一种电梯运行再生能源回收利用的装置及方法

1.本发明涉及能源回收和应用技术领域，一种电梯运行再生能源回收利用的装置及方法。


背景技术：

2.电梯是一类特殊的交通工具，主要零部件包括：曳引机、导向轮、曳引绳、对重块、轿厢、减速器、制动器等。电梯的工作原理是曳引绳两端分别连着轿厢和对重,缠绕在曳引轮和导向轮上,曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动,靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力,实现轿厢和对重的升降运动,达到运输的目的。
3.电梯在工作状态下，曳引机拖动负载做功，可完成机械能和电能的相互转化。也就是，当电梯轿厢重量小于对重块重量时，电梯上行时曳引机发电，而当电梯轿厢重量大于对重块重量时，电梯下行时曳引机发电。针对曳引机产生的多余电能，已有将电梯运行过程中的能量转换为电能的装置，如cn213684411u、cn111082445a和cn205545004u等发明专利。然而，交流电并入电网需要满足电压有效值相等、频率相等、相位相等的条件，这对电梯产生的电能以及电能转换设备有较高要求。新安装电梯或老旧电梯加装电能转换设备的经济成本较高，将回收的电能并入已有电网的节能减排作用并不显著，导致目前电梯厂家往往是通过接入大电阻，消耗掉多余的电能。


技术实现要素：

4.为克服上述问题，本发明提供一种电梯运行再生能源回收利用的装置。
5.本发明的第一个方面提供一种电梯运行再生能源回收利用的装置，包括曳引机、变频变压处理单元、电容器、逆变处理单元、双向控制单元、电加热器、储水加热设备、水温传感器、水位传感器和控制系统；
6.所述曳引机的输出端依次连接变频变压处理单元、电容器、逆变处理单元、双向控制单元和电加热器，由曳引机向电加热器供电；所述电加热器设置在储水加热设备的储水腔内，储水腔内还设有水温传感器、水位传感器；储水腔的进水端通过供水管道与给水泵的出水端连接，给水泵的进水端与外部水源相连；储水腔的输出端与用户热水管道相连；
7.所述水温传感器、水位传感器分别与控制系统的输入端电连接，控制系统的输出端分别与双向控制单元、给水泵的受控端电连接；水温传感器、水位传感器将采集到的水温信息和水位信息传输至控制系统，控制系统根据水温信息输出通断信号至双向控制单元，控制系统根据水位信息输出启停信号至给水泵；控制系统的输出端与显示模块的输入端电连接，显示模块显示水温信息、水位信息、通断信号以及启停信号。
8.进一步，所述变频变压处理单元包括依次串联的整流器、滤波器和变压器，变频变压处理单元将曳引机输出的不稳定电流变成直流电；所述逆变处理单元包括依次串联的逆变器、滤波器、变压器，逆变处理单元将电容器释放的直流电变为交变电。
9.进一步，所述控制系统包括型号为stc89c51的单片机和供电单元，单片机的供电
端与供电单元相连。
10.进一步，所述温度传感器为ds18b20型温度传感器，ds18b20型温度传感器的温度测量范围为0℃～99℃，ds18b20型温度传感器的输出端与单片机的p2.2口与温度传感器相连。
11.进一步，所述水位传感器包括上水位传感器、下水位传感器、型号为lm358的双运算放大器、两个电位器以及两个上拉电阻，上水位传感器设置在储水腔的上限水位处，下水位传感器设置在储水腔的下限水位处；上水位传感器的3引脚接地、2引脚接电源、1引脚与双运算放大器的2引脚相连，下水位传感器的3引脚接地、2引脚接电源、1引脚与双运算放大器的6引脚相连；双运算放大器的1引脚接单片机的p3.6口，双运算放大器的7引脚接单片机的p3.7口，双运算放大器的3引脚、5引脚分别与电位器相连，双运算放大器的4引脚通过一个上拉电阻接地，8引脚通过另一个上拉电阻接电源。
12.进一步，所述显示模块包括液晶屏和显示驱动控制器，显示驱动控制器的型号为1602lcd。
13.进一步，所述外部水源经过太阳能集热器加热后与给水泵的进水端相连。
14.本发明的第二个方面提供一种电梯运行再生能源回收利用的装置的回收方法，包括以下步骤：
15.步骤1、将曳引机运行产生的电能经由变压、变频过程，收集并储存在电容器中；
16.步骤2、设置储水加热设备的储水腔容量为h吨，设置温度阈值t1和t2，其中温度阈值t1大于温度阈值t2；当水温降低至温度阈值t2时，水温传感器传递水温信号，控制系统接收水温信号并输出接通信号至双向控制单元，曳引机至电加热器的电路闭合，加热储存水；当水温升高至温度阈值t1时，水温传感器传递水温信号，控制系统接收水温信号并输出断开信号至双向控制单元，曳引机至电加热器的电路断开，停止加热储存水；
17.步骤3、设置水位阈值h1和h2，其中水位阈值h1大于水位阈值h2；当水位降低至水位阈值h2时，水位传感器传递水位信号，控制系统接收水位信号并向给水泵输出启动信号，储水设备加水；当水位升高至水位阈值h1时，水位传感器传递水位信号，控制系统接收水位信号并向给水泵输出停止信号，储水设备停止加水。
18.优选地，所述水温阈值t1的取值范围为60℃-65℃，水温阈值t2的取值范围为50℃-55℃；储水加热设备的储水腔容量h的取值范围为1.3吨-1.5吨；
19.优选地，所述水温阈值t1设定为65℃；水温与之t2设定为55℃；储水加热设备的储水腔容量h设定为1.3吨；水位阈值h1设为储水腔内1吨水的水位高度；水位阈值h2设为储水腔内0.3吨水的水位高度。
20.本发明的有益效果是：将电梯曳引机产生的电能回收，转换为水的热能进行储存，可满足楼层用户的热水供应需求。不但改装方便，同时也降低了楼层用户使用热水的成本。
附图说明
21.图1是本发明提出的一种电梯能量回收的热水装置工作流程图。
22.图2是本发明设备原理示意图。
23.图3是本发明电梯曳引机产生电能变频变压处理示意图。
24.图4是本发明的单片机控制系统示意图。
25.图5是本发明的单片机原理图。
26.图6是本发明以太阳能为例结合储存电能共同加热示意图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.参照附图，本发明的第一个实施例提供一种电梯运行再生能源回收利用的装置，包括曳引机、变频变压处理单元、电容器、逆变处理单元、双向控制单元、电加热器、储水加热设备、水温传感器、水位传感器和控制系统；
31.所述曳引机的输出端依次连接变频变压处理单元、电容器、逆变处理单元、双向控制单元和电加热器，由曳引机向电加热器供电；所述电加热器设置在储水加热设备的储水腔内，储水腔内还设有水温传感器、水位传感器；储水腔的进水端通过供水管道与给水泵的出水端连接，给水泵的进水端与外部水源相连；储水腔的输出端与用户热水管道相连；
32.所述水温传感器、水位传感器分别与控制系统的输入端电连接，控制系统的输出端分别与双向控制单元、给水泵的受控端电连接；水温传感器、水位传感器将采集到的水温信息和水位信息传输至控制系统，控制系统根据水温信息输出通断信号至双向控制单元，控制系统根据水位信息输出启停信号至给水泵；控制系统的输出端与显示模块的输入端电连接，显示模块显示水温信息、水位信息、通断信号以及启停信号。
33.所述变频变压处理单元包括依次串联的整流器、滤波器和变压器，变频变压处理单元将曳引机输出的不稳定电流变成直流电；所述逆变处理单元包括依次串联的逆变器、滤波器、变压器，逆变处理单元将电容器释放的直流电变为交变电。
34.所述控制系统包括型号为stc89c51的单片机和供电单元，单片机的供电端与供电单元相连。
35.所述温度传感器为ds18b20型温度传感器，ds18b20型温度传感器的温度测量范围为0℃～99℃，ds18b20型温度传感器的输出端与单片机的p2.2口与温度传感器相连。
36.所述水位传感器包括上水位传感器、下水位传感器、型号为lm358的双运算放大器、两个电位器以及两个上拉电阻，上水位传感器设置在储水腔的上限水位处，下水位传感
器设置在储水腔的下限水位处；上水位传感器的3引脚接地、2引脚接电源、1引脚与双运算放大器的2引脚相连，下水位传感器的3引脚接地、2引脚接电源、1引脚与双运算放大器的6引脚相连；双运算放大器的1引脚接单片机的p3.6口，双运算放大器的7引脚接单片机的p3.7口，双运算放大器的3引脚、5引脚分别与电位器相连，双运算放大器的4引脚通过一个上拉电阻接地，8引脚通过另一个上拉电阻接电源。
37.所述显示模块包括液晶屏和显示驱动控制器，显示驱动控制器的型号为1602lcd。
38.本发明的另一些实施例中所述外部水源经过太阳能集热器加热后与给水泵的进水端相连。
39.本发明的第二个方面提供一种电梯运行再生能源回收利用的装置的回收方法，包括以下步骤：
40.步骤1、将曳引机运行产生的电能经由变压、变频过程，收集并储存在电容器中；
41.步骤2、设置储水加热设备的储水腔容量为h吨，设置温度阈值t1和t2，其中温度阈值t1大于温度阈值t2；当水温降低至温度阈值t2时，水温传感器传递水温信号，控制系统接收水温信号并输出接通信号至双向控制单元，曳引机至电加热器的电路闭合，加热储存水；当水温升高至温度阈值t1时，水温传感器传递水温信号，控制系统接收水温信号并输出断开信号至双向控制单元，曳引机至电加热器的电路断开，停止加热储存水；
42.步骤3、设置水位阈值h1和h2，其中水位阈值h1大于水位阈值h2；当水位降低至水位阈值h2时，水位传感器传递水位信号，控制系统接收水位信号并向给水泵输出启动信号，储水设备加水；当水位升高至水位阈值h1时，水位传感器传递水位信号，控制系统接收水位信号并向给水泵输出停止信号，储水设备停止加水。
43.优选地，所述水温阈值t1的取值范围为60℃-65℃，水温阈值t2的取值范围为50℃-55℃；储水加热设备的储水腔容量h的取值范围为1.3吨-1.5吨；
44.优选地，所述水温阈值t1设定为65℃；水温与之t2设定为55℃；储水加热设备的储水腔容量h设定为1.3吨；水位阈值h1设为储水腔内1吨水的水位高度；水位阈值h2设为储水腔内0.3吨水的水位高度。
45.本发明具体的工作原理为：
46.步骤1.电梯能量回收
47.1.1电梯能量回收模块输入端连接曳引机(s25)，由曳引机输入不稳定的电流；
48.1.2变频、变压模块(s24)由变频、变压处理单元和逆变处理单元组成；对于曳引机工作产生的不稳定的电流，依次经过变频、变压处理单元中的整流器、滤波器、变压器，从而保证不稳定的交变电流转变成稳定的直流电；
49.1.3经过处理的直流电引入电容器(s33)中，一方面起到保护电路的作用，另一方面会起到储存电能的效果；
50.1.4当储水设备水温超过65℃时，控制系统向双向控制单元输出水温控制信号，供电回路断开。当储水设备水温低于55℃时，控制系统向双向控制单元输出水温控制信号，供电回路闭合；
51.1.5双向控制单元控制供电回路闭合后，电容器释放的直流电进入逆变处理单元，依次经过逆变器、滤波器、变压器，输出可供用电器使用的稳定交变电；
52.步骤2.加热
53.2.1电容器输出的高频稳定电流，输向被绕制成环状的加热线圈。被加热物体内存的电阻产生焦耳热，使物体自身的温度迅速上升。达到对所有金属材料加热的目的；
54.2.2金属产生的热量传递至水中，达到升温效果；
55.步骤3.系统控制
56.3.1控制系统主要由供电单元、单片机，来实现智能控制的要求；
57.3.2选用stc89c51单片机作为控制芯片，实现了对整个系统的控制，如持续稳定的热水供应、自动断电等功能；
58.3.3电源模块采用了线性工作状态的线性集成稳压电源；
59.3.4stc89c51单片机最小系统由stc89c51单片机及其外围电路组成，外围电路包括时钟电路和复位电路两部分；
60.3.5水温控制采用温度传感器ds18b20，将采集储水加热设备的实时温度提供给stc89c51的p2.2口作为数据输入。ds18b20温度测量范围为0℃～99℃,可编程为9位～12位a/d转换精度，测温分辨率可达0.0625℃；
61.3.6水位控制由两个水位传感器、两个电位器、两个上拉电阻以及lm358组成。水位传感器的3引脚接地，2引脚接电源，1引脚是输出一个模拟量信号，模拟量信号就是电压值，即输出一个电压值。lm358是双运算放大器，1脚接单片机的的p3.6口，7脚接单片机的p3.7口，3脚电压采用的是电位器，进行分压，电位器调节好固定，作为基准电压。上拉电阻起到信号稳定的作用；
62.3.7水位分为上水位和下水位两部分，lm358的5引脚同3引脚，6引脚同2引脚，7引脚同1引脚，4引脚接地，8引脚接电源。两个水位传感器的工作原理相同；
63.3.8系统选择用1602lcd作为液晶屏的显示驱动控制器；
64.3.9由p1.0和p1.1作为输出控制，主要控制加水回路通断和加热供电回路的通断；
65.步骤4储水加热设备
66.4.1储水设备内设水温传感器和水位传感器，外部连接加热模块和供水模块；
67.4.2当储存水温度高于65℃火灾低于55℃时，水温传感器向系统控制模块输送水温信号；当储存水位高于1.3吨容量刻度或者低于0.3吨容量刻度时，水位传感器向系统控制模块输送水位信号；
68.4.3在储水设备进行给水泵供水、电加热设备的供热；
69.步骤5供水
70.5.1水泵接收控制系统传送的水位控制信号。当为加水信号时，给水泵向储水设备供水；当为停止供水信号时，停止对储水设备的供水；
71.图1展示的是基于曳引机回收电梯能量的供用户热水装置使用的流程图，具体为：
72.用户使用热水，导致水位降低或者温度降低。当储水设备内的水位传感器检测水位达到0.3吨水容量的水位刻度时，传递水位信号给控制系统，控制系统进行水位控制信号的输出，传递至给水泵处，向储水加热设备内进行补水。水位传感器检测水位达到1吨水容量的水位刻度时，停止供水；每当电梯运行后，以发电机形式产生的电力进行变频稳压处理，在电容器中进行储存，当储水加热设备内的水温传感器检测到水温低于55℃时，传递水温信号给控制系统，控制系统进行水温控制命令的输出，传递至双向控制单元处，闭合供电回路，将电容器储存的电量进行输出，使得电加热系统进行运转，给以储水加热设备中的水
进行加热。温度升高到65℃时，断开供电回路供，可用于用户的热水管道输出，直接提供给用户热水。
73.图2展示的设备原理示意图，具体操作流程如下：
74.s21为给水泵，用于接受补水信号后，给储水加热设备补水。
75.s22为设备的控制系统，接收传感器的信号，并对应输出补水或者加热信号。
76.s23为双向控制单元，用来控制储存电量释放加热回路中的通断。
77.s24为变频变压处理模块，用于将输入的不稳定的交变电流储存为稳流、稳频率的直流电。在电容器释放过程中，起到将直流电转变成为交流电。
78.s25为曳引机在运转过程中，作为发电机输入电量的过程。
79.s26为储电释放回路变为通路，显示电加热功能的过程。
80.s27为加热容器，储水加热设备部分。
81.s28为储存热水向用户热水管道提供热水过程。
82.图3展示的是电梯多余电量由交变电转直流电再转为交流电的示意图，具体流程如下：
83.s31是变频、变压处理单元，即交变模块。整流器的特点是输入交流，通过整流器后输出直流。滤波器可以对电源线中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电源信号。变压器是对输出电压的固定。经由变频变压模块处理的电流由不稳定的交流电转变成为稳定、直流的电流。
84.s32是使用逆变器是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的过程。其中逆变单元是由逆变器、滤波器、变压器构成，逆变器是由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。最终经过该模块得到稳定的交变电流。
85.s33是电容器，用来储存电量，保护电路。
86.图4展示的是单片机的控制模块，具体说明如下：
87.s41是水位传感器，即对储水设备中的水位进行控制。当水位超过1吨容量刻度或低于0.3吨容量刻度时，进行水位信号传输。
88.s42是水温传感器，对储水设备中的水温进行控制。当水温超过65℃或者低于55℃时，进行水温信号传输。
89.s43为供电单元，保证单片机的供电要求。
90.s44是对单片机数据显示的模块。实时的将水温和水位的信息进行展示。
91.当低水位信号输入时，向给水泵传递信号，进行储水加热设备内的补水；当高水位信号输入时，向给水泵传递停止补水的命令。当低温度信号输入时，给加热模块传递信息，进行储水加热设备内的二次加热过程；当高温度信号输入时，给加热模块传递信息，停止二次加热的过程。
92.图5展示的是单片机原理图，具体说明如下所示：
93.选用stc89c51单片机作为控制芯片，通过选用单片机最小系统、电源模块、单片机模块、水温、水位控制模块等组成，来实现智能控制的要求。
94.s51为设备的水位模拟模块，用来传递水位达到上限和水位下限的信号。
95.s52为单片机最小系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。
96.步骤s53为水位和加热过程中的输出信号过程，依次对应的开关为给水泵和双向控制开关。
97.s54为设备的温度模拟模块，用来传递温度达到上限和下限的信号。
98.s55为设备的显示模块，用来对相关的数据进行实时的监督和输出。
99.图6展示的是以太阳能为例结合储存电能共同加热示意图，具体说明如下所示：
100.为了保证能够把热水加热到65℃，可以引入其他能源作为水源的预热器，实现对水源的初步加热。
101.s61为太阳能的预热环节。水源由下循环管道进入太阳能集热器，经由太阳辐射，吸收能量，起到预加热效果。
102.s62为控制系统发出补水命令，给水泵将预热的水向储水加热设备补水过程。
103.s63为控制系统发出加热命令，电加热回路闭合，释放电容器电能，电加热过程。
104.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。