太阳能风泵辅助加热装置的制作方法

1.本实用新型属于隧道通风系统技术领域，具体涉及一种太阳能风泵辅助加热装置。


背景技术：

2.随着能源问题的日益突出，隧道通风领域出现了丰富多样的节能手段，例如负压抽风技术。所谓负压抽风技术是利用烟囱效应，当自然风从竖井(竖井与隧道连通)上方经过，在竖井出口处产生动压对竖井形成负压抽吸作用，使得封闭式竖井内的压力降低，这种负压一直传输至竖井与隧道的连通处，从而将隧道中受到污染的气体吸入后从竖井的出口处排出，而等量的新鲜空气将从隧道的出入口端流入隧道内，周而复始，对隧道进行通风换气。
3.然而，由于受到地理位置和自然风稳定性限制，单纯利用自然风实现负压抽风技术收效甚微，因此，有研究提出利用太阳能作为增强负压进而强化自然通风来实现节能减排的方案，该方案主要依托于太阳能风泵系统实现，太阳能风泵系统包括太阳能热水器、连接在竖井出口端的烟囱、设计在烟囱内的热交换器以及用于驱动换热介质(水)流动的水泵。使用时，利用太阳能热水器将太阳能转化为热能，水将热能转移至热交换器，对烟囱内的气体进行加热，烟囱内的气体受热向上流动，从而形成负压，进而通过负压抽出隧道内的污染空气。
4.但是，上述太阳能风泵系统依赖于太阳能，而实际上并非每日都是艳阳高照的天气，很有可能出现连续的阴雨天气(没有太阳光照射)，在此期间，太阳能风泵系统无法工作，从而无法确保在竖井内形成负压，进而无法确保隧道内能够进行通风换气。


技术实现要素：

5.本实用新型意在提供一种太阳能风泵辅助加热装置，以解决太阳能风泵系统无法确保在阴雨天气或太阳光照射不足时仍能对隧道进行通风换气的问题。
6.为了达到上述目的，本实用新型的方案为：太阳能风泵辅助加热装置，包括电热水器、风流量传感器、控制器和光伏电池板及蓄电池，所述电热水器的入口端连接有进水管，进水管远离电热水器的一端与太阳能热水器的出口端连接，电热水器的出口端连接有出水管，出水管远离电热水器的一端与热交换器的入口端连接；所述风流量传感器安装于烟囱内，所述电热水器和风流量传感器均与控制器连接，电热水器、风流量传感器和控制器形成第一闭环控制回路，控制器根据风流量传感器的检测数据控制电热水器的启闭，所述光伏电池板及蓄电池为第一闭环控制回路供电。
7.本方案的工作原理及有益效果在于：本方案中，电热水器通过进水管和出水管连接在太阳能热水器和热交换器之间，当出现连续的阴雨天气时，太阳光照不足或没有太阳光照射，太阳能热水器转化的热能不足，即水的温度不高，热交换器无法为烟囱内的空气提供足够的热量，导致烟囱以及竖井内空气的流速和流量大幅度下降。此时风流量传感器检
测到空气流量大幅度下降，并将该信息转化为电信号传输至控制器，控制器根据上述电信号控制电热水器启动工作(光伏电池板及蓄电池为电热水器供电)，从而对水继续加热，以便热交换器能够为烟囱内的空气提供足够的热量，从而使得烟囱内的空气受热向上流动，形成负压，进而将隧道内的污染空气抽出，确保在阴雨天气时仍能够完成隧道的通风换气。
8.另外，当阴雨天气过去，太阳能热水器受到的太阳光照射充足时，太阳能热水器加热水，而电热水器进一步加热水，水的温度较高，热交换器为烟囱内空气提供的热量过多，空气的流速和流量大幅度增大，此时风流量传感器将该信息转化为电信号传输至控制器，控制器控制电热水器停止工作，如此，即可实现辅助加热装置的自动化启动和关闭。
9.可选地，所述辅助加热装置还包括电动阀一，所述电动阀一安装于太阳能热水器与热交换器之间的管道上，电动阀一处于常开状态，所述进水管和出水管上均安装有电动阀二，电动阀二处于常闭状态，电动阀一和电动阀二均与控制器连接，电动阀一、风流量传感器和控制器形成第二闭环控制回路，电动阀二、风流量传感器和控制器形成第三闭环控制回路，控制器根据风流量传感器的检测数据控制电动阀一和电动阀二的开闭，所述光伏电池板及蓄电池为第二闭环控制回路和第三闭环控制回路供电。
10.本方案中，当风流量传感器检测到烟囱内空气流量大幅度下降时，控制器控制电动阀一闭合，同时控制器控制电动阀二开启，水不再直接经太阳能热水器和热交换器之间的管道流入热交换器，而是经进水管流入电热水器，加热后再经出水管流入热交换器。如此，在太阳光照射充足时，经太阳能热水器加热后的水能够直接流入热交换器，不必流经电热水器。同时，也方便在现有的太阳能分泵系统的基础上增设本方案中的太阳能风泵辅助加热装置。
11.可选地，所述辅助加热装置还包括为光伏电池板及蓄电池供电的整流器，整流器与隧道供电系统相连，所述整流器将隧道供电系统的交流电转换为直流电，整流器与隧道供电系统的连接线路上设有电路开关。
12.本方案中，当阴雨天气连续较多天数时，光伏电池板及蓄电池的电量快要耗尽，此时，工作人员驱车前往隧道内，将电路开关闭合，使得整流器与隧道供电系统之间的连接线路闭合，整流器将隧道供电系统(隧道照明供电系统)的220v交流电转换为12v直流电，并为各个闭环控制回路供电，特别是为电热水器供电，从而确保隧道内通风换气的顺利进行。
13.可选地，所述电路开关为继电器，继电器与控制器连接，继电器、风流量传感器和控制器形成第四闭环控制回路，控制器根据风流量传感器的检测数据控制继电器的开闭。
14.本方案中，当阴雨天气连续天数较多，光伏电池板及蓄电池的电量快要耗尽时，光伏电池板及蓄电池对电热水器的供电量不足，电热水器对水加热不足，水的温度低，热交换器无法为烟囱内的空气提供热量，导致烟囱以及竖井内空气的流速和流量接近于零，此时风流量传感器将该信号转化为电信号传输给控制器，控制器控制继电器闭合，使得整流器与隧道供电系统之间的连接线路闭合，整流器将隧道供电系统(隧道照明供电系统)的220v交流电转换为12v直流电，并为各个闭环控制回路供电，特别是为电热水器供电，，从而确保隧道内通风换气的顺利进行，避免工作人员手动闭合电路开关。
15.可选地，所述进水管和出水管上均设有保温层。
16.本方案中，进水管和出水管上的保温层能够减少热水流经进水管和出水管时散失的热量。
17.可选地，所述辅助加热装置还包括用于安装风流量传感器的安装架，所述安装架的顶端固定安装于烟囱的顶端，所述风流量传感器固定安装于安装架的底端。
18.本方案中，由于风流量传感器固定安装在安装架上而非安装在烟囱的侧壁上，因此，需要检修风流量传感器时，检修人员将安装架从烟囱上拆卸下来即可，无需检修人员进入烟囱内或者在烟囱侧壁上开口以便将风流量传感器取出。
19.可选地，所述辅助加热装置还包括循环泵，循环泵安装于进水管或出水管上，循环泵与控制器连接，循环泵、风流量传感器和控制器形成第五闭环控制回路，控制器根据风流量传感器的检测数据控制循环泵的启闭，所述光伏电池板及蓄电池为第五闭环控制回路供电。
20.本方案中，利用循环泵实现水在热交换器、太阳能热水器和电热水器之间的循环，从而将热能源源不断地转移至烟囱内。
21.可选地，所述辅助加热装置还包括用于保护电热水器的箱体，电热水器安装于箱体内。
22.本方案中，利用箱体保护电热水器，避免电热水器受到风吹雨打以及阳光直晒，延长电热水器的使用寿命。
23.可选地，所述烟囱的顶端设有防雨罩。
24.本方案中，利用防雨罩避免雨水进入烟囱内，从而保护风流量传感器以及热交换器。
25.可选地，所述热交换器上设有散热片。
26.本方案中，热交换器上的散热片有助于增大热交换面积，从而提高对烟囱内空气的加热效率。
附图说明
27.图1为本实用新型实施例一中太阳能风泵系统安装在山体上时的通风示意图；
28.图2为本实用新型实施例一中太阳能风泵系统的结构示意图；
29.图3为本实用新型实施例一中太阳能风泵辅助加热装置的结构示意图；
30.图4为本实用新型实施例二中太阳能风泵辅助加热装置的结构示意图；
31.图5为本实用新型实施例三中太阳能风泵辅助加热装置的结构示意图；
32.图6为本实用新型实施例四中太阳能风泵辅助加热装置的结构示意图。
具体实施方式
33.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
34.说明书附图中的标记包括：太阳能风泵系统1、太阳能热水器2、竖井3、烟囱4、热交换器5、储水罐6、水泵7、第一光伏电池板及蓄电池8、隧道9、电热水器10、风流量传感器11、控制器12、第二光伏电池板及蓄电池13、箱体14、进水管15、出水管16、安装架17、防雨罩18、电动阀一19、电动阀二20、循环泵21、整流器22。
35.实施例一
36.首先，如图1和图2所示，太阳能风泵系统1主要包括太阳能热水器2、连接在竖井3出口端的烟囱4、设计在烟囱4内的热交换器5、用于储水的储水罐6，以及用于驱动热交换介
质(水)在管线内循环的水泵7，水泵7的电源为第一光伏电池板及蓄电池8。如此，利用太阳能热水器2加热水，将太阳能转换为热能，水流至热交换器5内，从而对烟囱4内的空气进行加热，使得烟囱4内的空气受热向上流动，在热交换器5以下的部位形成负压，负压通过竖井3传输至竖井3与隧道9的连通处，进而抽出隧道9内的污染空气，新鲜空气从隧道9的出入口端流入隧道9内，实现隧道9的通风换气。图1和图2中竖井3内的箭头所指为空气流动方向，图2中管线上箭头所指为水的循环方向。
37.本实施例基本如图3所示：太阳能风泵辅助加热装置，包括电热水器10、风流量传感器11、控制器12、第二光伏电池板及蓄电池13和箱体14，第二光伏电池板及蓄电池13的数量为多个，其根据地理位置设计安排，尽可能多地设计。电热水器10的入口端连接有进水管15，进水管15的左端与太阳能热水器2的出口端连接，电热水器10的出口端连接有出水管16，出水管16的左端与热交换器5的入口端连接，进水管15和出水管16上均设有保温层，用于减少热量散失。电热水器10安装在箱体14内，箱体14的侧壁设有供进水管15和出水管16穿过的通孔，箱体14能够保护电热水器10，避免电热水器10暴露在外，受到风吹雨打和阳光直射，延长电热水器10的使用寿命。
38.风流量传感器11安装于烟囱4内，具体地，烟囱4的顶端固定连接有安装架17，安装架17的底端伸入烟囱4内，风流量传感器11固定安装在安装架17的底端，固定连接/安装的方式可以选择螺栓连接/安装。风流量传感器11为现有产品，本实施例中未对风流量传感器11进行任何改进，本领域技术人员，根据实际需要选择合适的风流量传感器即可。
39.电热水器10和风流量传感器11均控制器12连接，电热水器10、风流量传感器11和控制器12形成第一闭环控制回路，控制器12根据风流量传感器11的检测数据控制电热水器10的启闭，第二光伏电池板及蓄电池13为第一闭环控制回路供电。此外，控制器12可以安装在储水罐6的外侧壁上或箱体14的内侧壁上等位置，本实施例中，为方便示意，将控制器12安装在储水罐6的外侧壁上。控制器12为现有产品，本实施例中未对控制器12进行任何改进，本领域技术人员，根据实际需要选择合适的控制器12即可，例如51单片机。
40.烟囱4的顶端设有防雨罩18，从而避免雨水进入烟囱4内，并且，防雨罩18通过连杆安装在烟囱4的顶端，确保防雨罩18不会影响烟囱4内空气的排出。热交换器5上设有散热片，从而增加热交换面积，提高热交换效率。此外，图3中竖井3内的箭头所指为空气流动方向，图3中管线上箭头所指为水的循环方向。
41.具体实施过程如下：当出现连续的阴雨天气，太阳光照射不足或没有太阳光照射时，太阳能热水器2对水的加热不足，水的温度不高，即太阳能热水器2转化的热能不足，热交换器5无法为烟囱4内的空气提供足够的热量，导致烟囱4以及竖井3内空气的流速和流量大幅度下降。此时风流量传感器11检测到空气流量大幅度下降，并将该信息转化为电信号传输至控制器12，控制器12根据上述电信号控制电热水器10启动工作(第二光伏电池板及蓄电池13为电热水器10供电)，从太阳能热水器2出口端流出的水经进水管15流入电热水器10，电热水器10对水继续加热，使得水的温度提高，温度提高的水经出水管16流入热交换器5，以便热交换器5能够为烟囱4内的空气提供足够的热量，从而使得烟囱4内的空气受热向上流动，形成负压，进而将隧道9内的污染空气抽出，确保在阴雨天气时仍能够完成隧道9的通风换气。
42.而且，当阴雨天气过去，太阳能热水器2受到的太阳光照射充足时，太阳能热水器2
转化的热能足够，太阳能热水器2加热水，而电热水器10进一步加热水，水的温度较高，热交换器5为烟囱4内空气提供的热量过多，空气的流速和流量大幅度增大，此时风流量传感器11将该信息转化为电信号传输至控制器12，控制器12控制电热水器10停止工作，只留下太阳能热水器2工作，足以实现隧道9的通风换气。如此，即可实现辅助加热装置的自动化启动和关闭。
43.实施例二
44.本实施例与实施例一的区别之处在于：如图4所示，本实施例中的太阳能风泵辅助加热装置还包括电动阀一19，电动阀一19安装于太阳能热水器2与热交换器5之间的管道上，电动阀一19处于常开状态。进水管15和出水管16上均安装有电动阀二20，电动阀二20处于常闭状态，电动阀一19和电动阀二20均与控制器12连接，电动阀一19、风流量传感器11和控制器12形成第二闭环控制回路，电动阀二20、风流量传感器11和控制器12形成第三闭环控制回路，控制器12根据风流量传感器11的检测数据控制电动阀一19和电动阀二20的开闭，第二光伏电池板及蓄电池13为第二闭环控制回路和第三闭环控制回路供电。
45.本实施例中，当太阳能热水器2受到的太阳光照射充足时，太阳能热水器2加热后的水直接通过管道流入热交换器5内，并不流经电热水器10。当出现阴雨天气，太阳光照射不足或没有太阳光照射时，风流量传感器11检测到烟囱4内的空气流量大幅度降低，控制器12控制电动阀一19关闭，切断管道，同时控制电动阀二20开启，经太阳能热水器2加热后的水通过进水管15流入电热水器10中进行加热，而后通过出水管16流入热交换器5中，从而实现水循环路线的切换。图4中竖井3内的箭头所指为空气流动方向，图4中管线上箭头所指为水的循环方向(太阳能热水器2受到的太阳光照射不足时)。
46.实施例三
47.本实施例与实施例二的区别之处在于：如图5所示，本实施例中的太阳能风泵辅助加热装置还包括循环泵21，循环泵21安装于进水管15上(循环泵21也可安装在出水管16上，作用相同)，循环泵21与控制器12连接，循环泵21、风流量传感器11和控制器12形成第五闭环控制回路，控制器12根据风流量传感器11的检测数据控制循环泵21的启闭，第二光伏电池板及蓄电池13为第五闭环控制回路供电。
48.实施例二中，在电热水器10工作的过程中，水的循环是通过水泵7实现的，而且水泵7的电源——第一光伏电池板及蓄电池8一直处于工作状态，在阴雨天气下，第一光伏电池板及蓄电池8有可能耗尽电量，此时水难以循环，也就难以将热量转移至烟囱4内。因此，本实施例中，在电热水器10工作的过程中，控制器12控制循环泵21启动工作，确保水的循环，从而确保热量的转移，进而确保隧道9的通风换气。而且，当太阳能热水器2受到的阳光照射充足时，控制器12根据风流量传感器11的检测数据控制电热水器10停止工作，同时也控制循环泵21停止工作，继续由水泵7实现水的循环。
49.实施例四
50.本实施例与实施例三的不同之处仅在于：如图6所示，本实施例中的太阳风泵辅助加热装置还包括整流器22，整流器22与隧道供电系统相连，整流器22将隧道供电系统的交流电转换为直流电，整流器22与隧道供电系统的连接线路上设有电路开关，且电路开关为手动开关。
51.本实施例中，当阴雨天气连续较多天时，第二光伏电池板及蓄电池13的电量将要
耗尽，此时，工作人员驱车前往隧道9内，将电路开关闭合，使得整流器22与隧道供电系统之间的连接线路闭合，以便整流器22将隧道供电系统(隧道照明供电系统)的220v交流电转换为12v直流电，并为各个闭环控制回路供电，特别是为电热水器10供电，从而确保隧道9内通风换气的顺利进行。
52.实施例五
53.本实施例与实施例四的不同之处仅在于：本实施例中，电路开关为继电器，继电器与控制器12连接，继电器、风流量传感器11和控制器12形成第四闭环控制回路，控制器12根据风流量传感器11的检测数据控制继电器的开闭。继电器为现有产品，本实施例中未对继电器进行任何改进，本领域技术人员，根据实际需要选择合适的继电器即可。
54.本实施例中，当阴雨天气连续较多天时，第二光伏电池板及蓄电池13的电量将要耗尽，第二光伏电池板及蓄电池13对电热水器10的供电量不足，电热水器10对水加热不足，水的温度低，热交换器5无法为烟囱4内的空气提供热量，导致烟囱4以及竖井3内空气的流速和流量接近于零，此时风流量传感器11将该信号转化为电信号传输给控制器12，控制器12控制继电器闭合，使得整流器22与隧道供电系统之间的连接线路闭合，以便整流器22将隧道供电系统(隧道照明供电系统)的220v交流电转换为12v直流电，并为各个闭环控制回路供电，特别是为电热水器10供电，从而确保隧道9内通风换气的顺利进行，避免工作人员手动闭合电路开关。
55.而当阴雨天气过去，太阳能热水器2受到的阳光照射充足时，烟囱4内空气流量大幅度增大，风流量传感器11将该信息转化为电信号传输至控制器12，控制器12控制继电器断开，整流器22与隧道供电系统之间的连接断开，并且控制器12控制电热水器10停止工作，此后仅由太阳能热水器2工作。
56.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和本实用新型的实用性。说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。