利用变频器或逆变器产生的热量进行温室大棚种植的装置的制作方法

本发明涉及一种废热利用技术，尤其涉及一种将发电设备变频器工作过程产生的热量进行再利用的技术，更具体是涉及一种利用风力发电机组变频器或光伏发电逆变器产生的热量进行温室大棚种植的装置。

背景技术：

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。风力发电机组在运行过程中，其变频器会产生热量，需要对其进行冷却降温处理，目前采用的是水冷却系统。现有风力发电机组变频器的水冷却系统，通常包括管道泵、散热器和相关的水管，管道泵、散热器通过水管与变频器的发热元件串接成一个冷却回路，管道泵安装在塔筒内，散热器安装在塔筒外，散热器靠设置在其侧面的鼓风机将冷空气吹在散热器的风叶上进行散热冷却，由于这种变频器冷却系统，不仅需要耗费大量的能源，而且会产生非常响的环境噪音。有鉴于此，本发明的申请人于2014年和2015年相继研发了两种新的风力发电机组变频器的节能冷却降温系统，并分别于2014年4月17日和2015年3月26日向国家知识产权局申请了专利，专利号为201410154408.4 和201520174552.4，201410154408.4专利的冷却降温系统是利用塔筒内外循环的空气对管道内的冷却液进行冷却降温，而201520174552.4专利是利用整个塔筒约1000平方米的钢壁作为散热体，同时利用热气往上升和塔筒顶部自然风风力大的特点，在自然风与塔筒壁接触的过程中，迅速将散热箱的热量带走，使位于散热箱内带有变频器发热元件热量的冷却液迅速得到降温。由于所有这些冷却降温装置，对冷却液进行降温的散热器、散热管或散热箱，其散热方式基本都是与空气进行热交换，这种热交换，不仅使热量白白散发掉，而且对周围的环境也会造成热污染。

随着光伏电池板转化效率的提高以及价格的降低，在一些日照条件好、市电紧张或市电不易到达的地方，光伏发电迎来了良好的发展机遇，光伏发电大规模接入电网。光伏发电中用到的变频器，也叫逆变器，在工作过程中也会产生大量热量，为保证其正常运行，也需要对其进行散热降温处理；另外，由于光伏发电的光伏板需要占用巨大的铺设场地，在土地供应日益紧张的情况下，已成为制约光伏发电进一步推广使用的重要因素。

目前，北方地区在进行温室大棚种植的过程中，在寒冷的冬季需要通过燃烧燃料来提高大棚的温度，例如将燃料燃烧产生的烟气通过在地面以下挖设的通道引入大棚地下，为农作物的根系及育苗提供热源；还有利用燃煤锅炉或电热器提高大棚的温度，以使室内温度达到种植的要求。采用这些方法，一个冬季需要消耗的燃料数量可观，外加锅炉系统的折旧和人工费用，高额的采暖费严重影响冬季温室大棚的种植效益，这已成为制约冬季温室种植可持续发展的主要障碍。

技术实现要素：

为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种利用发电设备变频器产生的热量进行温室大棚种植的装置，该装置既可对发电设备的变频器进行有效的冷却降温，又能减少冬季温室种植的能源消耗，从而提高种植效益。

为实现以上目的，本发明的利用变频器或逆变器产生的热量进行温室大棚种植的装置，包括变频器或逆变器、管道泵和冷却液管，管道泵通过冷却液管与变频器或逆变器中的发热元件连接，特点是，所述装置还包括用于种植的温室大棚，温室大棚的地下埋设有若干排散热元件和若干排通风管，散热元件是由多个呈薄片状的散热箱串接而成，各散热箱设有冷却液入口和冷却液出口，各排散热元件第一个散热箱的冷却液入口通过冷却液管与变频器或逆变器的发热元件连接、最后一个散热箱的冷却液出口通过冷却液管与管道泵连接，使散热箱、管道泵和变频器或逆变器的发热元件形成一个循环回路；通风管的两端突出地面且位于温室大棚之外，通风管的管壁向上延伸有若干突出于地面且位于温室大棚内的出风管，温室大棚的顶面开设有天窗，温室大棚内设有温度传感器，用于控制天窗的通气面积。

为了更好利用温室大棚顶面长时间受日光照射的条件进行光伏发电，减少光伏板铺设所需的场地，上述温室大棚的顶面是由多个双坡屋顶结构连接而成，其中双坡屋顶的一坡面铺设有光伏板、另一坡面为温室大棚的天窗。

上述温室大棚的天窗是由固定窗页和可移动窗页相间排列构成，可移动窗页通过联动机构与伺服电机连接，并由伺服电机控制其行程，伺服电机与设置于温室大棚内的温度传感器连接。

为了能更加准确控制温室大棚内的温度，上述通风管的两端设有进气量控制阀门，该阀门与设置于温室大棚内的温度传感器连接。

为了达到更快、更加均匀的散热效果，上述散热箱平铺于土壤中，其较大面积一侧的箱壁所在的平面与地平面平行，上述通风管所在的行与散热元件所在的行平行且相间排列。

上述各排散热元件的第一个散热箱的冷却液入口通过冷却液管并联后与变频器或逆变器的发热元件连接、最后一个散热箱的冷却液出口通过冷却液管并联后与管道泵连接 。

上述散热箱的冷却液入口和冷却液出口位于散热箱两对应的竖向侧壁中间。

为了避免风机或光伏长时间停止发电，变频器或逆变器周边的环境温度比变频器或逆变器的温度高时，较热空气接触到变频器或逆变器较冷的发热原件，会在发热原件上凝成水珠，从而造成变频器或逆变器受潮，同时也为了防止处于水槽回形管中的冷却液在寒冷的冬天出现结冰，从而影响冷却液的流动，上述各排散热元件的最后一个散热箱的却液出口与管道泵之间的冷却液管上设置有冷却液加热器。

为了消除热液膨胀产生的压力对回形管造成的影响，上述各排散热元件的最后一个散热箱的冷却液出口与管道泵之间且靠近该冷却液出口的冷却液管上设置有用于调节回形管体积的膨胀袋或膨胀罐。

为了避免冷却液中的杂质对变频器或逆变器发热元件的影响，上述各排散热元件的最后一个散热箱的冷却液出口与管道泵之间的冷却液管上设置有过滤器。

本发明的利用变频器或逆变器产生的热量进行温室大棚种植的系统，将带有变频器或逆变器热量的冷却液引入温室大棚地下埋设的散热元件，利用散热元件中与土壤具有较大接触面积的散热箱将热量传递给土壤，为农作物的根系及育苗提供热源，而采用与外界相通的通风管，再配合设置于温室大棚内的温度传感器和温室大棚顶面的天窗，及时通过空气的对流调节大棚内的温度，使温室大棚能维持恒定的种植温度，又能保证经过各散热箱后的冷却液达到很好的冷却降温效果，使变频器或逆变器的发热元件迅速得到降温；另外，利用温室大棚的顶面可长时间接受光照的有利条件，在温室大棚的顶面铺设光伏板，可大大节约光伏发电的占地面积，在增加发电量的同时，大大节省光伏发电的成本。本发明的系统，充分利用了变频器或逆变器发热元件散发的废热，减少对周边环境的影响，同时又能节约冬季温室种植的能源，从而提高种植效益，具有生态环保和节能增效的双重价值。

附图说明

图1是本发明利用变频器或逆变器产生的热量进行温室大棚种植装置温室大棚地面及地下的结构示意图。

图2是图1沿A-A线的剖视及与地面变频器或逆变器连接的结构示意图。

图3是图1沿B-B线的剖视结构示意图。

图4是温室大棚地下埋设的散热元件和通风管的结构示意图。

具体实施方式

下面以利用光伏发电逆变器产生的热量进行温室大棚种植为例。

如图1所示，本发明利用逆变器产生的热量进行温室大棚种植的装置，包括温室大棚1，温室大棚为立方体结构，其地下沿与大棚一侧边平行的方向埋设有若干排散热元件2和若干排通风管3，散热元件和通风管平行且相间排列；散热元件是由多个呈薄片状的散热箱21串接而成，各散热箱平铺于土壤中，其较大面积一侧的箱壁所在的平面与地平面平行，各散热箱设有冷却液入口和冷却液出口，冷却液入口和冷却液出口位于各散热箱两对应的竖向侧壁中间，各排散热元件第一个散热箱的冷却液入口211通过冷却液管4并联后与变频器或逆变器的发热元件连接、最后一个散热箱的冷却液出口212通过冷却液管4并联后与管道泵5连接，使散热箱、管道泵和变频器或逆变器的发热元件形成一个循环回路，在各排散热元件的最后一个散热箱的却液出口与管道泵之间的冷却液管上依次设置有散热箱体积的膨胀袋或膨胀罐41、过滤器42和冷却液加热器43，如图2、4所示；通风管的两端口31敞开突出地面且位于温室大棚之外，位于土壤中的通风管管壁向上延伸有若干突出于地面且位于温室大棚内的出风管32，位于温室大棚外的通风管两端还设有进气量控制阀33，该控制阀与设置于温室大棚内的温度传感器连接，如图3所示；温室大棚的顶面是由多个双坡屋顶结构连接而成，其中双坡屋顶的一坡面铺设有光伏板11、另一坡面为温室大棚的天窗，该天窗由固定窗页12和可移动窗页13相间排列构成，可移动窗页通过联动机构与伺服电机14连接，并由伺服电机控制其行程，伺服电机与设置于温室大棚内的温度传感器连接，天窗完全打开时，可移动窗页与固定窗页重叠，天窗闭合时，可移动窗页与固定窗页完全错开。

本发明利用逆变器产生的热量进行温室大棚种植的装置的工作原理是：由于散热箱、管道泵、逆变器的发热元件串接成一循环回路，温室大棚顶面的光伏板受日光照射后进行光伏发电时，逆变器开始发热，管道泵将冷却液输送到逆变器的发热元件，发热元件的热量被冷却液带走，带有热量的冷却液通过冷却液管分流到埋设于温室大棚地下的各排散热元件的第一散热箱的冷却液入口进入各散热箱中，利用散热箱壁与土壤的接触，热量迅速被土壤带走，使位于散热箱内带有逆变器发热元件热量的冷却液迅速得到降温，降温后的冷却液通过最后一个散热箱的冷却液出口经冷却液管并入管道泵，继续使用；此时，带有热量的土壤可直接为农作物的根系及育苗提供热源；当温室大棚内的温度传感器检测到大棚内的温度超过设定的温度时，温室大棚天窗的可移动天窗开始向一侧移动，打开天窗，通风管两端的进气阀也打开，由于大棚内的热空气往上升，使大棚下部形成负压状态，空气从位于大棚外的通风管两端口进入通风管，再从各出风管进入大棚进行补充，源源不断的补充空气使得热空气不断从大棚天窗排出，这样，内外对流的空气就能迅速将大棚的温度降下来；当温室大棚内的温度传感器检测到大棚内的温度达不到设定的温度时，温室大棚天窗的可移动天窗开始向另一侧移动，天窗闭合，通风管两端的进气阀也闭合，土壤的热气上升，迅速提升大棚的温度；大棚天窗可移动窗页的移动行程和通风管的进气量，是根据温度传感器检测到的温度设定的。

当光伏发电长时间停止发电，逆变器周边的环境温度比逆变器的温度高时，即可开启冷却液加热器，让循环系统继续工作，使逆变器发热元件的温度仍高于周边的环境温度，避免逆变器受潮。

本发明采用在温室大棚的顶面铺设光伏板，将光伏发电过程逆变器产生热量引至温室大棚的地下，为冬季的温室大棚提供能源，在土地供应日趋紧张的情况下，无疑为光伏发电提供一条可持续发展之路。本发明的系统将光伏发电、逆变器的冷却降温和温室种植有机结合起来，具有生态环保和节能增效的双重价值，值得推广使用。

以上只是本发明变频器或逆变器产生的热量进行温室大棚种植的系统的一个实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术方案的等效实施或变更，如风力发电机组变频器的冷却降温、回形散热管的形状、温室大棚天窗位置的改变，均应包含在本发明的范围中。