专利名称：沼气发电辅助加热的太阳能供热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能供热装置，特别是沼气发电辅助加热的太阳能供热装置，属可再生能源热利用技术。
背景技术：
单纯的太阳能光热利用技术相当成熟，市场上太阳能热水大系统、户用太阳能热水器的性价比也越来越高。然而太阳能供热水系统受天气影响明显，无法保证全天候高品质的热水供应，因此现在的太阳能热水系统和热水器都设置了各种辅助加热功能，最常见的是电辅助加热，电加热可以用市电或其它能源发电供应。在城市的郊区和广大的农村地区，生活垃圾、工业废水相对较集中，农村的禽畜、粪便等原料比较容易取得，运输和原料的成本较低，这些都容易产生沼气。利用沼气发电，一方面可以减少常规能源的消耗，另一方面实现了废物再利用，保护了环境。开发沼气发电辅助加热的太阳能供热装置是个很好的措施。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是设计一种沼气发电辅助加热的太阳能供热装置，实现节约能源，环境友好，全天候供应高品质热水的目的。解决本实用新型的技术问题所采用的方案是沼气发电辅助加热的太阳能供热系统，包括太阳能集热器、热水箱和热水管路，太阳能供热系统中设有沼气发电辅助加热系统，辅助加热系统包括过滤器8、空滤器12、混合器13、发动机14和发电机15、整流装置17、 和电热丝23 ；过滤器8经输气管道与沼气室和混合器13相连，空滤器12与混合器13相连， 混合器13的出口经输气管道与发动机14燃烧室相连，发电机15的转子与发动机14的输出轴相连，整流装置17的入端与发动机15的电源输出端相连、出端与辅助加热电热丝23 相连，电热丝23装于太阳能热水箱中。所述整流装置17与辅助加热电热丝23之间、经空气开关18和21并接有蓄电池 19，蓄电池19上连接有控制空气开关通断的电压检测与开关控制单元20。过滤器8与沼气室1、混合器13之间的输气管道经连接法兰连接，其间设有流量计、压力表和球阀、截止电磁阀。所述太阳能热水箱26的上部和下部分别设置有温度传感器23和25，两个传感器分别与单片机36的输入端相连，单片机36的输出端连有控制接触器辅助触点22通断的接触器线圈35和太阳能集热器出热水端的电磁阀34，接触器辅助触点22设于整流装置17 与辅助加热电热丝23之间。太阳能集热器采用平板太阳能集热器或真空管太阳能集热器，集热器与水箱之间的连接是普通非承压型太阳能热水管路，冷水从水箱底端进入，水箱底部管路接到集热器入水口，集热器出水接到水箱上部分，水箱上部分的水流出为终端客户供应热水，水箱中设有电热丝，构成电加热辅助的太阳能热水系统。电加热的能源来自于沼气发电，沼气经过流量计、法兰、球阀、截止电磁阀，连接到过滤器，过滤器去除沼气中的杂质。沼气经过滤器过滤后与来自空滤器的空气在混合器中混合，作为发动机的原料，发动机的原料燃烧后，体积膨胀，推动活塞做功。活塞经过连杆连接有曲轴，曲轴带动发电机旋转发电。发电机的输出电压经过整流装置后，电流流经由蓄电池支路和接触器辅助触点支路并联的线路后，一部分给蓄电池充电，一部分为电热丝供电。蓄电池有电压检测单元，当电压检测单元检测到蓄电池的电压过低时候，电压检测单元切断输出回路，防止欠电压长期工作事故；当电压检测单元检测到蓄电池的电压过高的时候，电压检测单元切断输入回路，防止过电压长期工作事故。热水箱中设置温度传感器，将信号传递给单片机，由单片机控制太阳能和沼气发电辅助加热是否工作。集热器吸收太阳能后，将冷水加热，集热器的出口经过电磁阀后连接到蓄水箱的热水进口端，电磁阀的开和关由单片机控制。天气状况良好时，主要利用太阳能对蓄水箱供热。若蓄水箱的温度传感器检测到蓄水箱的水温超过预先水温设定的上限值，则单片机就输出一个信号，驱动电磁阀关闭，停止对蓄水箱的热水供应；等过一段时间， 若蓄水箱的温度传感器检测到蓄水箱的温度低于水温设定的下限值，则单片机输出一个信号，驱动电磁阀打开，启动对蓄水箱的热水供应。太阳辐照度较低时，太阳能供热装置的供热能力有限，需要启动沼气发电辅助供热装置，但仍可利用太阳能产生的一部分余热。若蓄水箱中的温度传感器检测到蓄水箱的温度超过预先水温设定的上限值，则单片机就输出一个信号，接触器线圈失电，发电机的电压输出回路的接触器辅助触点断开，停止对蓄水箱的电热丝加热；等过一段时间，若蓄水箱的温度传感器检测到蓄水箱的温度低于水温设定的下限值，则单片机输出一个信号，接触器线圈得电，发电机的电压输出回路的接触器辅助触点闭合，保持对蓄水箱的电热丝加热。当沼气的供应不足或沼气运输管路的某些阀门关闭时，则蓄电池19依然能维持给电热丝23加热，如此可保证全天候供应高品质的热水。本实用新型的有益效果是(1)全天候供热水。天晴时候，完全利用太阳能供热，在阴雨天的时候，若太阳能供热能力不够，则启动沼气发电辅助供热的装置。(2)可治理环境。城市生活中的垃圾、工业废水、禽畜的粪便等经过加工处理后可以变成沼气发动机的原料，防止有害物质污染。(3)节约一次能源，成本回收期短。太阳能光热利用技术成熟，成本逐年降低，沼气由于原料成本低，小规模发电自产自用成本不高，综合看来，每年节省的运行成本很客观。
图1为沼气发电辅助加热的太阳能供热装置的结构示意图。图中各标号依次表示1_沼气室，2-流量计，3-压力表，4-法兰，5-球阀，6-法兰， 7-截止电磁阀，8-过滤器，9-法兰，10-球阀，11-法兰，12-空滤器，13-混合器，14-发动机， 15-发电机，16-空气开关，17-整流装置，18-空气开关，19-蓄电池，20-电压检测单元，21、 22-空气开关，23-电热丝，24,25-温度传感器，26-蓄水箱，27-法兰，28-球阀，29-法兰， 30-球阀，31、32-集热器，33-法兰，34-电磁阀，35-接触器线圈，36-单片机，37、38、39、40、 41-球阀。
具体实施方式
[0016]
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步阐述，但本实用新型的保护范围不限于所述内容。参见图1，沼气发电辅助加热的太阳能供热系统，包括太阳能集热器、热水箱和热水管路，太阳能供热系统中设有沼气发电辅助加热系统，辅助加热系统包括过滤器8、空滤器12、混合器13、发动机14和发电机15、整流装置17、和电热丝23 ；过滤器8经输气管道与沼气室和混合器13相连，空滤器12与混合器13相连，混合器13的出口经输气管道与发动机14燃烧室相连，发电机15的转子与发动机14的输出轴相连，整流装置17的入端与发动机15的电源输出端相连、出端与辅助加热电热丝23相连，电热丝23装于太阳能热水箱中。整流装置17与辅助加热电热丝23之间、经空气开关18和21并接有蓄电池19，蓄电池19上连接有控制空气开关通断的电压检测与开关控制单元20。过滤器8与沼气室1、混合器13之间的输气管道经连接法兰连接，其间设有流量计、压力表和球阀、截止电磁阀。太阳能热水箱26的上部和下部分别设置有温度传感器23和25，两个传感器分别与单片机36 的输入端相连，单片机36的输出端连有控制接触器辅助触点22通断的接触器线圈35和太阳能集热器出热水端的电磁阀34，接触器辅助触点22设于整流装置17与辅助加热电热丝23之间。在基建的时候，将太阳能的集热器31和32在住房楼顶安装好，用角钢支撑集热器 31和32，用螺栓连接角钢和集热器31和32。发动机14和发电机15都安放在一个小水泥房内。蓄水箱26设有保温层，放在住房楼顶，并安装在水泥基座上。太阳能集热器31和32是平板太阳能集热器或真空管太阳能集热器，集热器与水箱26之间的连接是普通非承压型太阳能热水管路，冷水通过阀门37从水箱26底端进入， 水箱26底部管路接到集热器入水口，集热器32出水接到水箱上部分，水箱上部分的水经阀门38流出为终端客户通过阀门39、40、41供应热水，水箱中设有电热丝23，构成电加热辅助的太阳能热水系统。电加热的能源来自于沼气发电，沼气经过流量计2、法兰4、球阀5、截止电磁阀7， 连接到过滤器8，过滤器8去除沼气中的杂质。沼气经过滤器过滤后与来自空滤器12的空气在混合器13中混合，作为发动机14的原料，发动机的原料燃烧后，体积膨胀，推动活塞做功。活塞经过连杆连接有曲轴，曲轴带动发电机15旋转发电。发电机15的输出电压经过空气开关16和整流装置17后，电流流经由蓄电池19支路和接触器辅助触点22支路并联的线路后，一部分给蓄电池19充电，一部分为电热丝23供电。蓄电池19有电压检测单元 20，当电压检测单元检测到蓄电池的电压过低时候，控制空气开关21断开，切断输出回路， 防止欠电压长期工作事故；当电压检测单元检测到蓄电池的电压过高的时候，控制空气开关18断开，切断输入回路，防止过电压长期工作事故。热水箱中设置温度传感器23和25，温度信号传递给单片机36，单片机进行综合分析后，控制太阳能和沼气发电辅助加热的工作与否。集热器31和32吸收太阳能后，将冷水加热，集热器的出口经过电磁阀34后连接到蓄水箱的热水进口端，电磁阀34的开和关由单片机36控制。天气状况良好时，主要利用太阳能对蓄水箱供热。当蓄水箱的温度传感器 23和25检测到蓄水箱的平均水温超过预先水温设定的上限值，则单片机就输出一个信号， 驱动电磁阀34关闭，停止对蓄水箱的热水供应；等过一段时间，当蓄水箱的温度传感器23 和25检测到蓄水箱的平均温度低于水温设定的下限值，则单片机输出一个信号，驱动电磁阀34打开，启动对蓄水箱的热水供应。太阳辐照度较低时，太阳能供热装置的供热能力有限，需要启动沼气发电辅助供热装置，但仍可利用太阳能产生的一部分余热，即太阳能集热器仍在不断产热水。若蓄水箱中的温度传感器23和25检测到蓄水箱的平均温度超过预先水温设定的上限值，则单片机36就输出一个信号，接触器线圈35失电，发电机的电压输出回路的接触器辅助触点22断开，停止对蓄水箱的电热丝加热；等过一段时间，当蓄水箱的温度传感器检测到蓄水箱的平均温度低于水温设定的下限值，则单片机36输出一个信号， 接触器线圈35得电，发电机的电压输出回路的接触器辅助触点22闭合，保持对蓄水箱的电热丝加热。当沼气的供应不足或沼气运输管路的某些阀门关闭时，则蓄电池19依然能维持给电热丝23加热，以保证全天候供应高品质的热水。沼气发电辅助加热起到了很好的补充作用。沼气发电机的功率可以这样确定以某地区为例计算，假设该地区为城市郊区，其中一普通住房有三层楼高，每层楼有两家住户，每户有3人，每人洗澡用55公斤水，每人每天都洗澡，一般在48度至55度之间可以洗澡，阴雨天时候太阳能集热器加热，使水有一定的余温，设温度为28度，则根据热量公式= 4.2χ103 χ55χ(55-28)x6x3 = I 12266XlO8J沼气发电机一天24小时发电，其功率I>x24x3600= 1.12266x108J，则 P=1299. 375W，可取发电机的功率为1. 4kw,发动机的功率为2kw。本装置主要设备选型发电机的功率为1. 4kw,发动机的功率为2kw，温度传感器测温范围为-10°C -150°c，如采用真空管集热器，集热器真空管型号为φ 50，长1. 8m,平板集热器可采用规格为2m2的集热器2片。
权利要求1.一种沼气发电辅助加热的太阳能供热系统，包括太阳能集热器、热水箱和热水管路， 其特征是太阳能供热系统中设有沼气发电辅助加热系统，辅助加热系统包括过滤器(8)、 空滤器(12)、混合器(13)、发动机(14)和发电机(15)、整流装置(17)、蓄电池(19)和电热丝(23);过滤器(8)经输气管道与沼气室和混合器(13)相连，空滤器(12)与混合器(13)相连，混合器(13)的出口经输气管道与发动机(14)燃烧室相连，发电机(15)的转子与发动机 (14)的输出轴相连，整流装置(17)的入端与发动机(15)的电源输出端相连、出端与辅助加热电热丝(23)相连，电热丝(23)装于太阳能热水箱中。
2.根据权利要求1所述的沼气发电辅助加热的太阳能供热装置，其特征是整流装置 (17)与辅助加热电热丝(23)之间、经空气开关(18)和(21)并接有蓄电池(19)，蓄电池(19) 上连接有控制空气开关通断的电压检测与开关控制单元(20)。
3.根据权利要求1所述的沼气发电辅助加热的太阳能供热装置，其特征是过滤器(8) 与沼气室(1 )、混合器(13)之间的输气管道经连接法兰连接，其间设有流量计、压力表和球阀、截止电磁阀。
4.根据权利要求1、2或3所述的沼气发电辅助加热的太阳能供热装置，其特征是太阳能热水箱(26)的上部和下部分别设置有温度传感器(23)和(25)，两个传感器分别与单片机(36)的输入端相连，单片机(36)的输出端连有控制接触器辅助触点(22)通断的接触器线圈(35)和太阳能集热器出热水端的电磁阀(34)，接触器辅助触点(22)设于整流装置 (17)与辅助加热电热丝(23)之间。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能供热装置，特别是沼气发电辅助加热的太阳能供热装置，太阳能供热系统中设有沼气发电辅助加热系统，辅助加热系统包括过滤器、空滤器、混合器、发动机和发电机、整流装置、蓄电池和电热丝；过滤器经输气管道与沼气室和混合器相连，空滤器与混合器相连，混合器的出口经输气管道与发动机燃烧室相连，发电机的转子与发动机的输出轴相连，整流装置的入端与发动机的电源输出端相连、出端与辅助加热电热丝相连，电热丝装于太阳能热水箱中。本实用新型采用新能源供热，系统简单，节约能源，环境友好，可实现全天候供应高品质热水。
文档编号F24J2/40GK202254363SQ20112031488
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者李晨源, 罗小林, 袁明利 申请人:昆明理工大学