CN105731573B - 一种太阳能蓄热系统及具有蓄热功能的海水淡化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能蓄热系统及海水淡化系统,所述系统包括集热器、蓄热器、热利用装置,所述集热器与蓄热器连通形成循环回路,集热器与热利用装置连通形成循环回路,蓄热器和热利用装置所在的管路并联,集热器吸收太阳能,加热集热器中的水,加热后的水通过出水管路分别进入蓄热器和热利用装置,在蓄热器和热利用装置流出的水在经过回水管路进入集热器中进行换热。本发明提供一种新的太阳能系统以及海水淡化系统,通过蓄热的功能,提高了海水淡化的效率。

Description

一种太阳能蓄热系统及具有蓄热功能的海水淡化系统
技术领域
[0001]本发明属于太阳能领域,尤其涉及一种太阳能集热器系统。
背景技术
[00021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 P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。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。在太阳哇热利用装置中,关键是要将太阳福射能转换成热能,实现这种转换的器件 称为太阳能集热器。但目前的太阳能集热器都是圆管结构,在某些情况下会导致太阳能热 量无法充分吸收。
发明内容
[0003] 本发明旨在提供一种节能环保的太阳能系统及包括太阳能系统的海水淡化系统, 提高太阳能海水淡化的工作能力。
[0004] 为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种太阳能蓄热系统,所述系统包括 集热器、蓄热器、热利用装置,所述集热器与蓄热器连通形成循环回路,集热器与热利用装 置连通形成循环回路,蓄热器和热利用装置所在的管路并联,集热器吸收太阳能,加热集热 器中的水,加热后的水通过出水管路分别进入蓄热器和热利用装置,在蓄热器和热利用装 置流出的水在经过回水管路进入集热器中进行换热。
[0005]作为优选,第一阀门设置在热利用装置所在的管路的入口管的位置,用于控制进 入热利用装置的水的流量,第二阀门设置在蓄热器所在的管路的入口管的位置,用于控制 进入蓄热器的水的流量,温度传感器设置在热利用装置的入口的位置处,用于测量进入热 利用装置的水的温度,所述系统还包括中央控制器,所述中央控制器与第一阀门、第二阀 门、温度传感器进行数据连接;
[0006] 当温度传感器测量的温度低于一定的温度的时候,中央控制器控制第一阀门加大 开度,同时控制第二阀门减少开度;当温度传感器测量的温度高于一定的温度的时候,中央 控制器控制阀门第一阀门减少开度,同时控制第二阀门加大开度。
[0007] 作为优选,所述热利用装置是海水淡化装置。
[0008]作为优选,所述集热器包括集热管、反射镜和集热板,相邻的两个集热管之间通过 集热板连接,从而使多个集热管和相邻的集热板之间形成管板结构;所述集热器包括两块 管板结构,所述两块管板结构之间形成一定的夹角,所述夹角方向与反射镜的圆弧线结构 弯曲的方向相对,反射镜的焦点位于管板结构形成的夹角之间,所述的集热管的横截面是 长方形,所述的集热板连接长方形的角。
[0009] 作为优选,所述的集热管的横截面是正方形。
[0010] 作为优选,所述集热管内部设置内翅片,所述内翅片连接长方形的对角,所述内翅 片将集热管内部分为多个小通道,在内翅片上设置连通孔,从而使相邻的小通道彼此连通;
[0011] 所述正方形的内边长为L,所述连通孔的半径r,所述同一翅片上相邻的连通孔之 间的距离为1,满足如下关系:
[0012] 1/L*10=a*ln (r/L*10)+b;
[0013] 其中 In 是对数函数,a,b是参数,1.5<a<1.6,2.9<b<3.0;
[0014] 0.34<1/L<0.38;
[0015] 0.14<r/L<0.17;
[0016] 30mm<L<120mra;
[0017] 5ram<r<17mm。
[0018]作为优选,所述海水淡化装置包括蒸发室,蒸发室内设置布液器,其中,太阳能集 热器加热的热水进入蒸发室,在蒸发室内经过布液器的海水喷淋换热后,再进入板式换热 器,与板式换热器中的海水进行换热,然后再循环回到集热器中进行加热,所述板式换热器 中换热后的海水进入蒸发室内的布液器。
[0019]作为优选,海水通过海水进水栗,进入到板式预热换热器中,在板式预热换热器中 通过来自蒸发室中的淡水蒸汽的预热后进入板式换热器,在板式预热换热器中进行换热 后,进入蒸发室,在蒸发室中经过布液器喷淋换热,经过换热后蒸发的蒸汽进入板式预热换 热器,对进入系统的海水进行预热。
[0020]与现有技术相比较,本发明太阳能热水器具有如下的优点:
[0021] 1)本发明提供一种新的蓄热海水淡化系统,通过蓄热的功能,提高了海水淡化的 效率。
[0022] 2)本发明提供了一种辅助加热的太阳能系统,能够及时补充太阳能不足情况下的 太阳能吸收。
[0023] 3)提供了一种新式结构的方管集热管太阳能集热器,可以避免圆管集热器的集热 盲点,提高了体阳能吸热效率。
[0024] 4)通过在集热管内部开设连通孔,在保证提高换热效率的同时,减少了集热管内 的流动阻力。
[0025] 5)通过集热管内的通孔的面积的规律变化,达到最优的集热效果以及流动阻力。
[0026] 6)本发明通过多次试验,在保证换热量最大以及流动阻力满足要求的情况下,得 到一个最优的太阳能集热器优化结果,并且通过试验进行了验证,从而证明了结果的准确 性。
[0027] 7)本发明提出了一种新式太阳能海水淡化系统以及装置,提高了海水淡化率。
附图说明
[0028]图1是本发明太阳能热利用系统的示意图;
[0029]图2是本发明太阳能集热器的结构示意图;
[0030]图3是本发明集热管横截面结构示意图;
[0031]图4是本发明内翅片连通孔分布示意图;
[0032]图5是本发明内翅片连通孔错列分布示意图;
[0033]图6是本发明集热管内正方形尺寸示意图;
[0034]图7是太阳能蓄热和海水淡化并联系统流程示意图;
[0035]图8是太阳能海水淡化控制系统的示意图; t〇〇36]图9是海水淡化装置系统示意图;
[0037] 图10是方形管和圆管对比示意图。
[0038] 附图标记如下:
[0039] 1、太阳能集热器2、外部辅助加热3、循环水栗4、循环水箱5、循环水补水泵6、 板式换热器7、喷淋盘8、一级蒸发室9、二级蒸发室10、三级蒸发室u、淡水箱12、淡水 排水栗13、浓海水箱14、浓海水排水泵15、海水预热换热器16、海水进水泵17反射镜, 18集热管,19集热板,20集箱,21集箱,22集热器入水管,23集热器出口管,热利用装置24,内 翅片25,连通孔26,小通道27,蓄热器28,海水淡化装置29,阀门30,阀门3 /,温度传感器於, 蓄热器入口管33,出水管路34,回水管路36,阀门37、温度传感器肋,水箱39,出口管入口 管41,温度传感器42,出口管阀门43,入口管阀门44,中央控制器45阀门46。 ’
具体实施方式
[0040]下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0041]图1展示了一种太阳能集热器系统,所述系统包括集热器1及其热利用装置24,所 述集热器1与热利用装置24之间通过管路连接。
[0042]所述集热器结构如图2所示,包括集热管18、反射镜17和集热板19,相邻的两个集 热管18之间通过集热板I9连接,从而使多个集热管IS和相邻的集热板19之间形成管板结 构;所述太阳能集热器系统包括两块管板结构,所述两块管板结构之间形成一定的夹角,所 述夹角方向与反射镜的圆弧线结构弯曲的方向相对,反射镜17的焦点D位于管板结构形成 的夹角之间。
[0043]作为一个改进,所述的集热管18的横截面是长方形,所述的集热板19连接长方形 的角。
[0044]现有技术一般都采用圆管结构,但是在实践中发现采用圆管结构,对于两个圆管 之间距离比较近时,因为两个靠近的圆弧之间的距离很小,使得两个圆管相邻的部分无法 充分地吸收太阳能,如图10所述,如果从下部或者上部照射或者反射,其中的阴影部分可能 无法得到光照,从而造成集热管局部吸热不均匀,容易造成集热管的损坏。而本发明通过设 置集热管横截面为方管结构,克服了圆管结构的缺点,使得相邻的集热管18之间具有相对 于圆管来说较多的空间,从上部和下部照射,使得太阳能能够反射进去,从而达到吸热均 匀,从其他角度反射,相对于圆管而言,也能够达到吸收更多热量的目的。
[0045]作为优选,所述的集热管18的横截面是正方形。
[0046]传统的集热器都是将集热管直接设置在焦点上,一旦位置发生偏移,则热量就不 会集热到集热管中,通过上述结构,太阳光照射在反射镜17,通过反射镜17反射到管板结 构,将热量集热到管板结构中的集热管18中。通过这种结构,即使因为安装或者运行问题导 致管板结构位置发生改变,则太阳能依然会集热到集热管18中,从而避免热量损失;同时因 为传统的集热器都是将集热管直接设置在焦点上,造成集热管局部过热,造成集热管局部 损失过大,寿命过短,甚至造成集热管内部过热,产生过热蒸汽,充满整个集热管,造成集热 管内部压力过大,损坏集热管,而采取本申请的结构,既可以将热量充分的吸收,又可以将 热莖相对的分成,避免热量过于集中,使得整体集热管吸热均匀,延长集热管的使用寿命。 [0047]作为一个优选,反射镜17的焦点D位于两块管板结构最低端连线的中点上。通过上 述设置,可以保证最大程度上吸收太阳能,避免太阳能因为焦点偏移而损失,同时还能保证 板状结构尽量可能减少遮挡的照射在反射镜17上的阳光。通过实验证明,采用上述结构,太 阳能吸收的效果最好。
[0048]作为优选,集热管的横截面积不相同。沿着管板结构的中部(即最高位置)向两边 最低位置(即图2集热管A向B、C方向)延伸方向上,集热管的横截面积越来越大。在实验中发 现,从中部向两侧延伸,吸热量逐渐升高,通过分析主要原因是因为有管板结构的阻挡,导 致中部受热最少,而从中部向两边延伸,吸收热量逐渐升高。通过集热管横截面积的不断变 大,可以增加下部的水流量,可以使得整个集热管中水的受热均勾,避免两侧温度过高而中 间温度过低。这样也可以避免中间的集热管的材料长期在高温下容易损坏,可以保持整个 集热管的温度均匀,延长使用寿命。
[0049] 作为优选,沿着管板结构的中部(即最高位置)向两边最低位置(即图2集热管A向 B、C方向)延伸方向上,集热管横截面面积增加的幅度逐渐变小。在实验中发现,对于吸热 量,沿着管板结构的中部(即最高位置)向两边最低位置(g卩图2集热管A向B、C方向)延伸方 向上的增幅逐渐递减,因此将管径做了如此变化,以满足相应的要求。
[0050] 作为优选,最大的横截面积与最小的横截面积的比值小于1.22。
[0051] 作为优选,管板结构的下壁面(与反射镜17相对的面)上设置用于强化传热的凸 起,以加强对太阳能的吸收。沿着管板结构的中部(即最高位置)向两边最低位置(即图2集 热管A向B、C方向)延伸方向上,集热管丨8的下壁面的凸起高度越来越高。在实验中发现,从 中部向两侧延伸,吸热量逐渐升高,通过分析主要原因是因为有管板结构的阻挡,导致中部 受热最少,而从中部向两边延伸,吸收热量逐渐升高。通过凸起高度的不断的升高,可以使 得整个集热管18中水的受热均匀,避免两侧温度过高而中间温度过低。这样也可以避免中 间的集热管的材料长期在高温下容易损坏,可以保持整个集热管的温度均匀,延长使用寿 命。 p052]作为优选,沿着两块管板结构的连接位置(即管板结构的中部)向两边(即图2集热 管A向B、C方向)延伸,集热管18的下壁面的凸起密度越来越高。主要原因是中部受热最少, 而从中部向两边延伸,吸收热量逐渐升高。通过凸起密度的不断的升高,可以使得整个集热 管18中水的受热均匀,避免中间温度过低而两侧温度过高。这样也可以避免中间的集热管 18的材料长期在高温下容易损坏,可以保持整个集热管的温度均匀,延长使用寿命。
[0053]作为优选,集热管18的外壁可以设置外翅片,例如可以设置直翅片或者螺旋翅片, 不同集热管的外翅片高度不同,沿着两块管板结构的连接位置(即管板结构的中部)向两边 (即图2集热管A向B、C方向)延伸,外翅片的高度逐渐减少。主要原因是与前面设置凸起的原 因相同。
[005^]作为优选,所述集热管内部设置内翅片25,所述内翅片25连接长方形的对角,如图 3所示。所述内翅片25将集热管18内部分为多个小通道27,在内翅片上设置连通孔26,从而 使相邻的小通道27彼此连通。 _5]通过设置内翅片25,将集热管18内部分为多个小通道27,进一步强化传热,但是相 应的流体流动的压力增加。通过设置连通孔26,保证相邻的小通道27之间的连通,从而使得 压力大的小通道内的流体可以向邻近的压力小的小通道内流动,解决冷凝端的内部各个小 流道27压力不均匀以及局部压力过大的问题,从而促进了流体在换热通道内的充分流动, 同时通过连通孔27的设置,也降低了集热管内部的压力,提高了换热效率,同时也提高了集 热管的使用寿命。
[0056] 优选的,沿着集热管18内流体的流动方向,所述连通孔27的面积不断的增加。
[0057] 所述的连通孔26为圆形结构,沿着集热管18内流体的流动方向,所述圆形结构的 半径不断的增加。
[0058] 因为沿着集热管18内流体的流动方向,集热管18内的流体不断的吸热甚至蒸发, 因此使得集热管的压力不断的增加,而且因为连通孔26的存在,使得集热管18内部的压力 分配越来越均匀,因此连通孔的面积需要很大,通过设置不断的变大,从而使得在保证热管 内部压力均匀和压力的情况下,通过连通孔面积的变化来增加换热面积,从而提高换热效 率。
[0059] 优选的,沿着集热管18内流体的流动方向,所述连通孔26的面积不断的增加的幅 度不断增加。通过如此设置,也是符合流动压力的变化规律,进一步降低流动阻力的同时, 提高换热效率。通过如此设置,通过是实验发现可以提高9%左右的换热效率,同时阻力基本 保持不变。
[0060] 优选的,沿着集热管18内流体的流动方向,连通孔26的分布数量越来越多,进一步 优选,所述连通孔数量26不断的增加的幅度不断增加。
[0061] 通过上述数量的分布原理与面积减少原理相同,与连通孔数量完全相同相比,通 过数量分布来减少流通面积。
[0062] 在实际实验中发现,连通孔26的面积不能过小,过小的话会导致流动阻力的增加, 从而导致换热的减弱,连通孔26的面积不能过大,面积过大,会导致换热面积的减少,从而 降低换热效果。同样,集热管18的横截面积不能过大,过大导致管板结构单位长度上分布的 换热管过少,同样导致换热效果变差,集热管流动面积也不能过小,过小会导致流动阻力增 加,从而导致换热效果变差。因此连通孔26与集热管横截面面积及其相邻连通孔26之间的 距离必须满足一定要求。
[0063]因此,本发明是通过多个不同尺寸的集热器的上千次数值模拟以及试验数据,在 满足工业要求承压情况下(lOMPa以下),在实现最大换热量的情况下,总结出的最佳的集热 器的尺寸优化关系。
[0064] 本发明是集热器18横截面是正方形下进行的尺寸优化。
[0065] 所述正方形的内边长(即正方形的外边长减去壁厚)为L,所述连通孔的半径r,所 述同一翅片上相邻的连通孔之间的距离为1,满足如下关系:
[0066] 1/L*10=a*ln (r/L*10)+b;
[0067] 其中 In是对数函数,a,b是参数,1.5〈a<l • 6,2.9〈b〈3 • 0;
[0068] 〇.34< 1/L<0.38;
[0069] 0.14<r/L<0.17;
[0070] 30mm<L<120mm;
[0071] 5mm<r<17ram。
[0072] 其中,1等于相邻连通孔26圆心之间的距离。如图4、5所示的左右相邻和上下相邻 的连通孔圆心之间的距离。
[0073] 进一步优选,15mm<l〈45mm。
[0074] 优选的,随着r/L的增加,所述的a,b增加。
[0075] 作为优选,a=1.57,b=2.93。
[0076] 作为优选,如图4、5所示,每个内翅片上设置多排连通孔26,如图5所示,所述多个 连通孔26为错排结构。通过错排接构,可以进一步提高换热,降低压力。
[0077] 作为优选,热利用装置24可以是蓄热器28,也可以是如图9所示的海水淡化装置 29。当然,可以是蓄热器28和海水淡化装置29并联,如图7所示。图7展示了太阳能集热系统 的一个新的实施例。如图7所示,太阳能集热器系统包括两个互相并联的蓄热器28和海水淡 化装置29。
[0078] 如图7所示的太阳能集热器系统,所述系统包括集热器1、蓄热器28、海水淡化装置 29、 阀门30、阀门31、阀门37、温度传感器32,所述集热器1与蓄热器28连通形成循环回路,集 热器1与海水淡化装置29连通形成循环回路,蓄热器28和海水淡化装置29所在的管路并联, 集热器1吸收太阳能,加热集热器1中的水,加热后的水通过出水管路34分别进入蓄热器28 和海水淡化装置29,在蓄热器28和海水淡化装置29流出的水在经过回水管路36进入集热器 1中进行换热。
[0079]当然蓄热器和和海水淡化装置29可以采用其他热利用装置代替。
[0080]上述系统中,通过太阳能在蓄热器28中进行蓄热同时,可以进行海水淡化。当然, 海水淡化装置和蓄热器可以独立运行,或者单独运行其中之一,其中图9就是单独运行海水 淡化装置。
[0081]如图7所示,阀门30设置在出水管上,用于控制进入蓄热器28和海水淡化装置29的 总的水量,阀门31设置在海水淡化装置29所在的管路的入口管的位置,用于控制进入海水 淡化装置29的水的流量,阀门3了设置在蓄热器28所在的管路的入口管33的位置,用于控制 进入蓄热器28的水的流量,温度传感器32设置在海水淡化装置29的入口的位置处,用于测 量进入海水淡化装置29的水的温度。所述系统还包括中央控制器,所述中央控制器与阀门 30、 阀门31、阀门37、温度传感器32进行数据连接。
[0082] 优选的,当温度传感器32测量的温度低于一定的温度的时候,中央控制器控制阀 门31加大开度,同时控制阀门37减少开度,以加大进入海水淡化装置29的热水的流量来提 高海水淡化装置的工作能力。当温度传感器32测量的温度高于一定的温度的时候,中央控 制器控制阀门31减少开度,同时控制阀门37加大开度,以减少进入海水淡化装置29的热水 的流量来降低海水淡化装置的工作能力。通过上述的控制,可以保证海水淡化装置29的海 水淡化的出淡水率基本保持恒定,避免过多或者过少,而且还能在热量有多余的情况下,将 更多的热水通过蓄热器28存储起来。
[0083]当温度传感器32测量的温度降低到一定程度的时候,此时海水淡化装置对外海水 淡化的能力会变差,无法满足正常的需求,这表明太阳能集热器的集热能力也出现问题,例 如太阳光现不是很强,或者晚上没有太阳的时候,此时阀门30会自动关闭,阀门31和阀门37 会完全打开,蓄热器和海水淡化装置所在的管路形成一个循环管路,水进入蓄热器,蓄热器 存储的热能对进入蓄热器中水进行加热,加热的水进入海水淡化装置29中进行海水淡化。 [G084] 通过上述的运行,可以在太阳光线强的时候,在满足海水淡化装置29的散热能力, 即满足用户散热需求以后,将多余的热量通过蓄热器28进行蓄热,在太阳能集热器1供热能 力不足的情况下,利用蓄热器存储的热能加热循环水,以满足海水淡化装置29的需求。这样 可以充分利用太阳能,避免过多的热量的浪费。
[0085] 作为优选,海水淡化装置29的管路上还设置辅助加热设备2,如图9所示,海水淡化 装置29管路中的水在海水淡化装置29之前进入流经辅助加热装置。所述辅助加热设备2根 据流经辅助加热装置2中的水的温度自动启动加热。
[0086] 优选的是,辅助加热装置2可以是电加热器、热水锅炉或者其他换热器,其中图9展 示了一个换热装置。电加热器或热水锅炉的主要作用是起到辅助加热的作用,例如当利用 太阳能加热的水没有达到预定的温度,这是可以启动电加热器或热水锅炉。
[0087] 所述电加热器和/或热水锅炉和/或换热器还包括控制系统,所述控制系统包括测 量温度的温度传感器和中央控制器,电加热器和/或热水锅炉和/或换热器根据进入电加热 器和热水锅炉和/或换热器的水的温度自动启动,对热水进行加热。下面针对电加热器进行 说明。
[0088] 温度传感器用于测量进入电加热器的水的温度,中央控制器用于控制电加热器的 加热功率。当测量的进水温度低于温度a时,电加热器启动加热,并以功率A进行加热;当热 测量的进水温度低于比温度a低的温度b时,电加热器以高于功率A的功率B进行加热;当测 量的进水温度低于比温度b低的温度c时,电加热器以高于功率B的功率C进行加热;当测量 的进水温度低于比温度c低的温度d时,电加热器以高于功率C的功率D进行加热;当测量的 进水温度低于比温度d低的温度e时,电加热器以高于功率D的功率E进行加热。
[0089] 当然,可以选择的是,为了增加测量温度的准确性,可以在电加热器的出水口处设 置另一个温度传感器,通过两个温度传感器的测量的温度的平均值来计算电加热器的启动 功率。
[0090] 对于锅炉来说,设置自动点火装置。当测量的进入锅炉的水的温度低于一定的温 度的时候,锅炉就启动点火装置进行加热。当测量的水的温度达到一定的温度的时候,则就 停止进行加热。
[0091] 当然,可以选择的是,为了增加测量温度的准确性,可以在锅炉的出水口处设置另 一个温度传感器,通过两个温度传感器的测量的温度的平均值来计算电加热器的启动功 率。
[0092] 当然作为优选,可以设置一个换热器作为辅助加热设备,如图9所示。换热器提供 热源与进入海水淡化装置29的水进行换热,所述换热器根据进入换热器的水温自动提供热 源进行换热。如果测量进入换热器的水的温度低于一定的温度的时候,中央控制器控制换 热器提供热源加热热水。当测量的水的温度达到一定的温度的时候,则就停止提供热源。
[0093] 图8展示了太阳能集热器装置的一个进一步改进的具体实施方式。对于没有提及 的特征与前面的实施例相同。优选的是,还包括水箱39,所述集热管是环路热管,环路热管 的冷凝端设置在太阳能水箱39中。集热器吸收太阳能的热量,加热环路热管的蒸发端,蒸发 端的工作流体经过循环进入环路热管的冷凝端,在冷凝端进行放热,加热水箱中的水。在冷 凝端放热完成后再循环进入热管的蒸发端进行加热。作为优选,其中环路热管的蒸发端是 集热器。
[0094] 如图8所示,可以在水箱中设置电加热装置,当水箱的出水温度低于一定的数值 时,可以启动电加热装置。本发明通过多种方式来实现对海水淡化系统的智能控制。
[0095]作为改进一,所述的水箱39内设置温度传感器,用于测量水箱39内的水的温度。水 箱39的入口管41和出口管40上分别设置入口管阀门44和出口管阀门43,所述温度传感器、 入口管阀门44和出口管阀门43与中央控制器45数据连接。中央控制器45根据温度传感器测 量的温度来控制入口管阀门44和出口管阀门43的开闭以及开度的大小。
[0096]如果温度传感器测量水箱39内的水的温度低于下限的数值,则中央控制器4 5控制 阀门43、44自动关闭,从而保证水箱39内的水继续加热升温;如果测量的水箱39内的水的温 度超过上限的数值,则中央控制器45控制阀门仏44自动打开。通过上述措施,能够而保证 水箱39输出的水的温度保持一定温度,从而能够达到可以利用的温度。
[0097]作为优选,所述的水箱39内设置多个温度传感器,通过多个温度传感器来测量水 的温度。
[0098]作为优选,中央控制器45通过多个温度传感器测量的水的温度的平均值来控制阀 门43、22的开闭。
[00"]作为优选,中央控制器45通过多个温度传感器测量的水的温度的最低值来控制阀 门43、22的开闭。通过采取最低值,能够保证水箱39内的所有位置的水的温度都能够达到海 水淡化装置可以利用的温度。
[0100]作为优选,所述的至少一个温度传感器设置在水箱39内靠近水箱入口管41的位 置。
[0101] 作为优选,所述的至少一个温度传感器设置在水箱39内靠近水箱出口管40的位 置。
[0102] 作为一个改进二,所述的中央控制器45通过控制阀门43、44的开度的大小来保证 水箱内的出水温度达到恒定值。即通过调节进入水箱39和离开水箱39的说的流量来调整水 箱39的出水的温度。
[0103] 所述水箱出口管路17上设置出口管温度传感器42,所述出口温度传感器42与中央 控制器45数据连接,中央控制器45根据温度传感器42测量的温度来控制入口管阀门44和出 口管阀门43的开闭以及开度的大小。
[0104] 如果温度传感器42测量的出口管19的水的温度低于下限的数值,则中央控制器45 控制阀门43的开度增加,降低阀门44的开度,从而使得进入水箱39内的水减少,使得离开水 箱39内的水增加,从而使得水箱39内的水量减少。通过水量的减少来提高水箱39内水的温 度,从而提高水箱39的出口温度。相反,温度传感器42测量的出口管19的水的温度高于上限 的数值,则中央控制器45控制阀门43的开度减少,增加阀门44的开度,从而使得进入水箱39 内的水增加,使得离开水箱39内的水减少,从而使得水箱39内的水量增加。通过水量的增加 来降低水箱39内水的温度,从而降低水箱39的出口温度。通过上述措施,能够而保证水箱39 输出的水的温度保持在一定范围内,从而能够达到海水淡化装置29可以利用的温度。
[0105] 作为优选,所述的出口管40设置多个温度传感器犯,通过多个温度传感器42来测 量水箱出水管的水的温度。
[0106] 作为优选,中央控制器45通过多个温度传感器42测量的水的温度的平均值来控制 阀门43、44的开度的大小。
[0107] 作为优选,中央控制器45通过多个温度传感器42测量的水的温度的最低值来控制 阀门43、44的开度。通过采取最低值,能够数据的进一步的准确性。
[0108]作为优选,所述的至少一个温度传感器设置在出口管40靠近水箱39的位置。
[0109]作为优选,上限数值减去下限数值为5 —10摄氏度,优选为6—8摄氏度。
[0110]作为改进二的进一步改进,下称为改进三,通过测量水箱39内水的温度来控制阀 门43、44的开闭。 如果温度传感器42测量的水箱39的水的温度低于下限的数值,则中央控制器45控 制阀门43的开度增加,降低阀门44的开度,从而使得进入水箱39内的水减少,使得离开水箱 39内的水增加,从而使得水箱39内的水量减少。通过水量的减少来提高水箱39内水的温度, 从而提高水箱39的出口温度。相反,温度传感器42测量的水箱39内的水的温度高于上限的 数值,则中央控制器妨控制阀门43的开度减少,增加阀门44的开度,从而使得进入水箱39内 的水增加,使得离开水箱39内的水减少,从而使得水箱39内的水量增加。通过水量的增加来 降低水箱39内水的温度,从而降低水箱39的出口温度。通过上述措施,能够而保证水箱39输 出的水的温度保持在一定范围内,从而能够达到海水淡化装置可以利用的温度。
[0112]作为优选,所述的水箱39内设置多个温度传感器,通过多个温度传感器来测量水 的温度。
[0113] 作为优选,中央控制器45通过多个温度传感器测量的水的温度的平均值来控制阀 门43、22的开度。
[0114] 作为优选,中央控制器45通过多个温度传感器测量的水的温度的最低值来控制阀 门43、22的开度。通过采取最低值,能够保证水箱39内的所有位置的水的温度都能够达到可 以利用的温度。
[0115]作为优选,所述的至少一个温度传感器设置在水箱39内靠近水箱入口管41的位 置。
[0116]作为优选,所述的至少一个温度传感器设置在水箱39内靠近水箱出口管40的位 置。
[0117]作为优选,上限数值减去下限数值为8 —13摄氏度,优选为9 一 11摄氏度。
[0118]作为改进四,所述的水箱39内设置水位计,所述水位计和中央控制器45数据连接。 中央控制器监控水位的高度从而控制阀门43、44的开度的大小。
[0119]通过监控水位的高度,避免水箱内的水位过低,从而造成集热管放热端无法散热, 造成集热管损害,同时避免水箱39内的水位过高,从而造成水箱内压力过大,尤其是在加热 沸腾的情况下。
[0120] 如果水位计测量的水箱39的水位高于上限的数值,则中央控制器45控制阀门43的 开度增加,降低阀门44的开度,从而使得进入水箱39内的水减少,使得离开水箱39内的水增 力口,从而使得水箱39内的水量减少。通过水量的减少来降低水箱39内水的水位。相反,水位 计测量的水箱39内的水位低于下限的数值,则中央控制器45控制阀门43的开度减少,增加 阀门44的开度,从而使得进入水箱39内的水增加,使得离开水箱39内的水减少,从而使得水 箱39内的水量增加。
[0121] 作为优选,水位的上限数值为水箱容积的90%-95%所在的高度,优选为93%。
[0122]作为优选,水位的下限数值为集热管放热端伸入水箱内的高度。从而保证水箱中 的水全面覆盖放热端。
[0123] 改进五是对改进一、改进四结合的改进。
[0124] 如果温度传感器测量水箱39内的水的温度低于下限的数值,此时中央控制器45根 据监控的水位计测量的水位来自动控制阀门43、44的开闭,具体措施如下:
[0125] 中央控制器45监控的水位计测量的水位高于下限值而且低于上限值,则中央控制 器45控制阀门44、44自动关闭,从而保证水箱39内的水继续加热升温;
[0126] 中央控制器45监控的水位计测量的水位低于下限值,则中央控制器45控制阀门43 自动关闭,阀门44继续打开,从而保证水继续流入水箱39内,当中央控制器45监控的水位计 测量的水位等于或者高于下限值,则中央控制器45控制阀门44自动关闭;
[0127] 中央控制器45监控的水位计测量的水位高于上限值,则中央控制器45控制阀门43 继续打开,阀门44自动关闭,从而保证水继续流出水箱39,当中央控制器45监控的水位计测 量的水位等于或者低于上限值,则中央控制器45控制阀门43自动关闭。
[0128] 其余的特征与改进一、改进五相同,就不再一一描述。
[0129] 改进六是对改进二、改进四结合的改进。
[0130] 如果温度传感器42测量的出口管的水的温度低于下限的数值,中央控制器45根据 监控的水位计测量的水位来自动控制阀门43、44的开度,具体措施如下:
[0131]中央控制器45监控的水位计测量的水位低于上限值,则中央控制器45控制阀门43 的开度增加,降低阀门44的开度,从而使得进入水箱39内的水减少,使得离开水箱39内的水 增加,从而使得水箱39内的水量减少,如果水箱39内的水位降低至下限值或者接近下限值, 则中央控制器控制阀门43、44关闭;
[0132]中央控制器45监控的水位计测量的水位低于下限值,则中央控制器45控制阀门43 关闭,同时发出警报;此时表明目前无法实现需要的水温,原因可能是光照强度不够或者其 他原因,以提醒操作者注意。
[0133] 如果温度传感器42测量的出口管的水的温度高于上限的数值,中央控制器45根据 监控的水位计测量的水位来自动控制阀门43、22的开度,具体措施如下:
[0134]中央控制器45监控的水位计测量的水位低于上限值,则中央控制器45控制阀门43 的开度减小,增加阀门44的开度,从而使得进入水箱39内的水增加,使得离开水箱39内的水 减少,从而使得水箱39内的水量增加;如果水箱39内的水位增加至上限值或者接近上限值, 则中央控制器控制阀门43、44关闭;
[0135] 中央控制器45监控的水位计测量的水位高于上限值,则中央控制器45控制阀门44 关闭,同时发出警报;此时表明目前无法实现需要的水温,原因可能是设置水温过低或者其 他原因,以提醒操作者注意。
[0136] 其余的特征与改进一、改进五相同,就不再一一描述。
[0137] 图9展示了前面实施例中太阳能海水淡化装置的一个具体流程示意图。当然图9中 的集热器1还可以使用水箱39来代替。
[0138]所述海水淡化装置包括布液器7、蒸发室8 —10、板式预热换热器15、淡水箱11、淡 水排出泵12、浓海水箱13、浓海水排出栗14。整套装置包含两套循环,分别为海水循环和加 热循环水循环。
[0139] 其中,太阳能集热器1或者经过集热器1加热的水箱39中加热的热水进入蒸发室, 在蒸发室8内经过布液器7喷淋换热后,再进入板式换热器6,与板式换热器6中的海水进行 换热,然后再循环回到加热器1或者水箱39中进行加热。
[0140] 作为优选,所述辅助加热设备2设置在集热器或水箱39与蒸发室之间。
[0141] 作为优选,循环水储存在循环水箱4中,所述循环水箱4设置在板式换热器6和集热 器1或水箱39之间。作为优选,所述循环水在循环水水栗3的作用下进行循环。另外可以通过 循环水补水泵5,向系统中添加循环水。
[0142] 海水通过海水进水泵16,将海水输入在板式预热换热器15中,在板式预热换热器 15中通过来自蒸发室中的淡水蒸汽的预热后进入板式换热器6,在板式预热换热器6中进行 换热后,进入蒸发室,在蒸发室中经过布液器7喷淋换热,经过换热后蒸发的蒸汽进入板式 预热换热器,对进入系统的海水进行预热,以实现热量的充分利用,然后进入最后被收集到 淡水箱11中,可由淡水排出荥12排出,所述蒸发室连接浓海水箱13,剩余的浓海水也将收集 在浓海水箱13中,经由浓海水排出泵14排出。
[0143] 作为优选,所述蒸发室包括多级蒸发室,所述多级蒸发室串联连接,海水在上级蒸 发室中换热后在进入下一级蒸发室,所述上一级蒸发室蒸发的蒸汽进入下一级蒸发室,作 为热源与进入下一级蒸发室的海水进行换热。
[0144] 作为优选,所述的太阳能集热器1或者经过集热器1加热的水箱39中加热的热水进 入第一级蒸发室8。
[0145] 作为优选,所述蒸发室为3级,分别室第一级蒸发室8、第二级蒸发室9,第三级蒸发 室10,所示板式预热换热器15为3个,所述第一级蒸发室8出来的蒸汽进入第二级蒸发室9 后,再进入第一板式预热换热器15,所述第二蒸级发室9出来的蒸汽进入第三级蒸发室10 后,再进入第二板式预热换热器15,第三级蒸发室10出来的蒸汽直接进入第三板式预热换 热器15。
[0146] 作为优选,所述海水先后经过第三、第二、第一板式预热换热器15。通过实验发现, 通过此顺序,可以达到最佳的海水淡水率。主要原因是第三、第二、第一板式预热换热器15 中的换热能力逐渐降低,海水先经过换热能力低的换热器,然后以此经过换热能力逐步升 高的换热器,使得海水的温度逐渐升高进行换热,避免了直接经过换热能力强的换热器进 行换热后在进入换热能力弱的换热器换热,在换热能力弱的换热器中达不到理想的换热效 果。
[0147] 作为优选,在进入第一级蒸发器8的太阳能管路上设置温度传感器和流量传感器 (图9仅标识了温度传感器),用于测量进入第一级蒸发器8的热水的温度和热水的流量,所 述进入第一级蒸发室8的海水管路上设置阀门46,用于控制进入第一级蒸发室8流量,所述 系统还包括控制器,所述控制器与温度传感器、流量传感器、阀门数据连接,所述控制器根 据测量的热水温度和热水流量,自动控制阀门46的开度。
[0148] 所述的控制器是根据热水温度和热水流量的组合来进行阀门控制,具体控制方式 如下:控制参数Q=(热水温度-基准温度)*热水流量,如果测量的控制参数Q增加,则自动增 力口阀门的开度,如果测量的控制参数Q减少,则自动降低阀门的开度。
[0149] 通过上述的智能控制,可以实现随着热水温度和流量变化来控制参与换热的海水 的流量,避免参与换热的海水量过高或者过低,从而避免海水量过多或者过少,从而影响淡 化效果。
[0150] 作为优选,所述基准温度为25-35°C。
[0151]作为优选,海水进水泵I6与控制器进行数据连接,控制器根据进入第一级蒸发室8 的海水管路上的阀门46开度自动调整进水泵I6的功率。如果阀门45开度增加,自动增加进 水泵ie的功率,如果阀门46开度降低,自动降低进水泵16的功率。
[0152]臓控權可贼細提麵巾烛_45,也可服臟控制器。 较佳实脑鶴如上,财M并機赶此。任何本领域技术 围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范酿

Claims (3)

1.一种太阳能蓄热系统,所述系统包括集热器、蓄热器、热利用装置,所述集热器与蓄 热器连通形成循环回路,集热器与热利用装置连通形成循环回路,蓄热器和热利用装置所 在的管路并联,集热器吸收太阳能,加热集热器中的水,加热后的水通过出水管路分别进入 蓄热器和热利用装置,在蓄热器和热利用装置流出的水在经过回水管路进入集热器中进行 换热; 所述集热器包括集热管、反射镜和集热板,相邻的两个集热管之间通过集热板连接,从 而使多个集热管和相邻的集热板之间形成管板结构;所述集热器包括两块管板结构,所述 两块管板结构之间形成一定的夹角,所述夹角方向与反射镜的圆弧线结构弯曲的方向相 对,反射镜的焦点位于管板结构形成的夹角之间,所述的集热管的横截面是长方形,所述的 集热板连接长方形的角; 所述的集热管的横截面是正方形; 所述集热管内部设置内翅片,所述内翅片连接正方形的对角,所述内翅片将集热管内 部分为多个小通道,在内翅片上设置连通孔,从而使相邻的小通道彼此连通; 所述正方形的内边长为L,所述连通孔的半径r,同一翅片上相邻的连通孔之间的距离 为1,满足如下关系: 1/L^10 — In (r/L^lO) +b; 其中In是对数函数,a,b是参数,1.5<a〈1.6,2.9<b<3.0;
0.34<1/L<0.38;
0.14<r/L<0.17; 30mm<L〈120mm; 5mm<r<17mm; 第一阀门设置在热利用装置所在的管路的入口管的位置,用于控制进入热利用装置的 水的流量,第二阀门设置在蓄热器所在的管路的入口管的位置,用于控制进入蓄热器的水 的流量,温度传感器设置在热利用装置的入口的位置处,用于测量进入热利用装置的水的 温度,所述系统还包括中央控制器,所述中央控制器与第一阀门、第二阀门、温度传感器进 行数据连接; 当温度传感器测量的温度低于一定的温度的时候,中央控制器控制第一阀门加大开 度,同时控制第二阀门减少开度;当温度传感器测量的温度高于一定的温度的时候,中央控 制器控制第一阀门减少开度,同时控制第二阀门加大开度。
2.如权利要求1所述的太阳能蓄热系统,所述热利用装置是海水淡化装置。
3.如权利要求2所述的太阳能蓄热系统,所述海水淡化装置包括蒸发室,蒸发室内设置 布液器,其中,太阳能集热器加热的热水进入蒸发室,在蒸发室内经过布液器的海水喷淋换 热后,再进入板式换热器,与板式换热器中的海水进行换热,然后再循环回到集热器中进行 加热,所述板式换热器中换热后的海水进入蒸发室内的布液器。
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