CN106940092A - 一种太阳能集热器热效能开环供水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能集热器热效能开环供水系统，包括集热器(3)、数据采集模块(13)、温度传感器、入水管(1)和出水管(5)；还包括水槽装置(7)；所述集热器(3)位于入水管(1)、出水管(5)之间，并依次经所述水槽装置(7)和入水管(1)相连形成回路；所述温度传感器设置在所述集热器(3)的入水管(1)和出水管(5)处；所述数据采集模块(13)与所述温度传感器相连，采集所述温度传感器的温度信息；所述水槽装置(7)根据所述数据采集模块(13)采集的温度信息对所述集热器(3)入水口的水温进行调节。本发明最大优点是操作方便、简单实用，成本较低。

Description

一种太阳能集热器热效能开环供水系统

技术领域

本发明属于太阳集热器领域，具体涉及一种太阳能集热器热效能开环供水系统。

背景技术

太阳能作为一种环保绿色能源已被广泛认可。太阳能集热器(也就是太阳能热水器)深受越来越多用户欢迎和喜爱，特别是用电紧张地区和使用天然气不方便的地区。太阳能集热器质量的好坏取决于其热效能，且热效能必须通过第三方实验室检测评估。

太阳能集热器热效能评估主要是将集热器放置在太阳光正射情况下，通过模拟不同入水温度，监测其经太阳光照射后出水口的温度，再按标准的方法评估其热效能指标。该检测设备的关键是检测太阳能集热器入水口的温度，入水口温度稳定要好，精度达到±0.1℃。

由于太阳能集热器经过太阳照射后输出的是热水，每当输入水才能开始测试即采集数据。然后开启下一个温度点测试前，需要将输入水温升温，再这样循环下去。该供水系统核心难点部分就是如何有效地在复杂多变的环境下保持太阳能集热器进水口水温的持续稳定性。同时采用循环供水方式，节约水和节省电。国外先进的设备都是闭环供水系统，但控制结构和技术要求较高。

太阳能集热器热效能检测评估测试设备技术要求最高的是其供水系统，因为主要通过在线连续监测太阳能集热器入水口水温和出水口水温。同时特别要求入水口的水温十分稳定，精度要求±0.1℃。

如何能在输出高温水不停回流情况下，始终保证太阳能集热器入水口的水温能保持稳定，且满足±0.1℃，是该测试设备是否过硬和合格的关键和核心。

现有的闭环供水系统，太阳能集热器输出和输入的管路构成闭环，管路中有一个采用压缩机制冷系统，将水冷却，再经过精密加热器来保证输入口的水温T_输入±0.1℃。该设备技术控制要求高，其稳定性取决于该冷却系统能力和加热的精准控制。该系统的设备价格昂贵，特别是进口设备。国产设备温度控制能力差，难以适应太阳光照射下复杂的变化条件，而且现场调节能力不高。

国内有采用闭环的太阳能集热器供水测试装置，都有一个难点问题是当阳光强度变化较大时，其单节的制冷加热难以稳定保证入水口水温的稳定，且设备因结构确定后，无法供现场临时调节。

发明内容

本发明针对现有技术的以上技术缺陷提供了一种太阳能集热器热效能开环供水系统，采用开环式多级温控措施的供水方式，达到即节约水资源又节能的开环式供水系统。不仅能满足复杂的测试环境变化，且能有效保证太阳能集热器入水口水温的稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种太阳能集热器热效能开环供水系统，包括集热器3、数据采集模块13、温度传感器、入水管1和出水管5；还包括水槽装置7；所述集热器3位于入水管1、出水管5之间，并依次经所述水槽装置7和入水管1相连形成回路；所述温度传感器设置在所述集热器3的入水管1和出水管5处；所述数据采集模块13与所述温度传感器相连，采集所述温度传感器的温度信息；所述水槽装置7根据所述数据采集模块13采集的温度信息对所述集热器3入水口的水温进行调节。

优选地，所述水槽装置7为恒温水槽。

优选地，所述恒温水槽为多级恒温水槽，且所述多级恒温水槽顺次相连。

优选地，所述多级恒温水槽内均设置有加热单元、制冷单元和内置温度传感器；所述多级恒温水槽上均设置有温度调节按键和温度显示器。

优选地，还包括水管开关，所述水管开关包括单向阀6和电磁阀9，所述单向阀6设置在集热器3与所述多级恒温水槽的初级恒温水槽之间；所述电磁阀9与所述多级恒温水槽的末级恒温水槽连接。

优选地，还包括水泵10和流量计11，所述水泵10、流量计11与所述电磁阀9依次连接；所述流量计11与所述数据采集模块13连接。

优选地，所述流量计11为质量流量计。

优选地，还包括补水管8和排水管12；所述补水管8与所述多级恒温水槽的初级恒温水槽连接，所述补水管8上设置有补水阀801；所述排水管12与质量流量计连接，所述排水管上设置有排水阀1201。

优选地，所述温度传感器包括入水管温度传感器2和出水管温度传感器4；所述温度传感器为PT100温度传感器。

优选地，所述数据采集模块13上设置有显示器。

与现有技术相比，本发明一种太阳能集热器热效能开环供水系统至少具有以下有益效果：

本发明采用开环式多级温控措施的供水系统，使太阳能集热器输出的温水再收集回流；多级温控措施包括多级高精度恒温水槽，能达到即节约水资源又节能的高精度开环式供水测试系统。

开环结构的高精度恒温水槽，如模块化结构，同时方便研发人员当研发新的太阳能集热器；如遇到现有分级恒温水槽控温能力效果不好时，可以十分方便增加，即设备的扩展性好，拓展设备应对更复杂测试环境和样品的能力。同时给予现场供测试人员有一定量的调节余地；如测试开始时，最接近出水管的恒温水槽温度降低度可以调节，利于入水管温度的稳定。随着时间推进，前几级恒温水槽的温度设置点可以再按实际工况进行调整，这样不仅更有利保证供水输出的控制，还能提高测试效率。不仅能满足复杂的测试环境变化，而且能有效保证太阳能集热器输入水温的稳定。针对测试设备供水温度难以稳定的情况，做了彻底的更新和改善。

本发明最大优点是操作方便、简单实用，成本较低。既保留有闭环测试供水系统的节约用水量的特点，又方便供测试现场应对复杂情况下的适当调节。

附图说明

图1为本发明一种太阳能集热器热效能开环供水系统的框图；

图2为本发明一种太阳能集热器热效能开环供水系统的详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明一种太阳能集热器热效能开环供水系统的框图。如图1所示，该太阳能集热器热效能开环供水系统，主要包括集热器3、温度传感器、数据采集模块13、水槽装置7、水管(包含入水管1和出水管5)、水管开关、补水管8、排水管12、水泵10和流量计11。其中：

所述水槽装置7由多个恒温水槽构成。水槽装置7为高精度、多级恒温水槽，本发明实施例以4级恒温水槽为例进行说明，即包括初级恒温水槽701、二级恒温水槽702、三级恒温水槽703和末级恒温水槽704。所述多级恒温水槽从初级恒温水槽701到末级恒温水槽704依次连接，每级恒温水槽内均设置有加热单元、制冷单元和内置温度传感器。每级恒温水槽上均设置有温度调节按键和温度显示器。所述内置温度传感器、温度调节按键和显示器三者相互连接。加热单元用来将水槽内的水加热到一定温度；制冷单元用来将水槽内的水温降低到一定温度；内置温度传感器测量恒温水槽内的水温，温度显示器将内置温度传感器的信息显示，温度调节按键可以调节设定恒温水槽内的水温。

所述温度传感器包括入水口温度传感器2和出水口温度传感器4，入水口温度传感器2设置在集热器3的入水口处，用来测量进入集热器3的水温；出水口温度传感器4设置在集热器3的出水口处，用来测量经过集热器3加热后排出水的温度。

所述水管为保温绝热水管，包括入水管1和出水管5，集热器3的入水口与入水管1连接，集热器3的出水口与出水管5连接。

所述水管开关包括单向阀6和电磁阀9，单向阀6设置在集热器3和多级恒温水槽的初级恒温水槽之间，单向阀6用来控制集热器3出水管5的开关，从而控制从集热器3出水口流出的水能否通过单向阀6。电池阀9设置在水泵10与多级恒温水槽的末级恒温水槽之间，多级恒温水槽的末级恒温水槽、电磁阀9和水泵10依次连接；电磁阀9用来控制水流的流量等。

入水管1与集热器3的入水口连接，集热器3的入水口处设置有入水管温度传感器2，入水管温度传感器2用来测量流入集热器3的水的温度，集热器3将流入集热器3的水通过太阳的能量加热，然后从出水口将加热后的水从出水口输出；集热器3的出水口连接出水管5，出水口出设置有出水管温度传感器4，出水管温度传感器4用来测量经过集热器3加热后的水的温度。数据采集模块13和入水管温度传感器2、出水管温度传感器4连接，用来采集入水管温度传感器和出水管温度传感器的数据；数据采集模块13上还设置有显示器，显示器用来显示数据采集模块13采集的温度传感器的信息。水槽装置7根据温度传感器显示的信息对水温进行调节。

出水管5另一端连接单向阀6，单向阀6控制出水管5的水能否通过单向阀6，流向下一级。水槽装置7中的初级恒温水槽与单向阀6连接，经过单向阀6的水流向初级恒温水槽，初级恒温水槽对水温进行调节，然后流向下一级恒温水槽，最后流向末级恒温水槽，每一级恒温水槽均可对水温进行调节。根据温度传感器测量的入水口的水温进行调节，以保证入水口的水温稳定。初级恒温水槽先进行调节，如果效果不好，然后逐级进行调节，最后将输出到入水口的水温稳定即可。

水槽装置7的末级恒温水槽连接电磁阀9，电磁阀9、水泵10、流量计11依次连接，电磁阀9用来控制流量等，水泵10用来将水送至入水管1，流量计11用来计算流经的水流量。排水管12连接流量计11，排水管12上设置有排水阀1201，如果供水系统中的水量超出，开启排水阀1201，通过排水管12排出一定量的水。入水管1与流量计11连接，流经流量计11的水经过入水管1至集热器3。流量计11连接数据采集模块13，数据采集模块13采集流量计11的数据，通过显示器显示。补水管8连接水槽装置7，补水管8上设置有补水阀801，如果供水系统中水量不够，通过补水管8，将补水阀801开启对供水系统进行补水。

数据采集模块13连接电脑(图中未显示)，电脑分析软件采集和分析数据，最后将收集的所有数据分析计算得出太阳能集热器的热效能。

如图2所示，为本发明一种太阳能集热器热效能开环供水系统的详细结构示意图，本实施例中水槽装置7包括四级高精度恒温水槽，即初级恒温水槽701、二级恒温水槽702、三级恒温水槽703和末级恒温水槽704，每一级恒温水槽内均设置有加热单元、制冷单元和内置温度传感器；每级恒温水槽上均设置有调节按键和温度显示器，内置温度传感器、温度调节按键和显示器三者相互连接；当单向阀6打开时，集热器3中通过出水口流经出水管5的水排至初级恒温水槽701，初级恒温水槽701对水温进行调节，当水温低于设定的温度后，加热单元进行加热，升高水温；水温高于设定的温度后，制冷单元进行制冷，降低水温；内置温度传感器将恒温水槽内的水温进行显示，温度调节按钮可以调节设定的温度。

初级恒温水槽701的精度控制在±0.1℃，初级恒温水槽701根据设定的温度对进入水槽的水进行调温，然后经过温度调节后的水流出初级恒温水槽701，进入后三级恒温水槽，后三级恒温水槽再对水进行温度调节。

二级恒温水槽702对流入二级恒温水槽702的水进行水温调节，二级恒温水槽702将水调节到二级恒温水槽设定的温度，然后经过调温的水流入三级恒温水槽703；二级恒温水槽702设定的温度比初级恒温水槽701的设定的温度低。二级恒温水槽的调节精度在±0.1℃。三级恒温水槽703根据设定的温度对流入的水进行调温，然后将调温后的水输出给末级恒温水槽704；三级恒温水槽703设定的温度比二级恒温水槽702设定的温度低。三级恒温水槽的调节精度在±0.1℃。从三级恒温水槽703调温后的水最后经过末级恒温水槽704，末级恒温水槽704对水进行最后的温度调节，末级恒温水槽704设定的温度就是水流入入水管1的温度，即入水管温度传感器2测量的温度。具体设定温度根据现场实际情况可以进行细微调整。末级恒温水槽704调节的温度精度可达到±0.05℃，因此经过末级恒温水槽704调节后的水温精度很高。每次测试时必须在入水管1的入水管温度传感器2测量的温度稳定后才能开始测试。测试的入水管的水温可以增加，然后再次进行测试。由于现场环境的不同，例如样品大小或者太阳光照射强度等，可以及时调节恒温水槽的设定温度，从而保证输入入水管1的水温恒定，误差在±0.1℃。

如果再增加恒温水槽，每一级也是如此调节，逐级调节，从而使末级恒温水槽输出的水的温度为恒温，即入水管1到集热器3的水温也是恒温，入水管温度传感器2测量到的温度也是恒温。如果室外环境恶劣，条件复杂多变，四级恒温水槽调节不够灵敏，可以很方便的增加若干级恒温水槽，以便保证入水管1流入入水口水温的恒定。入水管温度传感器2和出水管温度传感器4均为PT100温度传感器。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种太阳能集热器热效能开环供水系统，包括集热器(3)、数据采集模块(13)、温度传感器、入水管(1)和出水管(5)；其特征在于，还包括水槽装置(7)；所述集热器(3)位于入水管(1)、出水管(5)之间，并依次经所述水槽装置(7)和入水管(1)相连形成回路；所述温度传感器设置在所述集热器(3)的入水管(1)和出水管(5)处；所述数据采集模块(13)与所述温度传感器相连，采集所述温度传感器的温度信息；所述水槽装置(7)根据所述数据采集模块(13)采集的温度信息对所述集热器(3)入水口的水温进行调节。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，所述水槽装置(7)为恒温水槽。

3.根据权利要求2所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，所述恒温水槽为多级恒温水槽，且所述多级恒温水槽顺次相连。

4.根据权利要求3所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，所述多级恒温水槽内均设置有加热单元、制冷单元和内置温度传感器；所述多级恒温水槽上均设置有温度调节按键和温度显示器。

5.根据权利要求3所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，还包括水管开关，所述水管开关包括单向阀(6)和电磁阀(9)，所述单向阀(6)设置在集热器(3)与所述多级恒温水槽的初级恒温水槽之间；所述电磁阀(9)与所述多级恒温水槽的末级恒温水槽连接。

6.根据权利要求5所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，还包括水泵(10)和流量计(11)，所述水泵(10)、流量计(11)与所述电磁阀(9)依次连接；所述流量计(11)与所述数据采集模块(13)连接。

7.根据权利要求6所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，所述流量计(11)为质量流量计。

8.根据权利要求3所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，还包括补水管(8)和排水管(12)；所述补水管(8)与所述多级恒温水槽的初级恒温水槽连接，所述补水管(8)上设置有补水阀(801)；所述排水管(12)与质量流量计连接，所述排水管上设置有排水阀(1201)。

9.根据权利要求1所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，所述温度传感器包括入水管温度传感器(2)和出水管温度传感器(4)；所述温度传感器为PT100温度传感器。

10.根据权利要求1所述的太阳能集热器热效能开环供水系统，其特征在于，所述数据采集模块(13)上设置有显示器。