CN105570981A - 一种太阳能智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能系统，集热器吸收的太阳能，经过换热器换热后向用户散热器供热，热水供水管上设置调节阀，以调节进入热交换器中的热水；在散热器的回水管路上设置循环泵，可编程控制器与调节阀和循环泵进行数据连接，当循环泵的频率变化时，调节阀的开度相应的变化，从而使输入热交换器的热水相应的变化。本发明有效利用了太阳能，达到了节约能源的效果。

Description

一种太阳能智能控制系统

技术领域

本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种太阳能系统，属于F24J2的领域。

背景技术

随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研究的热点。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，而且资源量巨大，地球表面每年收的太阳辐射能总量为1×10¹⁸kW·h，为世界年耗总能量的一万多倍。世界各国都已经把太阳能的利用作为新能源开发的重要一项，我国政府在《政府工作报告》也早已明确提出要积极发展新能源，其中太阳能的利用尤其占据着突出地位。然而由于太阳辐射到达地球上的能量密度小（每平方米约一千瓦），而且又是不连续的，这给大规模的开发利用带来一定困难。因此，为了广泛利用太阳能，不仅要解决技术上的问题，而且在经济上必须能同常规能源相竞争。太阳能的利用主要有光热转化、光电转化、光化学转换这三种形式。相比于太阳能光伏产业和光化学转换的高昂成本与低的能量转换效率，太阳能热转化是一种能量转换效率和利用率高而且成本低廉、可在全社会广泛推广的太阳能利用方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的太阳能智能供暖系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种太阳能系统，所述太阳能系统包括集热器、水水换热器，集热器吸收太阳能后加热的热水进入水水换热器进行换热，换热后的回水循环回到集热器；

所述太阳能系统还包括进口温度传感器、出口温度传感器、流量计、热量表和辅助加热设备，进口温度传感器和出口温度传感器分别设置在水水换热器的进口和出口，分别用于测量水水换热器的进口和出口的水的温度；流量计设置在水水换热器的出口的位置，用于测量太阳能系统管路上的水的流量，热量表与进口温度传感器、出口温度传感器和流量计数据连接，通过进口温度传感器、出口温度传感器和流量计计算水水换热器的换热量；热量表与可编程控制器数据连接，可编程控制器根据热量表计算的单位时间的换热量来决定是否启动辅助加热设备；如果计算的换热量小于预定的值，则可编程控制器启动辅助加热设备，以加热太阳能管路上的水。

一种太阳能智能控制的供热系统，所述供热系统包括太阳能系统，所述太阳能系统包括集热器、水水换热器，集热器吸收太阳能后加热的热水进入水水换热器进行换热，换热后的回水循环回到集热器；

所述供热系统进一步包括热水供水管、冷水回水管、进水温度传感器、热交换器、可编程控制器，所述水水换热器连接热水供水管和冷水回水管，热水供水管与热交换器连接，可编程控制与进水温度传感器数据连接，在调节阀和热交换器之间的管道上设置进水温度传感器，用于测量热交换器的进水温度；

可编程控制器根据热交换器的进水温度传感器测量的进口温度来确定是否启动辅助加热设备，如果进口温度过低，则可编程控制器自动启动辅助加热设备，以加热太阳能管路中的水。

一种太阳能智能控制的供热系统，所述供热系统包括太阳能系统，所述太阳能系统包括集热器、水水换热器，集热器吸收太阳能后加热的热水进入水水换热器进行换热，换热后的回水循环回到集热器；

所述系统进一步包括热水供水管、冷水回水管、调节阀、进水温度传感器、出水温度传感器、热交换器、热用户送水管、热用户回水管、用户散热器、循环泵、流量计、热量表、可编程控制器，所述水水换热器连接热水供水管和冷水回水管，热水供水管与热交换器连接，在热水供水管上设置调节阀，用于调节进入热交换器的热水量，在调节阀和热交换器之间的管道上设置进水温度传感器，用于测量热交换器的进水温度；

热交换器与热用户给水管和热用户回水管连接，热用户给水管和热用户回水管之间连接热用户散热器，热用户回水管的水通过与热交换器中的热源厂提供的热水进行间接换热，然后再通过热用户给水管到达用户散热器中进行供暖；所述循环泵设置在用户散热器和和热交换器之间的热用户回水管上；

热交换器与冷水回水管连接，在冷水回水管上设置流量计，用于检测冷水回水管中的水的流量；在流量计和热交换器之间的冷水回水管上设置出水温度传感器，用于测量热交换器的出水温度；

所述热量表与进水温度传感器、出水温度传感器和流量计进行数据连接，并根据测量的进水温度、出水温度和水的流量来计算热用户的耗费的热量；

所述可编程控制器与循环泵、热量表和调节阀进行数据连接，用于对太阳能智能控制供热系统进行自动控制；热量表将用户的热量使用的数据传递给可编程控制器，可编程控制器根据用户购买的热量与目前使用的热量进行对比，如果热量已经用完，可编程控制器控制调节阀进行完全关闭；

热用户给水管上设置热用户给水温度传感器，用于检测热用户给水温度，给水温度传感器与可编程控制器进行数据连接；当可编程控制器控制调节阀进行关闭时，循环水泵继续运行，当给水温度传感器检测的给水温度达到一定限度而无法使用时，可编程控制器逐步调慢循环输泵并最终停止循环水泵的运行。

可编程控制器自动计算用户剩余的热量，在用户热量剩余量达到第一数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于正常开度的第一开度；在用户热量剩余量达到低于第一数据第二数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第一开度的第二开度；在用户热量剩余量达到低于第二数据第三数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第二开度的第三开度；在用户热量剩余量达到低于第三数据第四数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第三开度的第四开度；在用户热量剩余量达到低于第四数据第五数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第四开度的第五开度；在用户热量剩余量达到低于第五数据第六数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第五开度的第六开度；最后在用户热量剩余量达到接近零的时候，可编程控制器调整调节阀完全关闭。

一种太阳能智能控制的供热系统，所述供热系统包括太阳能系统，所述太阳能系统包括集热器、水水换热器，集热器吸收太阳能后加热的热水进入水水换热器进行换热，与水水换热器中的来自冷水回水管的水进行换热，水加热后进入热水供水管，热水供水管与热交换器相连接，散热器回水管中的水进入热交换器中进行加热；

热水供水管上设置调节阀，以调节进入热交换器中的热水；

在散热器的回水管路上设置循环泵，可编程控制器与调节阀和循环泵进行数据连接，当循环泵的频率变化时，调节阀的开度相应的变化，从而使输入热交换器的热水相应的变化。

与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：

1）提供了一种新的散热器形式，通过用户散热器的外部翅片包围的空间沿着外部空气的流通方向逐渐缩小，以增加翅片所形成的烟筒效应；

2）根据换热器的入口的温度对太阳能系统进行自动辅助加热；

3）根据换热器的换热量对太阳能系统进行自动辅助加热；

4）本发明提供了一种新的可以进行热量控制的供暖系统，由用户自己购买热量，一旦热量用完，则自动停止供暖。

5）停止供暖后，水泵,维持原有状态继续运行,由可编程控制器检测热用户的给水温度,在给水温度降低到一定限度而无法使用时,可编程控制器触发停机命令,逐减调慢循环泵并最终停机.这一操作主要是在热用户网络较大时,充分利用系统管道内的余热。

6）在用户购买热量即将用完的时候，系统通过逐步降低供暖量来提醒用户，使用户及时购买。

7）对外部翅片的所包围的空间进行多次试验进行设计，得出了外部翅片的曲线抛物线形的趋势，已达到最优的烟筒效应。

8)研发了新的散热器基管和翅片的材料，加强了传热。

附图说明

图1是本发明太阳能智能供热系统的示意图；

图2是本发明用户散热器的示意图；

图3是翅片管的横截面示意图；

图4是图3从左侧看的一个实施例的示意图；

图5是图3从左侧看的一个优化的实施例示意图。

附图标记如下：

1集热器，2进口温度传感器，3出口温度传感器，4流量计，5水泵，6热量表，7辅助加热设备，8水水换热器，9热水供水管，10冷水回水管，11调节阀，12流量计，13进水温度传感器，14出水温度传感器，15热交换器，16热用户给水管，17热量表，18循环泵，19热用户回水管，20可编程控制器，21显示操作界面，22翅片管，23下集管，24基管，25第一翅片，26空隙部分，27第一连接片，28第二翅片，29第四翅片，30第三翅片，31第二连接片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1-2所示，一种太阳能智能控制供热系统包括太阳能系统、换热系统和散热系统，其中太阳能系统与换热系统之间通过水水换热器8进行换热关联，换热系统和散热系统之间通过热交换器13进行换热连接。

如图1所示，一种太阳能智能控制的供热系统，所述供热系统包括太阳能系统，所述太阳能系统包括集热器1、水泵5、水水换热器8，集热器1吸收太阳能后加热的热水进入水水换热器8，加热水水换热器8中的冷水回水管中的水，换热后的回水通过水泵5后循环回到集热器1。

所述水水换热器8连接热水供水管9和冷水回水管10，冷水与水水换热器8中的太阳能提供的热水进行换热，产生热水。

优选的，水水换热器8为管壳式换热器。

如图1所示，所述系统进一步包括热水供水管9、冷水回水管10、调节阀11、进水温度传感器12、出水温度传感器13、热交换器14、热用户送水管15、热用户回水管16、用户散热器、循环泵17、流量计12、热量表17、可编程控制器20，所述的热水供水管9与热交换器15连接，在热水供水管9上设置调节阀11，用于调节进入热交换器15的热水的流量，在调节阀11和热交换器15之间的管道上设置进水温度传感器13，用于测量热交换器15的进水温度；

热交换器15与热用户给水管16和热用户回水管19连接，热用户给水管16和热用户回水管19之间连接热用户散热器，热用户回水管19的水通过与热交换器15中的汽水热交换器提供的热水进行换热，然后再通过热用户给水管16到达用户散热器中进行供暖；所述循环泵18设置在热用户回水管19上；

热交换器15与冷水回水管10连接，在冷水回水管10上设置流量计12，用于检测冷水回水管10中的水的流量；在流量计12和热交换器15之间的冷水回水管8上设置出水温度传感器，用于测量热交换器15的出水温度；

所述热量表17与进水温度传感器13、出水温度传感器14和流量计12进行数据连接，并根据测量的进水温度、出水温度和水的流量来计算热用户的耗费的热量；

所述可编程控制器20与循环泵18、热量表17和调节阀20进行数据连接，用于对太阳能智能控制供热系统进行自动控制；热量表17将用户的热量使用的数据传递给可编程控制器20，可编程控制器20根据用户购买的热量与目前使用的热量进行对比，如果热量已经用完，可编程控制器20控制调节阀进行完全关闭；

热用户给水管上设置热用户给水温度传感器（未示出），用于检测热用户给水温度，给水温度传感器与可编程控制器进行数据连接；当可编程控制器控制调节阀进行关闭时，循环水泵继续运行，当给水温度传感器检测的给水温度达到一定限度而无法使用时，可编程控制器逐步调慢循环输泵并最终停止循环水泵的运行。

循环泵不停机,维持原有状态继续运行,由可编程控制器检测热用户的给水温度,在给水温度降低到一定限度而无法使用时,可编程控制器触发停机命令,逐减调慢循环泵并最终停机.这一操作主要是在热用户网络较大时,尽量充分利用系统管道内的余热。

上述的太阳能智能控制供热系统还可以包括显示操作面板，显示操作面板类可以供用户进行查询、缴费购买热量等操作。

热量表可以实时的将用户使用的热量提供给可编程控制器，也可以按照一定的时间进行提供，例如每天进行一次结算。

可编程控制器自动计算用户剩余的热量，在用户热量剩余量达到第一数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于正常开度的第一开度；在用户热量剩余量达到低于第一数据第二数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第一开度的第二开度；在用户热量剩余量达到低于第二数据第三数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第二开度的第三开度；在用户热量剩余量达到低于第三数据第四数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第三开度的第四开度；在用户热量剩余量达到低于第四数据第五数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第四开度的第五开度；在用户热量剩余量达到低于第五数据第六数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第五开度的第六开度；最后在用户热量剩余量达到接近零的时候，可编程控制器调整调节阀完全关闭。

可编程控制器通过上述的逐步关闭调节阀和降低泵的运行功率的操作，可以是供暖逐步的停止，这样用户就可以感觉到供暖量在逐渐的下降，从而使其知道你购买的热量已经临近用完，需要尽快购买。

上述的操作可以在一定的时间段内完成，例如几天内或者一个周内完成完成，这样用户才能逐渐感觉到供暖量的减少，从而提醒他主动购买热量。

上述的用户操作可以通过网络实现，从而实现无卡式热量收费管理系统,实现了收费和热网充值的无卡传递,热用户在网上缴费后获得根据缴费数额取得的缴费密码,并在一定时间内在机组运行管理程序上充值,充值后金额与密码均失效，从而大大降低了热网收费中的资金风险.

当然，用户也可以通过现实操作面板直接使用网上银行进行购买操作。

所述太阳能系统包括进口温度传感器2、出口温度传感器3、流量计4、热量表6、辅助加热设备7，进口温度传感器2和出口温度传感器3分别设置在水水换热器8的进口和出口，分别用于测量水水换热器8的进口和出口的水的温度；流量计4设置在水水换热器的出口的位置，用于测量太阳能系统管路上的水的流量，热量表6与进口温度传感器2、出口温度传感器3和流量计4数据连接，通过进口温度传感器2、出口温度传感器3和流量计4计算水水换热器8的换热量。

优选的，所述太阳能系统包括进口温度传感器2，进口温度传感器2与可编程控制器20数据连接，可编程控制器20根据进口温度传感器测量的水水换热器8的进口的水的温度来决定是否启动辅助加热设备7。如果进口的水的温度低于预定值，则自动启动辅助加热设备。

优选的，所述太阳能系统包括进口温度传感器2、出口温度传感器3、流量计4、热量表6和辅助加热设备7。进口温度传感器2和出口温度传感器3分别设置在水水换热器8的进口和出口，分别用于测量水水换热器8的进口和出口的水的温度；流量计4设置在水水换热器的出口的位置，用于测量太阳能系统管路上的水的流量，热量表6与进口温度传感器2、出口温度传感器3和流量计4数据连接，通过进口温度传感器2、出口温度传感器3和流量计4计算水水换热器8的换热量。热量表6与可编程控制器20数据连接，可编程控制器根据热量表6计算的单位时间的换热量来决定是否启动辅助加热设备7。如果计算的换热量小于预定的值，则可编程控制器20启动辅助加热设备7，以加热太阳能管路上的水。

作为一个优选，辅助加热设备为电加热设备。

作为另一个有选，辅助加热设备为锅炉。

作为一个优选，所述可编程控制器20与调节阀11进行数据连接，当散热器的循环泵18因为用户的热量消费完毕或者即将消费完毕而导致开度变化时，此时，可编程控制器20根据循环泵18的频率自动调节调节阀11的开度，从而使输入换热器15的热水相应的变化，例如，相应的减少，以节约能源。

作为一个优选，可编程控制器20根据换热器15的进口温度传感器13测量的进口温度来确定是否启动辅助加热设备，如果进口温度过低，则可编程控制器自动启动辅助加热设备7，以加热太阳能管路中的水。

作为一个优选，可编程控制器20根据换热器15的换热量来确定是否启动辅助加热设备，如果换热量过低，则可编程控制器自动启动辅助加热设备7，以加热太阳能管路中的水。换热量可以通过温度传感器11、12和流量计10测量的数据来计算。

当然，本发明还提供了一种散热器，此种散热器可以作为单独的一个散热器产品进行保护。

所述的热用户散热器是翅片管散热器，包括上集管、下集管23和连接上集管和下集管23的翅片管22，所述翅片管22包括圆形基管24和第一翅片25、第二翅片28，第一翅片25和第二翅片28设置在基管24的外部并且第一翅片25和第二翅片28的延长线相交于基管26的圆心所在的基管的中心轴线，第一翅片25和第二翅片28沿着通过基管中心轴线的第一平面B镜像对称；所述翅片管包括第三翅片30和第四翅片29，所述第三翅片30、第四翅片29沿着第二平面C分别与第一翅片25和第二翅片28镜像对称，所述第二平面C与第一平面B垂直而且经过基管24的中心轴线；所述第一翅片25和第二翅片28之间设置第一连接片27，所述第三翅片30和第四翅片33之间设置第二连接片31，第一连接片27和第二连接片31为圆弧型金属板；所述圆弧形金属板的中心轴线与基管24的中心轴线重合；所述基管为直管，所述相邻的基管的中心轴线互相平行。

作为一个优选，所述的热交换器13为板式热交换器。

作为一个优选，如图4、5所示，所述的散热器的第一翅片和第二翅片的翅片高度从用户散热器的下部到上部逐渐变小。通过这样设置，可以使得空气在翅片的空隙中的流动过程中，空隙部分26面积越来越小，从而使其流速越来越快，烟筒效应越来越明显，从而增强换热。

作为一个优选，所述的散热器的第一翅片和第二翅片的翅片高度从用户散热器的下部到上部逐渐变小的幅度越来越低。实验证明，在散热器中，通过这样设置，换热效果要明显优于变化的幅度不变或者逐渐变大的情况。

作为一个优选，所述的散热器的第一翅片和第二翅片的翅片高度从用户散热器的下部到上部为抛物线结构。这种设置是翅片的变化起到了流线型的效果，达到最好的换热效果，同时因为下部外延出一部分，使更多的空气进入空隙部分。

对于图4和图5的两种情况，散热器的翅片依然可以采用所述第一翅片和第二翅片之间的夹角为A，第一翅片和第二翅片的长度为L，基管的外半径为R，沿着基管轴向上的翅片高度H四者满足的公式，但是考虑加工方便性，可以在高度方向上将翅片管分为几部分，每一部分采取平均的翅片高度H，但是长度L保持不变，采用总的长度的方式，通过平均的翅片高度来确定夹角A。

当然也可以直接将采用平均的翅片高度，算出一个夹角，沿着翅片的高度夹角保持不变。

当然，特殊情况下，因为制造的困难，翅片也不一定非要满足上述的几个参数的优化公式，也可以设置为便于制造的方式，例如，翅片为直线的方式，高度一直保持不变，但是圆弧形封闭片距离翅片管基管的圆心的距离，沿着基管的高度不断的减小。

作为优选的是，圆弧形封闭片距离翅片管基管的圆心的距离，沿着高度方向上呈抛物线式的流线型变化，同时因为下部外延出一部分，使更多的空气进入空隙部分

当然，图5的实施例，也可以满足上述的优化的公式，但是制造起来比较麻烦。

基管和翅片的材料优选的是铝合金，所述铝合金的组分的质量百分比如下：1.4％Cu，2.8％Mg，3.2％Ag，1.2％Mn，0.42％Zr，0.15％Fe，1.18％Ti，18.38％Si，0.4%Cr,1.1%Ni,其余为Al。

铝合金的制造方法为：采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过600℃均匀化处理，在400℃，采用热挤压成棒材，然后再经过580℃固溶淬火后，在200℃进行人工时效处理。导热系数为在50-70摄氏度温度下大于250W/(m*k）。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (2)

1.一种智能控制的太阳能系统，所述供热系统包括太阳能系统，所述太阳能系统包括集热器、水水换热器，集热器吸收太阳能后加热的热水进入水水换热器进行换热，与水水换热器中的来自冷水回水管的水进行换热，水加热后进入热水供水管，热水供水管与热交换器相连接，散热器回水管中的水进入热交换器中进行加热；

热水供水管上设置调节阀，以调节进入热交换器中的热水；

在散热器的回水管路上设置循环泵，可编程控制器与调节阀和循环泵进行数据连接，当循环泵的频率变化时，调节阀的开度相应的变化，从而使输入热交换器的热水相应的变化。

2.如权利要求1所述的所述智能控制的太阳能系统，进一步包括热水供水管、冷水回水管、调节阀、进水温度传感器、出水温度传感器、热交换器、热用户送水管、热用户回水管、用户散热器、循环泵、第二流量计、第二热量表，所述水水换热器连接热水供水管和冷水回水管，热水供水管与热交换器连接，在热水供水管上设置调节阀，用于调节进入热交换器的热水量，在调节阀和热交换器之间的管道上设置进水温度传感器，用于测量热交换器的进水温度；

热交换器与热用户给水管和热用户回水管连接，热用户给水管和热用户回水管之间连接用户散热器，热用户回水管的水通过与热交换器中的热水进行间接换热，然后再通过热用户给水管到达用户散热器中进行供暖；所述循环泵设置在用户散热器和热交换器之间的热用户回水管上；

热交换器与冷水回水管连接，在冷水回水管上设置第二流量计，用于检测冷水回水管中的水的流量；在流量计和热交换器之间的冷水回水管上设置出水温度传感器，用于测量热交换器的出水温度；

所述第二热量表与进水温度传感器、出水温度传感器和第二流量计进行数据连接，并根据测量的进水温度、出水温度和水的流量来计算热用户的耗费的热量；

所述可编程控制器与循环泵、第二热量表和调节阀进行数据连接，用于对太阳能智能控制供热系统进行自动控制；热量表将用户的热量使用的数据传递给可编程控制器，可编程控制器根据用户购买的热量与目前使用的热量进行对比，如果热量已经用完，可编程控制器控制调节阀进行完全关闭；

热用户给水管上设置热用户给水温度传感器，用于检测热用户给水温度，给水温度传感器与可编程控制器进行数据连接；当可编程控制器控制调节阀进行关闭时，循环泵继续运行，当给水温度传感器检测的给水温度达到一定限度而无法使用时，可编程控制器逐步调慢循环泵并最终停止循环泵的运行；

可编程控制器自动计算用户剩余的热量，在用户热量剩余量达到第一数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于正常开度的第一开度；在用户热量剩余量达到低于第一数据的第二数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第一开度的第二开度；在用户热量剩余量达到低于第二数据的第三数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第二开度的第三开度；在用户热量剩余量达到低于第三数据的第四数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第三开度的第四开度；在用户热量剩余量达到低于第四数据的第五数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第四开度的第五开度；在用户热量剩余量达到低于第五数据的第六数据的时候，可编程控制器调整调节阀到低于第五开度的第六开度；最后在用户热量剩余量达到接近零的时候，可编程控制器调整调节阀完全关闭。