CN212227500U - 一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，该恒温箱系统包括：太阳能供热单元包括热管，热管的两端串联有阀门T2、水泵和第一板式换热器，热管用于吸收太阳热能将其内部流经的液体介质进行加热；恒温箱包括外层壳体和内层壳体，外层壳体和内层壳体之间形成腔体，腔体通过加热管路串联于热管和水泵之间，加热管路上设置有阀门T1，内层壳体的内表面设置有翅片，翅片用于增加恒温箱的表面积；第一制冷单元的注水端通过阀门T9连接于外层壳体的进水口，第一制冷单元的回水端连接于外层壳体的出水口。通过本申请中的技术方案，在降低了恒温箱耗能的同时，增大了恒温箱内部的表面积，提高了恒温箱内部温度的均匀性。

Description

一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统

技术领域

本申请涉及恒温箱的技术领域，具体而言，涉及一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统。

背景技术

恒温箱主要由箱体、制冷系统、加热系统、空气循环系统以及控制系统等组成，主要作用是维持箱体内微环境的温度恒定，以便于对箱内的待测元件进行相关测试。

而现有技术中的恒温箱通常存在以下问题：

(1)恒温箱采用高品位能源电能进行加热作业，电能利用率较低，而且作业过程中产生的热量直接排放至空气，造成了能源的浪费；

(2)恒温箱在制冷/加热时，恒温箱内部温度不均，而且恒温箱的压缩机通常设置在恒温箱的内部，箱内噪音较大；

(3)恒温箱工作时，电加热与压缩机等用电设备不能脱离电网运行，使用范围受限。

实用新型内容

本申请的目的在于：降低恒温箱耗能的同时，增大恒温箱内部的表面积，以提高恒温箱内部温度的均匀性。

本申请的技术方案是：提供了一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，恒温箱系统包括：恒温箱，太阳能供热单元和第一制冷单元；太阳能供热单元包括热管，热管的两端串联有阀门T2、水泵和第一板式换热器，热管用于吸收太阳热能将其内部流经的液体介质进行加热；恒温箱包括外层壳体和内层壳体，外层壳体和内层壳体之间形成腔体，腔体通过加热管路串联于热管和水泵之间，加热管路上设置有阀门T1，内层壳体的内表面设置有翅片，翅片用于增加恒温箱的表面积；第一制冷单元的注水端通过阀门T9连接于外层壳体的进水口，第一制冷单元的回水端连接于外层壳体的出水口，第一制冷单元用于向外层壳体和内层壳体之间注入流水，以带走内层壳体表面的热量。

上述任一项技术方案中，进一步地，恒温箱系统还包括第二制冷单元，第二制冷单元内流经有冷媒，第二制冷单元，包括：箱内制冷器，第一压缩机，第二板式换热器；箱内制冷器、第一压缩机和第二板式换热器串联连接，箱内制冷器利用冷媒对恒温箱的内部进行降温，第二板式换热器用于对冷媒进行换热。

上述任一项技术方案中，进一步地，第二制冷单元，还包括：冷凝器；冷凝器与第二板式换热器并联，冷凝器的输出端通过阀门T4连接于箱内制冷器的输入端，阀门T4处于打开状态时，冷凝器用于对第二制冷单元中的冷媒进行换热。

上述任一项技术方案中，进一步地，冷凝器为风冷式冷凝器。

上述任一项技术方案中，进一步地，第一压缩机和第二板式换热器之间串联有阀门T6，第二板式换热器换热时，阀门T6处于打开状态；第二板式换热器和箱内制冷器之间串联有第一节流阀，第一节流阀的开合度正比于箱内制冷器内的冷媒流量。

上述任一项技术方案中，进一步地，第一板式换热器和第二板式换热器设置有两路通道，第一板式换热器的第一通道连接于热管，第二板式换热器的第一通道连接于箱内制冷器，第一板式换热器的第二通道通过辅助通道与第二板式换热器的第二通道串联，辅助通道内流经有换热介质，恒温箱系统还设置有建筑供热单元，建筑供热单元串联于辅助通道上，辅助通道上还设置有四通换向阀、第二压缩机以及第二节流阀，其中，第二节流阀的开合度正比于建筑供热单元内换热介质的流量，当四通换向阀处于第一导通状态时，换热介质在第二压缩机的作用下，依次经过第二板式换热器、第一板式换热器、四通换向阀、第二压缩机、建筑供热单元、第二节流阀。

上述任一项技术方案中，进一步地，辅助通道还与冷凝器串联，其中，当四通换向阀处于第二导通状态时，换热介质在第二压缩机的作用下，依次经过建筑供热单元、第二压缩机、四通换向阀、冷凝器和第二节流阀。

上述任一项技术方案中，进一步地，太阳能供热单元还包括太阳能光伏板，太阳能光伏板连接有储能电池和逆变器，太阳能光伏板用于将吸收的太阳能转换为电能后存储于储能电池，逆变器用于将储能电池释放的电能进行转换后为恒温箱系统进行供电。

本申请的有益效果是：

本申请通过将恒温箱箱体设置成双层结构，并在内层壳体的上表面设置翅片，利用内层壳体内壁和翅片，对恒温箱内的温度进行调节，提高了恒温箱内温度的均匀性。通过设置太阳能热管，利用太阳热能作为热源，通过设置可以注入流水的第一制冷单元作为冷源，降低了恒温箱电能的使用量，节约了能源消耗，并降低了箱内的噪音。

本申请还通过设置第二制冷单元，以便于与第一制冷单元的制冷能力形成互补，同时，设置双管路的第二板式换热器和第一板式换热器，配合建筑供热单元，将恒温箱系统中产生的热量和太阳能中的热量，传递至建筑供热单元，进行热量的二次利用，进一步提高能源的利用率。

本申请中，在使用太阳能热管的前提下，还可以设置太阳能光伏板，并利用储能电池和逆变器，实现对恒温箱系统中用电元件进行供电，有助于实现脱离电网运行，提高了恒温箱系统的适用范围。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本申请的一个实施例的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统的示意框图；

图2是根据本申请的一个实施例的恒温箱制热原理的示意图；

图3是根据本申请的一个实施例的第一制冷单元作业原理的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实施例提供了一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，以检测服务器性能的恒温箱系统为例，对本实施例中的恒温箱系统进行说明。

本实施例中的恒温箱系统包括：恒温箱10，太阳能供热单元和第一制冷单元20；太阳能供热单元包括热管31，热管31的两端串联有阀门T2、水泵32和第一板式换热器33，热管31用于吸收太阳热能将其内部流经的液体介质进行加热；恒温箱10包括外层壳体11和内层壳体12，外层壳体11和内层壳体12之间形成腔体，腔体通过加热管路串联于热管31和水泵32之间，加热管路上设置有阀门T1，内层壳体12的内表面设置有翅片13，翅片13用于增加恒温箱10的表面积；

具体的，如图2所示，当恒温箱10内的温度需要升温时，即恒温箱系统处于制热状态，此时，阀门T1打开、阀门T2关闭，热管31吸收太阳热能，将其内部的液体介质进行加热，加热后的液体介质在水泵32的作用下，通过加热管路进入恒温箱10，对内层壳体12进行加热，并通过翅片13与恒温箱10内的空气进行热交换，为了加快空气的换热效率，可以在恒温箱10内设置风扇，风扇开启后，气流方向如图2中箭头所示。

加热管路中的液体介质对内层壳体12加热后，流入第一板式换热器33，进一步换热后，重新流入热管31，完成在恒温箱10中的热循环。

第一制冷单元20的注水端通过阀门T9连接于外层壳体11的进水口，第一制冷单元20的回水端连接于外层壳体11的出水口，第一制冷单元20用于向外层壳体11和内层壳体12之间注入流水，以带走内层壳体12表面的热量。

具体的，如图3所示，本实施例中，利用自来水管道作为第一制冷单元20。当恒温箱10内的温度需要降温时，即恒温箱系统处于制冷状态，此时，阀门T1关闭、阀门T2、T9打开，第一制冷单元20中的流水注入外层壳体11和内层壳体12之间，对内层壳体12进行降温，再通过翅片13与恒温箱10内的空气进行冷量交换，使恒温箱内温度降低。

进一步的，恒温箱系统还包括第二制冷单元，第二制冷单元内流经有冷媒，第二制冷单元，包括：箱内制冷器41，第一压缩机42，第二板式换热器43；箱内制冷器41、第一压缩机42和第二板式换热器43串联连接，箱内制冷器41利用冷媒对恒温箱10的内部进行降温，第二板式换热器43用于对冷媒进行换热。

具体的，通过设置第二制冷单元，与第一制冷单元的制冷能力进行互补，当恒温箱10内的需要保持较低温度或者恒温箱10内部温度较高时，由第二制冷单元和第一制冷单元共同对恒温箱10进行制冷作业。

阀门T6打开，在第一压缩机42的作用下，冷媒经过箱内制冷器41对恒温箱10进行吸热降温，之后由第二板式换热器43对吸热后的冷媒进行换热。

进一步的，第二制冷单元，还包括：冷凝器44；冷凝器44与第二板式换热器43并联，冷凝器44的输出端通过阀门T4连接于箱内制冷器41的输入端，阀门T4处于打开状态时，冷凝器44用于对第二制冷单元中的冷媒进行换热，其中，冷凝器44为风冷式冷凝器。

具体的，还可以在第二板式换热器43的两端并联设置冷凝器44，关闭阀门T6，打开阀门T4，吸热后的冷媒在冷凝器44中进行换热，之后重新返回至箱内制冷器41。

本实施例中的冷凝器44还可以为冷却塔或其他冷却设备。

进一步的，第一压缩机42和第二板式换热器43之间串联有阀门T6，第二板式换热器43换热时，阀门T6处于打开状态；第二板式换热器43和箱内制冷器41之间串联有第一节流阀45，第一节流阀45的开合度正比于箱内制冷器41内的冷媒流量，因此，通过调节第一节流阀45，可以控制箱内制冷器41内的冷媒流量。

为了提高恒温箱系统中热能的利用效率，将吸收或散发出的热量进行再次利用，提高能源的利用效率。

因此，在上述实施例的基础上，恒温箱系统中的第一板式换热器33和第二板式换热器43设置有两路通道，第一板式换热器33的第一通道连接于热管31，第二板式换热器43的第一通道连接于箱内制冷器41，第一板式换热器33的第二通道通过辅助通道与第二板式换热器43的第二通道串联，辅助通道内流经有换热介质，恒温箱系统还设置有建筑供热单元53，建筑供热单元53串联于辅助通道上，辅助通道上还设置有四通换向阀51、第二压缩机52以及第二节流阀54，其中，第二节流阀54的开合度正比于建筑供热单元53内换热介质的流量，当四通换向阀51处于第一导通状态时，换热介质在第二压缩机52的作用下，依次经过第一板式换热器33、四通换向阀51、第二压缩机52、建筑供热单元53、第二节流阀54和第二板式换热器43。

进一步的，辅助通道还与冷凝器44串联，其中，当四通换向阀51处于第二导通状态时，换热介质在第二压缩机52的作用下，依次经过建筑供热单元53、第二压缩机52、冷凝器44和第二节流阀54。

具体的，为了对本实施例中恒温箱系统的作业原理进行说明，将恒温箱系统的工作环境分为冬、夏、春/秋三季。

在冬季时，当恒温箱10内需要加热时，阀门T1打开，阀门T2关闭，热管31中液体介质吸收热量通过内层壳体12进行加热，当无需加热时，阀门T1关闭，阀门T2打开。

当恒温箱10内需要制冷时，阀门T4关闭，阀门T6、T9打开，由第一制冷单元20和箱内制冷器41提供冷量，一部分热量由第二板式换热器43进行换热，另一部热量由第一制冷单元20中的流水带走，该流水可以为自来水。

同时，阀门T3、T7关闭，阀门T5、T8打开，四通换向阀51处于第一导通状态，第二压缩机52运行，从第二板式换热器43和第一板式换热器33中得到热量，热量最终到达建筑供热单元53，实现热量的二次利用。

在夏季时，当恒温箱10内需要加热时，阀门T1打开，阀门T2关闭，热管31中液体介质吸收热量通过内层壳体12进行加热，当无需加热时，阀门T1关闭，阀门T2打开。

当恒温箱10内需要制冷时，阀门T6关闭，阀门T4、T9打开，由冷凝器44带走恒温箱10中的一部分热量，另一部分热量则由第一制冷单元20中的流水带走。

同时，阀门T3、T7打开，阀门T5、T8关闭，四通换向阀51处于第二导通状态，还可以利用冷凝器44(冷却塔)对建筑供热单元53进行降温。

在春/秋季时，当恒温箱10内需要加热时，阀门T1打开，阀门T2关闭，热管31中液体介质吸收热量通过内层壳体12进行加热，当无需加热时，阀门T1关闭，阀门T2打开。

当恒温箱10内需要制冷时，阀门T6关闭，阀门T4、T9打开，由冷凝器44带走恒温箱10中的一部分热量，另一部分热量则由第一制冷单元20中的流水带走。

同时，由于春/秋季节，建筑不需要热/冷量。辅助通道关闭，阀门T3、T7、T5、T8关闭，第二压缩机52停止运行。

进一步的，太阳能供热单元还包括太阳能光伏板34，太阳能光伏板34连接有储能电池35和逆变器36，太阳能光伏板34用于将吸收的太阳能转换为电能后存储于储能电池35，逆变器36用于将储能电池35释放的电能进行转换后为恒温箱系统进行供电，使得本实施例中的恒温箱系统能够脱网运行。

需要说明的是，本实施例中各阀门、压缩机、水泵、四通换向阀换热板、冷凝器的控制采用常规温度控制即可实现，本实施例中不再赘述。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，该恒温箱系统包括：太阳能供热单元包括热管，热管的两端串联有阀门T2、水泵和第一板式换热器，热管用于吸收太阳热能将其内部流经的液体介质进行加热；恒温箱包括外层壳体和内层壳体，外层壳体和内层壳体之间形成腔体，腔体通过加热管路串联于热管和水泵之间，加热管路上设置有阀门T1，内层壳体的内表面设置有翅片，翅片用于增加恒温箱的表面积；第一制冷单元的注水端通过阀门T9连接于外层壳体的进水口，第一制冷单元的回水端连接于外层壳体的出水口。通过本申请中的技术方案，在降低了恒温箱耗能的同时，增大了恒温箱内部的表面积，提高了恒温箱内部温度的均匀性。

在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (8)

1.一种基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述恒温箱系统包括：恒温箱(10)，太阳能供热单元和第一制冷单元(20)；

所述太阳能供热单元包括热管(31)，所述热管(31)的两端串联有阀门T2、水泵(32)和第一板式换热器(33)，所述热管(31)用于吸收太阳热能将其内部流经的液体介质进行加热；

所述恒温箱(10)包括外层壳体(11)和内层壳体(12)，所述外层壳体(11)和所述内层壳体(12)之间形成腔体，所述腔体通过加热管路串联于所述热管(31)和所述水泵(32)之间，所述加热管路上设置有阀门T1，所述内层壳体(12)的内表面设置有翅片(13)，所述翅片(13)用于增加所述恒温箱(10)的表面积；

所述第一制冷单元(20)的注水端通过阀门T9连接于所述外层壳体(11)的进水口，所述第一制冷单元(20)的回水端连接于所述外层壳体(11)的出水口，所述第一制冷单元(20)用于向所述外层壳体(11)和所述内层壳体(12)之间注入流水，以带走所述内层壳体(12)表面的热量。

2.如权利要求1所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述恒温箱系统还包括第二制冷单元，所述第二制冷单元内流经有冷媒，所述第二制冷单元，包括：箱内制冷器(41)，第一压缩机(42)，第二板式换热器(43)；

所述箱内制冷器(41)、所述第一压缩机(42)和所述第二板式换热器(43)串联连接，所述箱内制冷器(41)利用所述冷媒对所述恒温箱(10)的内部进行降温，所述第二板式换热器(43)用于对所述冷媒进行换热。

3.如权利要求2所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述第二制冷单元，还包括：冷凝器(44)；

所述冷凝器(44)与所述第二板式换热器(43)并联，所述冷凝器(44)的输出端通过阀门T4连接于所述箱内制冷器(41)的输入端，所述阀门T4处于打开状态时，所述冷凝器(44)用于对所述第二制冷单元中的所述冷媒进行换热。

4.如权利要求3所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述冷凝器(44)为风冷式冷凝器。

5.如权利要求3所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述第一压缩机(42)和所述第二板式换热器(43)之间串联有阀门T6，所述第二板式换热器(43)换热时，所述阀门T6处于打开状态；

所述第二板式换热器(43)和所述箱内制冷器(41)之间串联有第一节流阀(45)，所述第一节流阀(45)的开合度正比于所述箱内制冷器(41)内的冷媒流量。

6.如权利要求5所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述第一板式换热器(33)和所述第二板式换热器(43)设置有两路通道，所述第一板式换热器(33)的第一通道连接于所述热管(31)，所述第二板式换热器(43)的第一通道连接于所述箱内制冷器(41)，所述第一板式换热器(33)的第二通道通过辅助通道与所述第二板式换热器(43)的第二通道串联，所述辅助通道内流经有换热介质，

所述恒温箱系统还设置有建筑供热单元(53)，所述建筑供热单元(53)串联于所述辅助通道上，所述辅助通道上还设置有四通换向阀(51)、第二压缩机(52)以及第二节流阀(54)，

其中，所述第二节流阀(54)的开合度正比于所述建筑供热单元(53)内所述换热介质的流量，

当所述四通换向阀(51)处于第一导通状态时，所述换热介质在所述第二压缩机(52)的作用下，依次经过所述第二板式换热器(43)、所述第一板式换热器(33)、所述四通换向阀(51)、所述第二压缩机(52)、所述建筑供热单元(53)、所述第二节流阀(54)。

7.如权利要求6所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述辅助通道还与所述冷凝器(44)串联，

其中，当所述四通换向阀(51)处于第二导通状态时，所述换热介质在所述第二压缩机(52)的作用下，依次经过所述建筑供热单元(53)、所述第二压缩机(52)、四通换向阀(51)、所述冷凝器(44)和所述第二节流阀(54)。

8.如权利要求1至7中任一项所述的基于太阳能和建筑供能的恒温箱系统，其特征在于，所述太阳能供热单元还包括太阳能光伏板(34)，所述太阳能光伏板(34)连接有储能电池(35)和逆变器(36)，所述太阳能光伏板(34)用于将吸收的太阳能转换为电能后存储于所述储能电池(35)，所述逆变器(36)用于将所述储能电池(35)释放的电能进行转换后为所述恒温箱系统进行供电。

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