CN108716778A - 一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统及方法，该系统包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统、循环加压装置。太阳能集热系统为CPC聚光型太阳能集热器包括三个部分，分别是透明挡板、反射面和集热管，传热介质为导热油；温度控制系统包括温度控制器、电加热器和温度传感器；油水换热系统为游泳池底部的加热盘管，盘管中走高温导热油，且盘管采用双回型布管方式，其进水管和出水管相间排列保证了游泳池底部温度的均匀性。此方法导热油在太阳能集热场中循环吸收太阳能，在油水换热系统中与游泳池水交换热能，完成为游泳池水加热的任务，具有热损失低、稳定性高的优点。

Description

一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统及方法

技术领域

本发明属于太阳能供热技术领域，涉及一种利用太阳能为游泳池加热技术，具体涉及一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统及方法。

背景技术

在人类飞速发展进步的同时，环境污染和不可再生能源即将枯竭的问题凸显了出来。大量的煤炭和石油的使用产生了大量的有害气体如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳等和大量的细微颗粒。同时煤炭和石油的大量使用使空气中的二氧化碳含量急剧上升，大量的二氧化碳遍布在空气中就像给地球盖上了棉被促使全球变暖，原有的气候和生态环境遭遇前所未有的冲击。况且人类所面临的能源问题并非仅仅环境污染那么简单，由于煤炭和石油的产生需要几万年的演变而人类对煤炭和石油的消耗率要远高于这一速率。这意味着人类对石油和煤炭的使用只能是一个短暂的时期，不久这些化石能源就会枯竭。出于对环境污染和化石能源有限的考虑，如何高效简洁的利用清洁能源才是我们所要研究的方向。

目前游泳池加热的方法主要有电加热、锅炉加热和太阳能加热三种形式。然而在能源逐渐枯竭和环境污染日益严重的今天，电加热和锅炉加热都要耗费大量化石能源，而现有的太阳能加热方式存在效率低、不稳定等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于游泳池的集热效率高、能够实现稳定供暖温度的基于油水分级式高效太阳能加热方法和系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统，包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统和导热油大循环泵，其特征在于：所述油水换热系统为设于游泳池底部的加热盘管，加热盘管出入口分别设有低温回油管和高温供油管，太阳能集热系统的出入口分别设有高温导热油出口管和低温导热油进口管，所述高温导热油出口管与加热盘管的高温供油管相连，加热盘管的低温回油管与导热油大循环泵的入口管道相连，导热油大循环泵的出口管道与太阳能集热系统的低温导热油进口管相连，构成导热油大循环系统，加热盘管入口的高温供油管上设有加热装置，所述加热盘管的高温供油管与低温回油管之间设有导热油小循环管线和带旁通阀的旁通管线，高温供油管上设有加热装置，所述导热油小循环管线上依次设有导热油小循环泵和截止阀，所述温度控制系统通过旁通阀和截止阀的开度大小以及加热装置的加热功率控制游泳池温度。

作为改进，所述高温导热油出口管上设有止回阀和集热输出阀。

作为改进，所述温度控制系统包括温度控制器、导热油温度传感器和游泳池水温度传感器，导热油温度传感器和游泳池水温度传感器分别设于高温供油管上和游泳池内，两者测量温度信号接入温度控制器内，温度控制器根据温度测量值和设定值进行比对，通过分程控制旁通阀和加热装置来控制游泳池温度，当太阳能集热系统无法产生热量时，温度控制器控制集热输出阀关闭，截止阀打开，启动导热油小循环泵和加热装置控制游泳池温度。

作为改进，所述加热盘管为在游泳池底部均匀铺设的双回型布盘管。

作为改进，所述导热油大循环泵的出口管道上设有稳压装置，所述稳压装置包括膨胀箱、稳压泵和油箱，所述膨胀箱内设有将其分成上下两部分空间且能自由滑动的活塞，活塞下部分空间通过管道与导热油大循环泵的出口管道连通，活塞上部空间通过管道与稳压泵出口连通，稳压泵入口与油箱连通，通过稳压泵为活塞提供恒定压力，在整个导热油循环管路高点处设有排气阀门。

作为改进，所述太阳能集热系统为CPC聚光型太阳能集热器，所述CPC聚光型太阳能集热器包括透明挡板、集热管和反射面，所述透明挡板设于反射面的入射光孔处，集热管设于反射面焦点处。

作为改进，所述太阳能集热系统为阵列分布的CPC聚光型太阳能集热器，每一列内CPC聚光型太阳能集热器的集热管串联，各列之间CPC聚光型太阳能集热器的集热管并联，集热管并联后在出口与高温导热油出口管相连，在入口与低温导热油进口管相连，集热管内走导热油。

一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热方法，该方法采用的设备包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统和循环加压装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、所述太阳能集热系统吸收太阳能并加热导热油，被加热后的高温导热油通过循环加压装置输送到油水换热系统中与游泳池水进行热能交换；

步骤二、热能交换后低温的导热油通过循环加压装置送回太阳能集热系统进行循环使用；

步骤三、温度控制系统将所述太阳能集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的游泳池水温度进行对比，通过温度控制器控制油水换热系统的旁通阀大小和电加热器的加热功率，保证游泳池水的温度达到要求。

作为改进，所述循环加压装置为导热油大循环泵，在油水换热系统的高温供油管与低温回油管之间设有导热油小循环管线，导热油小循环管线上设有导热油小循环泵，当太阳能集热系统故障或因天气原因无法供热时，切断太阳能集热系统，通过导热油小循环管线和电加热器对游泳池内水进行循环加热。

作为改进，所述油水换热系统为加热盘管，所述加热盘管为在游泳池底部呈双回型分布。

本发明的有益效果如下：

1)分级式太阳能集热系统采用两种传热介质，即可按温度、导热率、放热率的不同进行传热介质的运用，在太阳能集热系统中采用高导热率的导热油，而最终加热对象为水，采用不同传热率和散热率的液体导热介质，可以最大化的提高集热效率，取得最佳的集热效果。

2)在太阳光热能充足时，通过导热油循环高效集热：在太阳光热能不足时，通过温度控制系统对导热油以及游泳池水温度的采集，利用温度控制器控制旁通阀及电加热器。当温度传感器测得的温度低于设定值时由温度控制器关小旁通阀，直到旁通阀全关仍达不到要求则开启电加热器供热。当温度传感器测得的温度高于设定值时，开大旁通阀，从而达到温度控制的目的。而当太阳能严重不足时(如雨天)此时可直接全部关闭大循环回路，而通过由小循环导热油循环泵与电加热器及盘管组成的小循环来为游泳池水加热，这样做的目的是尽可能减少电加热时的导热油循环量，以减少热量损失节约电能。

3)采用集热与供热分离的双回路系统，在太阳能集热场中采用导热油循环吸收太阳能，在油水换热系统中通过导热油与游泳池水进行换热以进行热能交换。在此过程中，导热油和游泳池水分离运行、各取所长，故集热和供热可分别选用导热油和水，具有集热与供暖过程高效、稳定的优点。

附图说明

图1为本发明所提供的一种适用于游泳池的基于油水分级式高效太阳能加热系统的结构示意图。

图中：1-集热管，2-反射面，3-止回阀，4-集热输出阀，5-旁通阀，6-截止阀，7-导热油温度传感器，8-电加热器，9-温度控制器，10-游泳池水温度传感器，11-游泳池，12-加热盘管，13-换热回流阀，14-导热油小循环泵，15-导热油大循环泵，16-膨胀箱，17-稳压泵，18-油箱。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及对本发明的进行进一步详细说明。

如图1所示，一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统，包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统和导热油大循环泵15，所述油水换热系统为设于游泳池11底部的加热盘管12，加热盘管12出入口分别设有低温回油管和高温供油管，太阳能集热系统的出入口分别设有高温导热油出口管和低温导热油进口管，所述高温导热油出口管与加热盘管12的高温供油管相连，加热盘管12的低温回油管与导热油大循环泵15的入口管道相连，导热油大循环泵15的出口管道与太阳能集热系统的低温导热油进口管相连，构成导热油大循环系统，加热盘管入口的高温供油管上设有加热装置，所述加热盘管12的高温供油管与低温回油管之间设有导热油小循环管线和带旁通阀5的旁通管线，高温供油管上设有加热装置，所述加热装置为电加热器8，电加热器8串联布置在紧靠加热盘管12的导热油入口处以减少电热损失，所述导热油小循环管线上依次设有导热油小循环泵14和截止阀6，所述温度控制系统通过旁通阀5和截止阀6的开度大小以及加热装置的加热功率控制游泳池11内水温度。

所述高温导热油出口管上设有止回阀3和集热输出阀4，低温回油管上设有换热回流阀13，本实施例中，截止阀6、换热回流阀13、旁通阀5和集热输出阀4均为自动阀门，可以通过温度控制器9控制开度大小；所述温度控制系统包括温度控制器9、导热油温度传感器7和游泳池水温度传感器10，温度控制器9主控芯片为STC89C51单片机，导热油温度传感器7和游泳池水温度传感器10分别设于高温供油管上和游泳池11内，两者测量温度信号接入温度控制器9内，温度控制器9根据温度测量值和设定值进行比对，通过分程控制旁通阀5和加热装置来控制游泳池11温度，当太阳能集热系统因故障或者天气原因无法产生热量时，温度控制器9控制集热输出阀4关闭，截止阀6打开，启动导热油小循环泵14和加热装置控制游泳池11温度，所述太阳能集热系统的传热介质为硅油型导热油。

作为一种更优实施例，所述加热盘管12为在游泳池11底部均匀铺设的双回型布盘管，与传统加热方式不同的是这种加热方式要在游泳池11底部均匀的铺设盘管，盘管中流淌着高温热媒，盘管的导热介质进口管和导热介质出口管相间排列保证了游泳池11底部温度的均匀性，盘管式油水换热系统在进行换热时，来自太阳能集热系统的高温导热油首先从盘管入口进入，在盘管内换热降温得到的低温导热油流出后返回太阳能集热系统。

作为一种更优实施例，所述导热油大循环泵15的出口管道上设有稳压装置，所述稳压装置包括膨胀箱16、稳压泵17和油箱18，所述膨胀箱16内设有将其分成上下两部分空间且能自由滑动的活塞，活塞下部分空间通过管道与导热油大循环泵15的出口管道连通，活塞上部空间通过管道与稳压泵17出口连通，稳压泵17入口与油箱18连通，通过稳压泵17为活塞提供恒定压力，在整个导热油循环管路高点处设有排气阀门。

作为一种更优实施例，所述太阳能集热系统采用现有技术中产品，其为CPC(复合抛物面集热器)聚光型太阳能集热器，所述CPC聚光型太阳能集热器包括透明挡板、集热管1和反射面2，所述透明挡板设于反射面2的入射光孔处，透明挡板指的是覆盖在CPC聚光型太阳能集热器开口即入射光孔处的一种透明盖板，其作用是保护集热器内部结构不受外界东西破坏，同时透明挡板可以与CPC聚光型太阳能集热器反射面2在内部形成一个密闭的空间，以减少集热器内部与外界的对流换热损失，集热管1设于反射面2焦点处；所述太阳能集热系统为阵列分布的CPC聚光型太阳能集热器，每一列内CPC聚光型太阳能集热器的集热管1串联，并在出口设置一个止回阀3，各列之间CPC聚光型太阳能集热器的集热管1并联，集热管1并联后在出口与高温导热油出口管相连，在入口与低温导热油进口管相连，集热管1内走导热油。

一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热方法，该方法采用的设备包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统和循环加压装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、所述太阳能集热系统吸收太阳能并加热导热油，被加热后的高温导热油通过循环加压装置输送到油水换热系统中与游泳池11水进行热能交换；

步骤二、热能交换后低温的导热油通过循环加压装置送回太阳能集热系统进行循环使用；

步骤三、温度控制系统将所述太阳能集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的游泳池11水温度进行对比，通过温度控制器9控制油水换热系统的旁通阀5大小和电加热器8的加热功率，保证游泳池11水的温度达到要求。

在油水换热系统的高温供油管与低温回油管之间设有导热油小循环管线，导热油小循环管线上设有导热油小循环泵14，当太阳能集热系统因故障或天气原因无法供热时，切断太阳能集热系统，通过导热油小循环管线和电加热器8对游泳池11内水进行循环加热。

所述步骤三中，更具体的为：当游泳池水温度传感器10测得的游泳池11内水温度低于设定值时，由温度控制器9关小旁通阀5，直到旁通阀5全关仍达不到要求则开启电加热器8供热，温度控制器9通过分程控制模式控制旁通阀5的大小和电加热器8的加热功率；当游泳池水温度传感器10测得的温度高于设定值时，开大旁通阀5，从而达到温度控制的目的。另外，当太阳能不足时(如故障或者雨天)此时可直接全部关闭大循环回路(关闭集热输出阀4，打开截止阀6)，而通过导热油小循环管线上的导热油小循环泵14与电加热器8及加热盘管12组成的小循环来为游泳池11水加热，这样做的目的是尽可能减少电加热时的导热油循环量，以减少热量损失节约电能。

本发明采用不同传热率和散热率的液体导热介质，可以最大化的提高集热效率，取得最佳的集热效果。以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热系统，包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统和导热油大循环泵，其特征在于：所述油水换热系统为设于游泳池底部的加热盘管，加热盘管出入口分别设有低温回油管和高温供油管，太阳能集热系统的出入口分别设有高温导热油出口管和低温导热油进口管，所述高温导热油出口管与加热盘管的高温供油管相连，加热盘管的低温回油管与导热油大循环泵的入口管道相连，导热油大循环泵的出口管道与太阳能集热系统的低温导热油进口管相连，构成导热油大循环系统，加热盘管入口的高温供油管上设有加热装置，所述加热盘管的高温供油管与低温回油管之间设有导热油小循环管线和带旁通阀的旁通管线，所述导热油小循环管线上依次设有导热油小循环泵和截止阀，所述温度控制系统通过旁通阀和截止阀的开度大小以及加热装置的加热功率控制游泳池温度。

2.如权利要求1所述的油水分级式太阳能加热系统，其特征在于：所述高温导热油出口管上设有止回阀和集热输出阀。

3.如权利要求2所述的油水分级式太阳能加热系统，其特征在于：所述温度控制系统包括温度控制器、导热油温度传感器和游泳池水温度传感器，导热油温度传感器和游泳池水温度传感器分别设于高温供油管上和游泳池内，两者测量温度信号接入温度控制器内，温度控制器根据温度测量值和设定值进行比对，通过分程控制旁通阀和加热装置来控制游泳池温度，当太阳能集热系统无法产生热量时，温度控制器控制集热输出阀关闭，截止阀打开，启动导热油小循环泵和加热装置控制游泳池温度。

4.如权利要求3所述的油水分级式太阳能加热系统，其特征在于：所述加热盘管为在游泳池底部均匀铺设的双回型布盘管。

5.如权利要求3所述的油水分级式太阳能加热系统，其特征在于：所述导热油大循环泵的出口管道上设有稳压装置，所述稳压装置包括膨胀箱、稳压泵和油箱，所述膨胀箱内设有将其分成上下两部分空间且能自由滑动的活塞，活塞下部分空间通过管道与导热油大循环泵的出口管道连通，活塞上部空间通过管道与稳压泵出口连通，稳压泵入口与油箱连通，通过稳压泵为活塞提供恒定压力，在整个导热油循环管路高点处设有排气阀门。

6.如权利要求3所述的油水分级式太阳能加热系统，其特征在于：所述太阳能集热系统为CPC聚光型太阳能集热器，所述CPC聚光型太阳能集热器包括透明挡板、集热管和反射面，所述透明挡板设于反射面的入射光孔处，集热管设于反射面焦点处。

7.如权利要求6所述的油水分级式太阳能加热系统，其特征在于：所述太阳能集热系统为阵列分布的CPC聚光型太阳能集热器，每一列内CPC聚光型太阳能集热器的集热管串联，各列之间CPC聚光型太阳能集热器的集热管并联，集热管并联后在出口与高温导热油出口管相连，在入口与低温导热油进口管相连，集热管内走导热油。

8.一种适用于游泳池的油水分级式太阳能加热方法，该方法采用的设备包括太阳能集热系统、温度控制系统、油水换热系统和循环加压装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、所述太阳能集热系统吸收太阳能并加热导热油，被加热后的高温导热油通过循环加压装置输送到油水换热系统中与游泳池水进行热能交换；

步骤二、热能交换后低温的导热油通过循环加压装置送回太阳能集热系统进行循环使用；

步骤三、温度控制系统将所述太阳能集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的游泳池水温度进行对比，通过温度控制器控制油水换热系统的旁通阀大小和电加热器的加热功率，保证游泳池水的温度达到要求。

9.如权利要求8所述的油水分级式太阳能加热方法，其特征在于：所述循环加压装置为导热油大循环泵，在油水换热系统的高温供油管与低温回油管之间设有导热油小循环管线，导热油小循环管线上设有导热油小循环泵，当太阳能集热系统无法供热时，切断太阳能集热系统，通过导热油小循环管线和电加热器对游泳池内水进行循环加热。

10.如权利要求8所述的油水分级式太阳能加热方法，其特征在于：所述油水换热系统为加热盘管，所述加热盘管为在游泳池底部呈双回型分布。