CN209459028U - 一种太阳能辅助ptc加热的固体蓄热式供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，主要包括太阳能集热器，太阳能集热器的入水口通过入水管和补给水管连通，补给水管一端连接外部自来水管、另一端连接第二阀门，第二阀门通过水管分别连接第三阀门和过滤器；第三阀门通过水管分别连接第一阀门和室内散热器的出水口，过滤器通过水管和加热蓄热一体式电锅炉的入水口连通，加热蓄热一体式电锅炉的出水口通过水管和第六阀门连接。本实用新型的优点：通过太阳能集热器的设置，大大节省了供暖系统的的用电量，生活热水接水口可以将热水应用于淋浴接头和冷热水接头，供人们使用，无需另外安装电热水器，方便使用。

Description

一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统

技术领域

本实用新型涉及供暖设备技术领域，尤其涉及一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统。

背景技术

随着人们需求的日益增加，对能源需求量逐渐增加，对煤炭、石油、天然气等常规能源的大量开采造成了能源紧缺的现象。在这种情况下，寻找和使用清洁能源成为一种新的发展趋势，各个国家开始寻求新能源代替一次能源。目前，国内外开发的代替一次能源的主要包括：核能、地热能、风能、太阳能、氢能、水电、生物质能等。相对于世界能源情况，我国存在更加严峻的能源形势，要想经济得到快速发展，就需要充足的能源供应作为支撑。目前我国人均资源占有量还不到世界平均水平的一半。这些常规能源的可开采利用的时间只有几十年，并且这些能源具有不可再生性，长此以往终究要枯竭。此外，由于传统常规能源的使用，导致污染物的排放量增加，严重污染环境，并不符合我国可持续发展的要求。为了解决能源与环境问题，我国未来的发展方向主要为寻找和使用清洁能源。其中太阳能是人类用之不竭、取之不尽的可再生能源，具有普遍、安全、清洁、无害等优点。

我国目前供暖能源的浪费情况严重，采暖区幅员辽阔，房屋建筑规模巨大。北方各省市(区)总体为城市集中供热，受建筑物保温隔热差、封闭性差、传统供热模式效率低等因素影响，其能源利用效率普遍低于20％，单位建筑面积采暖能耗是发达国家的3倍多，供暖能源的浪费情况严重，而运行高效的电锅炉由于用电压力、体积较大等问题未能推广。并且传统煤炭式锅炉是能源消耗最多、环境污染最重的热能转换方式，大量的能源使用导致生态环境遭到破坏，也将给城市环境带来严重影响。我国政府加强了对此方面的重视，鼓励新型的清洁能源热能转换方式。其中太阳能转化为热能的形式简单，易于实现，能源利用率高。此外太阳能辅助蓄热式的电暖设备的发展有效的缓解了电网高峰压力，降低峰值的用电量。

目前国内蓄热电锅炉大多数都是采用单一电能转化热能方式，常压水箱蓄热水的方式来进行蓄热。但设备体积较大、热效率以及能源转化方式有待提高、维修成本高等方面考虑不建议进行大规模推广。本发明人在2018年12月7日申请的专利一种基于PTC加热系统的固体蓄热式电锅炉(专利号：2018220463461)，该固体蓄热式电锅炉采用固体蓄热系统储存热量，采用固定蓄热氧化镁管和绝热石棉网作为保温材料，固体蓄热系统比热容大、保温效果好，且体积小，采用PTC加热系统通过PTC电阻陶瓷进行加热，能够防止干烧，PTC电阻陶瓷在夜间进行加热，虽然也能够在一定程度上减少电能的浪费，错开用电高峰期进行加热蓄热，能够缓解电路负荷，夜间用电费用降低，但是其完全通过电能转化为热能，并不能在源头上减少电能的消耗，同时，夜间对固体蓄热系统进行加热，储存的热量到白天使用，仍存在较长的热量散失时间，对电能产生不必要的损耗。

本固体蓄热式供暖装置基于太阳能光热辅助、PTC加热、多点监测反馈PLC自动控制、固体蓄热池储存能量，来动态实现目标环境温度在一定范围内恒定，因此可满足多种不同场所的供暖需求，可更环保高效的大幅度提升能源利用率和经济效益，最大程度上减少电能的损耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，通过太阳能集热器的设置，大大节省了供暖系统的的用电量，从源头上解决了背景技术中不能在源头上减少电能的消耗，同时，夜间对固体蓄热系统进行加热，储存的热量到白天使用，仍存在较长的热量散失时间，对电能产生不必要的损耗的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，主要包括太阳能集热器、补给水管、水泵、加热蓄热一体式电锅炉、室内散热器和地暖，其特征在于：太阳能集热器的入水口通过入水管和补给水管连通，补给水管一端连接外部自来水管、另一端连接第二阀门，第二阀门通过水管分别连接第三阀门和过滤器；第三阀门通过水管分别连接第一阀门和室内散热器的出水口，所述过滤器通过水管和加热蓄热一体式电锅炉的入水口连通，加热蓄热一体式电锅炉的出水口通过水管和第六阀门连接，第六阀门通过水管和水泵的进水口连接，水泵的出水口和热水出水管连通，热水出水管分别连接生活热水接水口、室内散热器的进水口和水流分接器的入口，水流分接器的出口连接第五阀门，第五阀门连接地暖。

进一步地，所述太阳能集热器主要包括壳体、水流流道、保温层、吸热板和透明盖板，所述壳体呈无盖长方体结构，所述保温层嵌于壳体底部，保温层上部设有吸热板，所述水流流道嵌于吸热板内部设置，水流流道分别连接入水管和出水管，所述透明盖板嵌于壳体顶部且和壳体顶部密封连接，所述透明盖板和吸热板之间设有空气层。

进一步地，所述壳体内设有第一温度感应器，所述加热蓄热一体式电锅炉内设有第二温度感应器。

进一步地，所述加热蓄热一体式电锅炉内设有固体蓄热系统和PTC加热系统，所述固体蓄热系统主要包括蓄热池和固体蓄热管，所述蓄热池为双层铝合金外壳的内空长方体结构，双层铝合金外壳内填充有绝热石棉网；所述蓄热池内设有若干固体蓄热管，若干固体蓄热管安装在蓄热池顶部，固体蓄热管采用固体蓄热氧化镁管；所述加热蓄热一体式电锅炉通过蓄热池下部进水口和过滤器相连通，蓄热池上部出水口和第六阀门相连通。

进一步地，所述固体蓄热氧化镁管内设有PTC加热系统，PTC加热系统由若干发热单元组成，发热单元由PTC电阻陶瓷、铝壳、绝缘膜和铜管组成；所述PTC电阻陶瓷嵌入在铝壳内，铝壳外部包裹有绝缘膜，包由绝缘膜的铝壳套入在铜管内，铜管套入在固定蓄热氧化镁管内；所述PTC电阻陶瓷和电极电性连接。固定蓄热氧化镁管这种特殊的蓄热材料相较于一般的储热材料热量大、密度高、耐高温等，由于固体储热材料耐高温能力较高，因此它能够储存更多、温度更高的热能，不会像水压力那样随温度升高。固体蓄热式电锅炉的体积相较于普通蓄热式电锅炉要小很多，大概只有它们的七分之一，很大程度的缩减了锅炉占用的空间，并减少了运行成本的使用。

进一步地，所述加热蓄热一体式电锅炉上方还设有PLC控制器，外部电源电性连接PLC控制器和水泵，PLC控制器分别电性连接第一温度感应器、第二温度感应器和电极。

进一步地，所述第一温度感应器和第二温度感应器均采用型号为CE-R07-74MD2-0.5的热电阻传感器；所述PLC控制器采用型号为FX2N-56。

进一步地，所述第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门还可以是电磁阀，所述PLC控制器电性连接第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：其一：本系统通过太阳能集热器的设置，大大节省了供暖系统的的用电量，从源头上解决了背景技术中不能在源头上减少电能的消耗，同时，夜间对固体蓄热系统进行加热，储存的热量到白天使用，仍存在较长的热量散失时间，对电能产生不必要的损耗的问题。其二：本系统可以采用太阳能集热器单独加热或采用加热蓄热一体式电锅炉中的PTC加热系统单独加热或是采用太阳能集热器和加热蓄热一体式电锅炉中的PTC加热系统在PLC控制下自动加热工作的方式，实现了根据外界环境以及气候条件的变化来调整不同加热方式的变换，能够在满足人们使用的同时，在最大限度上节约电能。其三：本系统设有补给水管和生活热水接水口，生活热水接水口可以将热水应用于淋浴接头和冷热水接头，供人们使用，无需另外安装电热水器，方便使用，当生活热水接水口处使用热水时，补给水管又会及时补充水量，便于循环利用。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的水流流道结构示意图；

图3为本实用新型的太阳能集热器截面图；

图4为本实用新型的太阳能集热器剖视图；

图5为本实用新型的固体蓄热系统俯视向剖视图；

图6为本实用新型的固体蓄热系统正视向剖视图；

图7为本实用新型的PTC加热系统结构示意图；

图中：1、太阳能集热器；1-1、入水管；1-2、出水管；1-3、水流流道；1-4、保温层；1-5、吸热板；1-6、空气层；1-7、透明盖板；2、补给水管；3-1、第一阀门；3-2、第二阀门；3-3、第三阀门；3-4、第四阀门；3-5、第五阀门；4、热水出水管；5、回水管；6、过滤器；7-1、第一温度感应器器；7-2、第二温度感应器器；8、水泵；9、加热蓄热一体式电锅炉；9-11、固定蓄热氧化镁管；9-12、绝热石棉网；9-21、发热单元；9-211、PTC电阻陶瓷；9-212、铝壳；9-213、绝缘膜；9-214、铜管；10、生活热水接水口；11、室内散热器；12、地暖；13、电极。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-7所示，一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，主要包括太阳能集热器1、补给水管2、水泵8、加热蓄热一体式电锅炉9、室内散热器11和地暖12，太阳能集热器1的入水口通过入水管1-1和补给水管2连通，补给水管2一端连接外部自来水管、另一端连接第二阀门3-2，第二阀门3-2通过水管分别连接第三阀门3-3和过滤器6；第三阀门3-3通过水管分别连接第一阀门3-1和室内散热器11的出水口，所述过滤器6通过水管和加热蓄热一体式电锅炉9的入水口连通，加热蓄热一体式电锅炉9的出水口通过水管和第六阀门3-6连接，第六阀门3-6通过水管和水泵8的进水口连接，水泵8的出水口和热水出水管4连通，热水出水管4分别连接生活热水接水口10、室内散热器11的进水口和水流分接器的入口，水流分接器的出口连接第五阀门3-5，第五阀门3-5连接地暖12。

其中，所述太阳能集热器1主要包括壳体、水流流道1-3、保温层1-4、吸热板1-5和透明盖板1-7，所述壳体呈无盖长方体结构，所述保温层1-4嵌于壳体底部，保温层1-4上部设有吸热板1-5，所述水流流道1-3嵌于吸热板1-5内部设置，水流流道1-3分别连接入水管1-1和出水管1-2，所述透明盖板1-7嵌于壳体顶部且和壳体顶部密封连接，所述透明盖板1-7和吸热板1-5之间设有空气层1-6。

其中，所述壳体内设有第一温度感应器7-1，所述加热蓄热一体式电锅炉9内设有第二温度感应器7-2。

其中，所述加热蓄热一体式电锅炉9内设有固体蓄热系统和PTC加热系统，所述固体蓄热系统主要包括蓄热池和固体蓄热管，所述蓄热池为双层铝合金外壳的内空长方体结构，双层铝合金外壳内填充有绝热石棉网9-12；所述蓄热池内设有若干固体蓄热管，若干固体蓄热管安装在蓄热池顶部，固体蓄热管采用固体蓄热氧化镁管9-11；所述加热蓄热一体式电锅炉9通过蓄热池下部进水口和过滤器6相连通，蓄热池上部出水口和第六阀门3-6相连通。

其中，所述固体蓄热氧化镁管9-11内设有PTC加热系统，PTC加热系统由若干发热单元9-21组成，发热单元9-21由PTC电阻陶瓷9-211、铝壳9-212、绝缘膜9-213和铜管9-214组成；所述PTC电阻陶瓷9-211嵌入在铝壳9-212内，铝壳9-212外部包裹有绝缘膜9-213，包由绝缘膜9-213的铝壳9-212套入在铜管9-214内，铜管9-214套入在固定蓄热氧化镁管9-11内；所述PTC电阻陶瓷9-211和电极13电性连接。固定蓄热氧化镁管这种特殊的蓄热材料相较于一般的储热材料热量大、密度高、耐高温等，由于固体储热材料耐高温能力较高，因此它能够储存更多、温度更高的热能，不会像水压力那样随温度升高。固体蓄热式电锅炉的体积相较于普通蓄热式电锅炉要小很多，大概只有它们的七分之一，很大程度的缩减了锅炉占用的空间，并减少了运行成本的使用。

其中，所述加热蓄热一体式电锅炉9上方还设有PLC控制器，外部电源电性连接PLC控制器和水泵8，PLC控制器分别电性连接第一温度感应器7-1、第二温度感应器7-2和电极13。

其中，所述第一温度感应器7-1和第二温度感应器7-2均采用型号为CE-R07-74MD2-0.5的热电阻传感器；所述PLC控制器采用型号为FX2N-56。

其中，所述第一阀门3-1、第二阀门3-2、第三阀门3-3、第四阀门3-4、第五阀门3-5和第六阀门3-6还可以是电磁阀，所述PLC控制器电性连接第一阀门3-1、第二阀门3-2、第三阀门3-3、第四阀门3-4、第五阀门3-5和第六阀门3-6。

需要说明的是，本实用新型为一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，使用时将太阳能集热器1安装于室外或房顶，将过滤器6、水泵8、加热蓄热一体式电锅炉9、室内散热器11和地暖12安装于室内；本系统采用太阳能集热器1和加热蓄热一体式电锅炉9两种加热方式，两种加热方式可独立工作，也可相互配合工作。

当天气晴朗、阳光明媚时，可采用太阳能集热器1独立工作，此时发热单元9-21处于闲置状态，第二阀门3-2处于关闭状态，且第一阀门3-1、第三阀门3-3、第四阀门3-4、第五阀门3-5和第六阀门3-6处于开启状态，接通外部电源，水泵8所在电路处于接通状态，此时补给水管2内的冷水进入太阳能集热器1，太阳能集热器1出来的热水依次经过第一阀门3-1、第三阀门3-3、过滤器6、加热蓄热一体式电锅炉9和第六阀门3-6后进入水泵8，在水泵8的作用下将热水泵出，泵出的热水一部分可以用于生活热水接水口10，生活热水接水口10可以连接淋浴接头、冷热水水龙头等，提供人们生活用水，一部分经第四阀门3-4后流入室内散热器11，提供室内取暖，一部分经水流分接器后流入地暖12，经室内散热器11和地暖12流出的水经回水管5后和太阳能集热器1流出的热水一道再次流过第三阀门3-3、过滤器6、加热蓄热一体式电锅炉9和第六阀门3-6后进入水泵8，实现水循环。

当加热蓄热一体式电锅炉9单独工作时，第一阀门3-1处于关闭状态，且第二阀门3-2、第三阀门3-3、第四阀门3-4、第五阀门3-5和第六阀门3-6处于开启状态，接通外部电源，水泵8所在电路处于接通状态，此时补给水管2内的冷水流经第二阀门3-2、过滤器6、加热蓄热一体式电锅炉9和第六阀门3-6后进入水泵8，在水泵8的作用下将热水泵出，泵出的热水一部分可以用于生活热水接水口10，生活热水接水口10可以连接淋浴接头、冷热水水龙头等，提供人们生活用水，一部分经第四阀门3-4后流入室内散热器11，提供室内取暖，一部分经水流分接器后流入地暖12，经室内散热器11和地暖12流出的水经回水管5后和太阳能集热器1流出的热水一道再次流过第三阀门3-3、过滤器6、加热蓄热一体式电锅炉9和第六阀门3-6后进入水泵8，实现水循环。

当采用太阳能集热器1和加热蓄热一体式电锅炉9配合使用的方式进行加热时，此时第四阀门3-4、第五阀门3-5和第六阀门3-6均处于开启状态，接通外部电源，水泵8、PLC控制器、第一温度感应器7-1和第二温度感应器7-2均处于工作状态，为了方便太阳能集热器1和PTC加热系统高效运行，本系统可根据外部环境以及气候条件变化进行合理控制，(1)当第一温度感应器7-1温度小于等于40℃，第二温度感应器7-2温度小于等于80℃时，PLC控制器控制关闭第一阀门3-1，打开第二阀门3-2和第三阀门3-3；太阳能集热器1停止工作，PTC加热系统单独加热工作；(2)当第一温度感应器7-1温度小于等于40℃，第二温度感应器7-2温度大于等于80℃时，PLC控制器控制关闭第一阀门3-1，打开第二阀门3-2和第三阀门3-3；并且太阳能集热器1与PTC加热系统均停止加热工作，固体蓄热系统中的蓄热池为蓄满热状态；(3)当第一温度感应器7-1温度大于40℃小于55℃，第二温度感应器7-2温度小于等于80℃时，PLC控制器控制关闭第二阀门3-2，打开第一阀门3-1和第三阀门3-3；并且太阳能集热器1与PTC加热系统同时加热工作；(4)当第一温度感应器7-1温度大于40℃小于55℃，第二温度感应器7-2温度大于等于80℃时，PLC控制器控制关闭第二阀门3-2，打开第一阀门3-1和第三阀门3-3；并且太阳能集热器1单独工作，固体蓄热系统中的蓄热池为蓄满热状态；(5)当第一温度感应器7-1温度大于等于55℃，第二温度感应器7-2温度小于等于80℃时，PLC控制器控制关闭第二阀门3-2，打开第一阀门3-1和第三阀门3-3；并且太阳能集热器1单独加热工作；(6)当第一温度感应器7-1温度大于等于55℃，第二温度感应器7-2温度大于等于80℃时，PLC控制器控制关闭第二阀门3-2，打开第一阀门3-1和第三阀门3-3；并且太阳能集热器1单独工作，固体蓄热系统中的蓄热池为蓄满热状态。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，主要包括太阳能集热器、补给水管、水泵、加热蓄热一体式电锅炉、室内散热器和地暖，其特征在于：太阳能集热器的入水口通过入水管和补给水管连通，补给水管一端连接外部自来水管、另一端连接第二阀门，第二阀门通过水管分别连接第三阀门和过滤器；第三阀门通过水管分别连接第一阀门和室内散热器的出水口，所述过滤器通过水管和加热蓄热一体式电锅炉的入水口连通，加热蓄热一体式电锅炉的出水口通过水管和第六阀门连接，第六阀门通过水管和水泵的进水口连接，水泵的出水口和热水出水管连通，热水出水管分别连接生活热水接水口、室内散热器的进水口和水流分接器的入口，水流分接器的出口连接第五阀门，第五阀门连接地暖。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，其特征在于：所述太阳能集热器主要包括壳体、水流流道、保温层、吸热板和透明盖板，所述壳体呈无盖长方体结构，所述保温层嵌于壳体底部，保温层上部设有吸热板，所述水流流道嵌于吸热板内部设置，水流流道分别连接入水管和出水管，所述透明盖板嵌于壳体顶部且和壳体顶部密封连接，所述透明盖板和吸热板之间设有空气层。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，其特征在于：所述壳体内设有第一温度感应器，所述加热蓄热一体式电锅炉内设有第二温度感应器。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，其特征在于：所述加热蓄热一体式电锅炉内设有固体蓄热系统和PTC加热系统，所述固体蓄热系统主要包括蓄热池和固体蓄热管，所述蓄热池为双层铝合金外壳的内空长方体结构，双层铝合金外壳内填充有绝热石棉网；所述蓄热池内设有若干固体蓄热管，若干固体蓄热管安装在蓄热池顶部，固体蓄热管采用固体蓄热氧化镁管；所述加热蓄热一体式电锅炉通过蓄热池下部进水口和过滤器相连通，蓄热池上部出水口和第六阀门相连通。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，其特征在于：所述固体蓄热氧化镁管内设有PTC加热系统，PTC加热系统由若干发热单元组成，发热单元由PTC电阻陶瓷、铝壳、绝缘膜和铜管组成；所述PTC电阻陶瓷嵌入在铝壳内，铝壳外部包裹有绝缘膜，包由绝缘膜的铝壳套入在铜管内，铜管套入在固定蓄热氧化镁管内；所述PTC电阻陶瓷和电极电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助PTC加热的固体蓄热式供暖系统，其特征在于：所述加热蓄热一体式电锅炉上方还设有PLC控制器，外部电源电性连接PLC控制器和水泵，PLC控制器分别电性连接第一温度感应器、第二温度感应器和电极。