向水箱内注水。第一温度传感器13用于实施监测水箱15内的水温，控制模块9中设置的第一温度传感器13的温度标准值为95℃，当水箱15的水温超过95℃时，熔盐换热模块3始终处于关闭状态，即控制模块9将关闭第二电磁阀8，开启第一电磁阀7，也就是说无论此时光照监测单元12是否监测到了光照信号，都是由水箱15直接通过供水管4进入电开水炉2的温水区。太阳能集热模块1设有过滤单元16，用于去除所述太阳能集热模块1产生的水垢等杂质。

电开水炉2通过供水管4与太阳能供热模块1连接；供水管4上设有第一电磁阀7，控制模块可通过无线传输来控制第一电磁阀7的开闭；电开水炉2还包括第二温度传感器21、第二水位传感器22、继电器23和漏电保护单元24，均通过无线传输与控制模块9连接；电开水炉2分为开水区和温水区，供水管4与温水区连接；该第二温度传感器21将监测到的温水区和热水区的温度发送给控制模块9，控制模块9根据温度数据控制继电器23对温水区进行电加热以达到饮用水的温度值；同时控制模块9可根据第二水位传感器22的数据对温水区进行补水；漏电保护单元24具备防漏电、防干烧、防雷击保护功能。电开水炉2是采用三相供电。

熔盐换热模块3通过换热管5与太阳能供热模块1连接，换热管5上设有第二电磁阀8；换热管5在熔盐换热模块3中呈S形分布，且末端通过夜间供水管6与电开水炉2的温水区连接。熔盐换热模块3还包括第三温度传感器31；当光照监测单元12监测到光照信号时，控制模块9开启熔盐换热模块3进行吸收热量储能；以供列车在夜间或阴雨天气使用。第三温度传感器31用于监测熔盐温度，控制模块9将实时的熔盐温度与水箱15内的水温进行比较，当熔盐温度等于水温时，停止换热，控制模块9关闭第二电磁阀8。

关于第一电磁阀7和第二电磁阀8的开闭情况如下：

一、电开水炉2中的第二水位传感器22监测到温水区的水量未到达警戒水位线及以下时，第一电磁阀7和第二电磁阀8始终处于闭合状态。

二、电开水炉2中的第二水位传感器22监测到温水区的水量到达警戒水位线及以下时，分为以下情况：

1、光照监测单元12监测到光照信号时，第一电磁阀7始终处于开启状态，第二电磁阀8始终处于闭合状态；

2、光照监测单元12未监测到光照信号时，又分为以下情况：

1）第一温度传感器13监测到的水箱15温度大于95℃，第一电磁阀7处于开启状态，第二电磁阀8始终处于闭合状态；

2）第一温度传感器13监测到的水箱15温度不大于95℃，且第三温度传感器31监测到的熔盐温度大于水箱15的温度时，第一电磁阀7处于闭合状态，第二电磁阀8处于开启状态；

3）第一温度传感器13监测到的水箱15温度不大于95℃，且第三温度传感器31监测到的熔盐温度不大于水箱15的温度时，第一电磁阀7和第二电磁阀8始终处于闭合状态。

一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统的工作过程包括以下步骤：

S1、当光照监测单元12监测到光照时，控制模块9关闭第二电磁阀8，打开所述第一电磁阀7；平板集热器11吸收太阳光热对水箱15中的水进行加热，同时熔盐换热模块3在太阳光照期间吸收热量储能；当第二水位传感器22监测到温水区的水量到达警戒水位线及以下时，水箱15中的水通过供水管4到达温水区；

S2、当光照监测单元12未监测到光照时，若水箱15内的水温还未降到95℃以下，依然是由水箱15向电开水炉2的温水区供水；若水箱15内的水温降到95℃以下后，控制模块9关闭第一电磁阀7，打开所述第二电磁阀8；水箱15中的水经过换热管5到达熔盐换热模块3进行加热后进入温水区；因为经过持续换热后，熔盐换热模块3的温度会持续下降，当熔盐温度不再大于水箱15内的水温时，控制模块9关闭第一电磁阀7和第二电磁阀8，水箱15内的水不再进入电开水炉2的温水区；

S3、控制模块9根据第二温度传感器21的数据控制继电器23闭合，将温水区的水加热到标准值；该标准值是提前设置在控制模块9中的，然后将加热后的水送达热水区供给乘客。

本系统中熔盐并不需要流动，减少了防止熔盐凝固而加热的成本；昼夜都能利用太阳能热量进行热水供应，提高了系统适用性；有效减少车辆运营时的电开水炉电能消耗；减少车辆的运营成本，提高铁路运营收益；减少二氧化碳排放，促进轨道交通绿色运营；减少列车运用全生命周期成本，提高车辆制造竞争力；响应国家绿色制造，推动轨道交通产业可持续健康发展。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，包括：

太阳能集热模块，设置在列车顶部；

熔盐换热模块，通过换热管与所述太阳能供热模块连接；

电开水炉，通过供水管与所述太阳能供热模块连接；

控制模块，通过无线传输与所述太阳能供热模块、熔盐换热模块和电开水炉连接；

其中，所述供水管上设有第一电磁阀；所述换热管上设有第二电磁阀。

2.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述太阳能集热模块包括平板集热器、水箱、光照监测单元、第一温度传感器和第一水位传感器。

3.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述电开水炉还包括第二温度传感器和第二水位传感器，且均通过无线传输与所述控制模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述熔盐换热模块还包括第三温度传感器。

5.根据权利要求2所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述电开水炉分为开水区和温水区，所述供水管与温水区连接。

6.根据权利要求5所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述换热管在所述熔盐换热模块中呈S形分布，且末端通过夜间供水管与所述电开水炉的温水区连接。

7.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述系统在所述太阳能集热模块设有过滤单元，用于去除所述太阳能集热模块产生的水垢等杂质。

8.根据权利要求5所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述系统在所述电开水炉设有继电器和漏电保护单元，具备防漏电、防干烧、防雷击保护功能。

9.根据权利要求1所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统，其特征在于，所述控制模块中内置有多个水位警戒值和多个温度标准值。

10.根据权利要求8所述的一种轨道交通列车太阳能电热开水炉系统的工作过程包括以下步骤：

S1、当光照监测单元监测到光照时，所述控制模块关闭所述第二电磁阀，打开所述第一电磁阀；所述平板集热器吸收太阳光热对所述水箱中的水进行加热，同时所述熔盐换热模块在太阳光照期间吸收热量储能；所述水箱中的水通过供水管到达温水区；

S2、当光照监测单元未监测到光照时，所述控制模块关闭所述第一电磁阀，打开所述第二电磁阀；同时所述水箱中的水经过换热管到达所述熔盐换热模块进行加热后进入温水区；

S3、所述控制模块根据所述第二温度传感器的数据控制所述继电器闭合，对温水区的水加热；然后将加热后的水送达热水区供给乘客。

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