CN209944492U - 基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，属于采暖设备技术领域。包括太阳能集热器，所述的太阳能集热器入口端连通有自来水补水端，出口端连通有生活用水箱，所述的太阳能集热器出口端还连通有供暖水箱，所述的供暖水箱连通有循环供热管路，所述的生活用水箱和供暖水箱上均设有用于提高蓄热性的相变蓄热层和用于电辅助制热的电热模块。以太阳能加热为主、利用水箱相变蓄热技术、尖峰时用电辅助加热，系统灵活，即充分拓展了太阳能热水器的功能，不仅可以四季提供生活热水，冬季时还可供暖，从而降低了用户的供热设备投入和供热使用成本。使城市周边及广大农村农户供热成为可能。

Description

基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，属于采暖设备技术领域。

背景技术

目前，由于环保因素，国内供暖煤改电正如火如荼，各种供暖方式层出不穷，但针对非集中供热的城市周边及广大农村的供暖方式很少，且不适用。如燃气供热，气量不足，供热费用超高；电供暖受电网建设原因，使农村用电受到限制，且电补贴不到位，使供热费用超过人们的承受力；空气源热泵在低温时段达不到效果。目前国内农村煤改电总体推进缓慢。

针对上述已有技术状况，本实用新型申请人做了大量反复而有益的探索，最终产品取得了有效的成果，并且形成了下面将要介绍的技术方案。

实用新型内容

针对上述的不足，本实用新型提供了一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，以太阳能加热为主、利用水箱相变蓄热技术、尖峰时用电辅助加热，系统灵活，即充分拓展了太阳能热水器的功能，不仅可以四季提供生活热水，冬季时还可供暖，从而降低了用户的供热设备投入和供热使用成本，使城市周边及广大农村农户供热成为可能。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，包括太阳能集热器，所述太阳能集热器入口端连通有自来水补水端，出口端连通有生活用水箱，所述太阳能集热器出口端还连通有供暖水箱，所述的供暖水箱连通有循环供热管路，所述的生活用水箱和供暖水箱上均设有用于提高蓄热量的相变蓄热层和用于电辅助制热的电热模块。

进一步地，所述的太阳能集热器入口端设有与外部自来水补水端相连通的总进水管，所述的总进水管上设有用于总控系统水源输入的供水电磁阀，太阳能集热器出口端设有热水导流管，所述的热水导流管末端设有分别连通生活用水箱和供暖水箱的两条分支管，所述的生活用水箱入水口对应的分支管上设有分流电磁阀一，所述的供暖水箱入水口对应的分支管上设有分流电磁阀二。

进一步地，所述的电热模块包括电热丝一，所述的生活用水箱内部分别设有电热丝一、温度传感器一以及浮位计一，所述的电热丝一位于靠近生活用水箱的入水口侧，所述的温度传感器一位于生活用水箱箱体底部，所述的浮位计一位于生活用水箱箱内液面上，所述的生活用水箱出水口连接有外部生活用水终端，且生活用水箱与外部生活用水终端之间的连通管路上设有用水控制阀。

进一步地，所述的电热模块还包括电热丝二，所述的供暖水箱内部分别设有电热丝二、温度传感器二以及浮位计二，所述的电热丝二位于靠近供暖水箱的入水口侧，所述的温度传感器二位于供暖水箱箱体底部，所述的浮位计二位于供暖水箱箱内液面上。

进一步地，所述的循环供热管路采用设置在供暖水箱外侧的循环管路，所述循环管路的入水口与供暖水箱出水口相连通，所述循环管路的出水口经循环后连通至供暖水箱内部，循环管路上依次设有循环泵模块和循环电磁阀、用于室内供热的暖气片以及用于循环管路定期排气的排气阀，所述的排气阀与外部排气终端相连通。

进一步地，所述的循环管路上设有一条连通至太阳能集热器入口端的冷却回流管路，所述的冷却回流管路上设有回流电磁阀和回流泵。

进一步地，所述的太阳能集热器包括集热器主体、沿积木式布置在集热器主体侧部的多条安装侧管以及均匀设置在安装侧管上的多条集热管。

进一步地，所述的相变蓄热层包括蓄热层下板、蓄热层上板、密封钢管、有机相变材质以及法兰连接螺栓，所述的蓄热层下板和蓄热层上板之间均匀设有多个管状空腔，且管状空腔内分别设有管状的密封钢管，所述的密封钢管内部封装有有机相变材质，所述的蓄热层下板和蓄热层上板之间设有用于提高密封性的密封圈，且通过法兰连接螺栓固定连接。

进一步地，所述生活用水箱中的温度传感器一和浮位计一、以及供暖水箱中的温度传感器二和浮位计二分别连通有单片机控制模块输入端，所述的单片机控制模块输出端电连接有继电器模块输入端，所述的继电器模块输出端分别电连接有生活用水箱中的电热丝一、供暖水箱中的电热丝二、总进水管上的供水电磁阀、热水导流管上的分流电磁阀一和分流电磁阀二、循环管路上的循环泵和循环电磁阀以及冷却回流管路上的回流电磁阀和回流泵，所述的单片机控制模块上还电连接有数据存储模块以及供电模块。

进一步地，所述的单片机控制模块输出端和继电器模块输入端之间电连接有PNP型三极管，所述的供电模块包括供电电源和电源开关，所述的电源开关设置在供电电源上，所述的供电电源分别与单片机控制模块和继电器模块相电连接。

本实用新型的有益效果：

1.该系统以太阳能加热为主、利用水箱相变蓄热技术、尖峰时用电辅助加热，系统灵活，即充分拓展了太阳能热水器的功能，不仅可以四季提供生活热水，冬季时还可供暖，从而降低了用户的供热设备投入以及供热使用成本；

2.利用相变蓄热层的高效蓄热性，大大增加了生活用水箱与供暖水箱的蓄热量，减少了制热成本投入；同时增加了集热管的数量，充分加大太阳能的吸热量，使太阳能热水成为主供热，降低了能耗；

3.夏季仅用太阳能集热设备即可完全提供用户生活用水；冬季可同时供暖及提供生活用水，电辅助供热仅在尖峰时刻投入，有效降低能耗成本，成本低廉，利于农村及城市周边推广。

4.采用智能控制，根据生活用水箱与供暖水箱内的水温状况，自动控制电辅热采暖的工作方式，节省了人力物力。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型中太阳能集热器上的集热管的排布方式示意图；

图3为本实用新型中相变蓄热层的结构示意图；

图4为本实用新型的控制原理示意图。

图中，总进水管1、供水电磁阀11、太阳能集热器2、集热器主体21、安装侧管22、集热管23、热水导流管24、分流电磁阀一25、分流电磁阀二26、生活用水箱3、电热丝一31、温度传感器一32、浮位计一33、用水控制阀34、供暖水箱4、电热丝二41、温度传感器二42、浮位计二43、循环管路44、循环泵45、循环电磁阀46、排气阀47、相变蓄热层5、蓄热层下板51、蓄热层上板52、密封钢管53、有机相变材质54、法兰连接螺栓55、密封圈56、暖气片6、冷却回流管路7、回流电磁阀71、回流泵72、单片机控制模块8、继电器模块81、数据存储模块82、供电模块9、供电电源91、电源开关92。

具体实施方式

为了更好地理解，下面结合附图来详细解释本实用新型的实施方式。

如图1所示，一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，包括总进水管1、太阳能集热器2、热水导流管24、分流电磁阀一25、分流电磁阀二26、生活用水箱3、供暖水箱4、相变蓄热层5、暖气片6、冷却回流管路7、单片机控制模块8，所述的太阳能集热器2入口端设有与外部自来水补水端相连通的总进水管1，所述的总进水管1上设有用于总控系统水源输入的供水电磁阀11，太阳能集热器2出口端设有用于传导经太阳能集热器2升温后用水的热水导流管24，所述的热水导流管24末端设有分别连通生活用水箱3和供暖水箱4的两条分支管，所述的生活用水箱3入水口对应的分支管上设有分流电磁阀一25，所述的供暖水箱4入水口对应的分支管上设有分流电磁阀二26，所述的生活用水箱3和供暖水箱4采用连体分箱设置，且生活用水箱3和供暖水箱4顶部分别采用相变蓄热层5，有效提高了蓄热性。

所述的生活用水箱3内部分别设有与单片机控制模块8相电连接的电热丝一31、温度传感器一32以及浮位计一33，其中，所述的电热丝一31位于靠近生活用水箱3的入水口侧，所述的温度传感器一32位于生活用水箱3箱体底部，所述的浮位计一33位于生活用水箱3箱内液面上，所述的生活用水箱3出水口连接有外部生活用水终端，且生活用水箱3与外部生活用水终端之间的连通管路上设有用水控制阀34。

所述的供暖水箱4内部分别设有与单片机控制模块8相电连接的电热丝二41、温度传感器二42以及浮位计二43，其中，所述的电热丝二41位于靠近供暖水箱4的入水口侧，所述的温度传感器二42位于供暖水箱4箱体底部，所述的浮位计二43位于供暖水箱4箱内液面上。

所述的供暖水箱4外侧设有一条用于室内供热水流通的循环管路44，所述循环管路44的入水口与供暖水箱4出水口相连通，所述循环管路44的出水口经循环后连通至供暖水箱4内部，循环管路44上依次设有与单片机控制模块8相电连接的循环泵模块45和循环电磁阀46、用于室内供热的暖气片6以及用于循环管路44定期排气的排气阀47，所述的排气阀47与外部排气终端相连通。

所述的循环管路44上还设有一条连通至总进水管1的冷却回流管路7，所述的冷却回流管路7上设有回流电磁阀71和回流泵72，用以定期开启，并将经暖气片6散热后的冷却水回流至太阳能集热器2重新利用。

需要说明的是，所述的冷却回流管路7与总进水管1的连接点位于总进水管1上供水电磁阀11的下游处，所述的循环管路44和暖气片6通体采用不锈钢材质，无需除锈等操作。

如图2所示，所述的太阳能集热器2包括集热器主体21、沿积木式布置在集热器主体21侧部的多条安装侧管22以及均匀设置在安装侧管22上的多条集热管23，有效增加了集热管23的数量及其表面与太阳光的接触面积，提升了太阳能的利用率与吸热量。

如图3所示，所述的相变蓄热层5包括蓄热层下板51、蓄热层上板52、密封钢管53、有机相变材质54、法兰连接螺栓55以及密封圈56，所述的蓄热层下板51和蓄热层上板52之间均匀设有多个管状空腔，且管状空腔内分别设有管状的密封钢管53，所述的密封钢管53内部封装有有机相变材质54，用以使得封装后的相变材料不与传热流体直接接触，所述的蓄热层下板51和蓄热层上板52之间设有用于提高密封性的密封圈56，并进一步通过法兰连接螺栓55固定连接。

需要说明的是，所述有机相变材质5包括但不限于石蜡、脂酸类、多元醇。

如图4所示，所述的单片机控制模块8采用AT80C51型号，且单片机控制模块8输入端分别与生活用水箱3中的温度传感器一32和浮位计一33、供暖水箱4中的温度传感器二42和浮位计二43相电连接，单片机控制模块8输出端电连接有继电器模块81输入端，所述的继电器模块81采用HH54P1电磁继电器，且继电器模块81输出端分别电连接有生活用水箱3中的电热丝一31、供暖水箱4中的电热丝二41、总进水管1上的供水电磁阀11、热水导流管24上的分流电磁阀一25和分流电磁阀二26、循环管路44上的循环泵45和循环电磁阀46以及冷却回流管路7上的回流电磁阀71和回流泵72，所述的单片机控制模块8上还电连接有数据存储模块82以及供电模块9。

具体地，所述的单片机控制模块8输出端和继电器模块81输入端之间电连接有PNP型三极管，所述的供电模块9包括供电电源91和电源开关92，所述的电源开关92设置在供电电源91上，所述的供电电源91分别与单片机控制模块8和继电器模块81相电连接。

该小型农村采暖系统的使用过程如下：

首先，启动总进水管1上的供水电磁阀11，外部自来水补水端的水源传输至太阳能集热器2内部，并在太阳能集热器2上均匀设置的集热管23作用下高效制热，经制热后的热水沿热水导流管24分别流通至生活用水箱3和供暖水箱4，待浮位计一33检测到生活用水箱3中水满或浮位计二43检测到供暖水箱4中水满后，浮位计一33和浮位计二43均将信号传递至单片机控制模块8，单片机控制模块8通过继电器模块81进一步控制相应的分流电磁阀一25或分流电磁阀二26关闭，生活用水箱3和供暖水箱4中的热水在相变蓄热层5的蓄热性作用下高效蓄热；

其次，当需要使用热水时，打开用水控制阀34，生活用水箱3中的热水水位随使用量逐渐下降，当热水水位下降至生活用水箱3三分之一处时，浮位计一33将信号传递至单片机控制模块8，单片机控制模块8通过继电器模块81控制分流电磁阀一25启动，使太阳能集热器2中的热水补充至生活用水箱3；当出现太阳能集热器2中热水量不足而导致生活用水箱3内水温不高时，由温度传感器一32将检测信号发送至单片机控制模块8，单片机控制模块8通过继电器模块81控制相应的电热丝一31启动，直至生活用水箱3内水温达到预设定温度80摄氏度后停止工作；

最后，当需要供暖时，启动循环管路44上的循环泵45和循环电磁阀46即可，随着暖气片6逐渐散热，供暖水箱4中的水温逐渐降低，待温度传感器二42检测到供暖水箱4内温度低于预设定温度50摄氏度时，将检测信号传输至单片机控制模块8，单片机控制模块8通过继电器模块81分别控制冷却回流管路7上的回流电磁阀71和回流泵72、热水导流管24上的分流电磁阀二26以及电热丝二41启动，循环管路44中的热水在循环过程中逐渐由冷却回流管路7回流至太阳能集热器2重新制热，太阳能集热器2中的热水逐渐沿热水导流管24经分流电磁阀二26流至供暖水箱4中，同时供暖水箱4中的电热丝二41加热，使供暖水箱4内水温快速回升，待供暖水箱4内水温达到预设定温度80摄氏度时，冷却回流管路7上的回流电磁阀71和回流泵72以及供暖水箱4中的电热丝二41停止工作，即可达到实时高效供暖的效果。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，包括太阳能集热器，所述的太阳能集热器入口端连通有自来水补水端，出口端连通有生活用水箱，其特征在于：所述的太阳能集热器出口端还连通有供暖水箱，所述的供暖水箱连通有循环供热管路，所述的生活用水箱和供暖水箱上均设有用于提高蓄热性的相变蓄热层和用于电辅助制热的电热模块。

2.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述太阳能集热器入口端设有与外部自来水补水端相连通的总进水管，所述总进水管上设有用于总控系统水源输入的供水电磁阀，太阳能集热器出口端设有热水导流管，所述热水导流管末端设有分别连通生活用水箱和供暖水箱的两条分支管，所述的生活用水箱入水口对应的分支管上设有分流电磁阀一，所述的供暖水箱入水口对应的分支管上设有分流电磁阀二。

3.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的电热模块包括电热丝一，所述的生活用水箱内部分别设有电热丝一、温度传感器一以及浮位计一，所述电热丝一位于靠近生活用水箱的入水口侧，所述温度传感器一位于生活用水箱箱体底部，所述浮位计一位于生活用水箱箱内液面上，所述生活用水箱出水口连接有外部生活用水终端，且生活用水箱与外部生活用水终端之间的连通管路上设有用水控制阀。

4.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的电热模块还包括电热丝二，所述的供暖水箱内部分别设有电热丝二、温度传感器二以及浮位计二，所述的电热丝二位于靠近供暖水箱的入水口侧，所述的温度传感器二位于供暖水箱箱体底部，所述的浮位计二位于供暖水箱箱内液面上。

5.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的循环供热管路采用设置在供暖水箱外侧的循环管路，所述循环管路的入水口与供暖水箱出水口相连通，所述循环管路的出水口经循环后连通至供暖水箱内部，循环管路上依次设有循环泵模块和循环电磁阀、用于室内供热的暖气片以及用于循环管路定期排气的排气阀，所述排气阀与外部排气终端相连通。

6.如权利要求5所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的循环管路上设有一条连通至太阳能集热器入口端的冷却回流管路，所述的冷却回流管路上设有回流电磁阀和回流泵。

7.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的太阳能集热器包括集热器主体、沿积木式布置在集热器主体侧部的多条安装侧管以及均匀设置在安装侧管上的多条集热管。

8.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的相变蓄热层包括蓄热层下板、蓄热层上板、密封钢管、有机相变材质以及法兰连接螺栓，所述的蓄热层下板和蓄热层上板之间均匀设有多个管状空腔，且管状空腔内分别设有管状的密封钢管，所述的密封钢管内部封装有有机相变材质，所述的蓄热层下板和蓄热层上板之间设有用于提高密封性的密封圈，且通过法兰连接螺栓固定连接。

9.如权利要求1所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述生活用水箱中的温度传感器一和浮位计一、以及供暖水箱中的温度传感器二和浮位计二分别连通有单片机控制模块输入端，所述的单片机控制模块输出端电连接有继电器模块输入端，所述的继电器模块输出端分别电连接有生活用水箱中的电热丝一、供暖水箱中的电热丝二、总进水管上的供水电磁阀、热水导流管上的分流电磁阀一和分流电磁阀二、循环管路上的循环泵和循环电磁阀以及冷却回流管路上的回流电磁阀和回流泵，所述的单片机控制模块上还电连接有数据存储模块以及供电模块。

10.如权利要求9所述的一种基于太阳能吸热、相变蓄热、电辅热的小型农村采暖系统，其特征是，所述的单片机控制模块输出端和继电器模块输入端之间电连接有PNP型三极管，所述的供电模块包括供电电源和电源开关，所述的电源开关设置在供电电源上，所述的供电电源分别与单片机控制模块和继电器模块相电连接。

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