CN109869923B - 基于热管的自动调光集热式日光温室 - Google Patents
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Abstract
一种基于热管的自动调光集热式日光温室，包括调温装置，其包括呈矩阵状排列的M*N个固定件的支撑结构，M*N个固定件分别用于固定M*N个调温单元；在第1纵向弧形骨架和第N+1纵向弧形骨架上分别设置有纵向进水管和纵向排水管；在第1横向骨架到第M+1横向骨架上分别设置有与纵向进水管和排水管相连通的横向水管；每个调温单元至少包括调光装置和设置在调光装置下端且至少部分沿纵向弧形延伸的热管，热管的两端分别伸入相邻的两横向水管内。本发明提供自动调光集热式日光温室在阳光充足时将光能以热能形式存储，在温度较低时，利用存储的热能对温室进行加热，以保证温室内的植物在适合的温度下生长。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于热管的自动调光集热式日光温室，属于新能源技术领域。
背景技术
公告号为CN202722148U中国实施新型专利公开了一种反光式日光温室，反光式日光温室，设有一个东西走向的温室后墙，所述温室前墙上架设有多个弧形的钢筋棚架，所述钢筋棚架的一端架设在后墙上，所述钢筋棚架的另一端架设在地面上，所述钢筋棚架上面罩有透明的大棚塑料布，所述日光温室内的后墙前设有一垂直的镜框，所述镜框内镶嵌有多块平面镜，每块平面镜可独立调节反射角度，所述镜框上设有布帘。该日光温室由于透明覆盖塑料布占比过大，导致正午太阳辐射得热过多，室温过高。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供一种基于热管的自动调光集热式日光温室，其可以在阳光充足时将过剩的太阳能储存起来，来减少太阳辐射导致室内温度过高，储存起来的热量可以用来给日光温室夜间供暖，或者用于生活热水。
为实现所述发明目的，一种基于热管的自动调光集热式日光温室，包括调温装置，其包括呈矩阵状排列的M*N个固定件的支撑结构，M*N个固定件分别用于固定M*N个调温单元；在第1纵向弧形骨架和第N+1纵向弧形骨架上分别设置有纵向进水管和纵向排水管；在第1横向骨架到第M+1横向骨架上分别设置有与纵向进水管和排水管相连通的横向水管；每个调温单元至少包括调光装置和设置在调光装置下端且至少部分沿纵向弧形延伸的热管，热管的两端分别伸入相邻的两横向水管内，所述M和N均为大于1的整数。
优选地，调光装置包括K根沿纵向弧形延伸横向截面为抛物面的复合抛物面聚光器，在聚光器的焦轴处设置热管，所述K为大于1的整数。
优选地，纵向进水管和纵向排水管分别与热水储水箱和冷水储水箱连通，而冷水储水箱与纵向进水管相连的管路中设置有水泵，水泵的进水管路中设置有第一电控阀，第一电控阀的第一进水口与热水储水箱相连，第二进水口与冷水储水箱相连，第一电控阀的出水口连通于水泵的进水口。
优选地，纵向排水管的出水管路中设置有第二电控阀，第二电控阀的进水口与纵向排水管相连，第一排水口与冷水储水箱相连，第二排水口与热水储水箱相连。
优选地，自动调光集热式日光温室还包括控制系统，所述控制系统包括处理器、室内温度传感器、水温探测器和第一驱动电路、第二驱动电路和水泵驱动器，所述室内温度传感器用于探测温室内的温度，并将温度信息提供给处理器；所述水温探测器的探头设置横向水管的管路中，用于探测水温，并将温度信息提供给处理器；处理器根据所述室内温度传感器及水温探测器提供的信息给第一驱动电路、第二驱动电路和水泵驱动器提供控制信号以控制第一电控阀、第二电控阀和水泵的工作状态，使得当室内温度高于第一设定值时从冷水储水箱中给调温装置横向水管提供低于第一设置定值的冷水；当室内温度低于第二设定值时从热水储水箱给调温装置横向水管提供高于第一设置定值的热水。
优选地，水泵驱动器至少包括三个驱动电路，用于驱动水泵的电机至少包括三的整数线圈绕组，三个驱动电采用对称结构连接于电机的线圈。
为实现所述发明目的，本发明还提供上述任一种自动调光集热式日光温室的控制方法，在阳光充足时将过剩的太阳能储存起来，来减少太阳辐射导致室内温度过高；储存起来的热量可以用来给日光温室夜间供暖或者用于生活热水。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：可以在阳光充足时将过剩的太阳能储存起来，来减少太阳辐射导致室内温度过高，储存起来的热量可以用来给日光温室夜间供暖，或者用于生活热水。
附图说明
图1是本发明提供的基于热管的自动调光集热式日光温室的结构示意图；
图2是本发明例提供的调温单元的组成示意图；
图3是本发明提供的日光温室的控制系统的组成框图；
图4是本发明提供的电机驱动器的电路图；
图5是本发明提供的基于热管的自动调光集热式日光温室的控制系统白天的工作流程图；
图6是本发明提供的光线垂直入射调温单元的结构示意图；
图7是本发明提供的光线呈一定角度入射调温单元的结构示意图；
图8是本发明提供的基于热管的自动调光集热式日光温室的控制系统晚上的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1是本发明提供的自动调光集热式日光温室的结构示意图,如图1所示，本发明提供自动调光集热式日光温室包括后墙、两侧墙和调温装置，后墙、两侧墙和调温装置组成日光温室大棚，所述日光温室内种植植物300。调温装置包括由M+1根横向骨架和N+1根纵向弧形骨架通过插接件或者铰接件连接而形成呈矩阵状排列的M*N个固定件的支撑结构，M*N个固定件分别用于固定M*N个调温单元100，所述M和N均为大于1的整数；在第1纵向弧形骨架K1和第N+1纵向弧形骨架KN+1上分别设置有纵向进水管和纵向排水管；在第1横向骨架J1到第M+1横向骨架JM+1上分别设置有与纵向进水管和纵向排水管连通的横向水管；每个调温单元至少包括调光装置和设置在调光装置下端且至少部分沿纵向弧形延伸或直线延伸的热管，热管的两端分别伸入到相邻的两个横向水管中。
根据本发明第一个实施例，自动调光集热式日光温室还包括热水储水箱400和冷水储水箱800，纵向进水管通过管路与水泵700的排水口相连，纵向进水管与水泵700的排水口相连的管路中设置有单向阀，所述单向阀保证水的流向是由水泵700的排水口向纵向进水管流。水泵700的进水口经管路与电控阀600的排水口相连；电控阀600的第一进水口与热水储水箱400的一个出水口相连，用于在温室内的温度低于设定的值时，通过水泵700给纵向进水管提供热水，以进一步给横向水管提供热水；电控阀600的第二进水口与冷水储水箱800的一个出水口相连，用于给纵向进水管提供冷水，在温室内的温度高于设定值时，通过水泵700给纵向进水管提供冷水，以进一步给横向水管提供冷水。纵向排水管通过管路与电控阀500的进水口相连，纵向排水管与电探阀500相连的管路中设置有单向阀，所述单向阀保证水的流向是由纵向排水管向阀500的进水口流动；电控阀500的第一出水口与热水储水箱400的一个进水口相连，在温室内的温度较高时，横向水管将收集光热并将水加热而后将热水储于热水储水箱400中。电控阀500的第二出水口与冷水储水箱800的一个进水口相连，用于将调温单元中已释放了热量的冷水存储于冷水储水箱800中。根据本发明一个实施例，热水储水箱400还可通过阀门向外提供生活用热水，冷水储水箱800通过阀门连通于自来水或者井水，以向冷水储水箱800补充水。本发明中，在调温室的顶部还设置有保温被200，其可以卷起和放下，卷起时，调温装置暴露于空中，吸收太阳光；放下时，对温室进行保温。
图2是本发明提供的调温单元的组成示意图，如图2所示，调温单元包括K根沿纵向弧形延伸或者直线延横向截面为抛物面的复合抛物面聚光器101，在聚光器的焦轴处设置热管102，所述K为大于1的整数。
图3是本发明提供的基于热管的自动调光集热式日光温室的控制系统组成框图，如图3所示，控制系统包括处理器1、RAM10和ROM11，其中，处理器1可以从ROM10载入启动指令，然后从RAM11读取进一步的指令，执行并完成一个或多个逻辑运行。本领域普通技术人员可以认识到，RAM和处理器可以配置以执行各种运行，如电控阀的控制、水泵电机的控制等。处理器1还可以配置以控制通信子系统的运行，建立与远程用户的连接，与远程用户进行通信，以将日光温室内的温度信息等发送到远程用户所持有的终端，如手机等。
根据本发明一个实施例，所述控制系统还包括室内温度传感器7、水温探测器8、流量探测器9、用于驱动电控阀500的驱动电路2、用于驱动电控阀600的驱动电路3和水泵驱动器，所述室内温度传感器7用于探测温室内的温度，并将温度信息提供给处理器1；所述水温探测器8的探头设置横向水管的管路中，用于探测水温，并将温度信息提供给处理器1；流量传感器9用于测量流入和流出调温装置的水量，并将信息提供给处理器，处理器1根据所述室内温度传感器7、及水温探测器8及流量传感器提供的信息给驱动电路2、驱动电路3和水泵驱动器提供控制信号以控制电控阀500、电控阀600和水泵700的工作状态，使得当室内温度高于第一设定值时从冷水储水箱800中给调温装置横向水管提供低于第一设置定值的冷水；当室内温度低于第二设定值时从热水储水箱400给调温装置横向水管提供高于第一设置定值的热水。
水泵驱动器至少包括驱动电路4、驱动电路5和驱动电路6，水泵驱动器至少包括三个驱动电路，用于驱动水泵的电机至少包括三的整数线圈绕组，三个驱动电采用对称结构连接于电机的线圈。下而结合图4详细说明水泵驱动器
图4是本发明提供的电动机的驱动器，如图4所示，驱动器将电动机沿圆周依次布置的六个结圈绕组L11、L21、L13、L14、L15和L16分成对等的三组。第一通道包括三个相互连接的线圈绕组L11、L13，第一驱动电路4包括第一到第六个电开关K1、K2、K3、K4、K5和K6，每两个电开关相串联并连接于第一电源VCC1的两输出端，其中，第一线圈绕组L11的第一端连接于第一电开关K1和第二电开关K2相串联的中间节点，第二端连接于第四线圈绕组L14的第一端；第三线圈绕组L3的第一端连接于第三电开关K3和第四电开关K4相串联的中间节点，第二端连接于第五线圈绕组L15的第一端；第四线圈绕组L14的第二端连接于第五电开关K5和第六电开关K6相串联的中间节点,第一到第六电开关K1、K2、K3、K4、K5和K6的控制端连接于第一相驱动电路（图4中未示），以控制各个电控开关的通断，以通过第一到第六电控开关将第一电源VCC1所输出的直流电压转换为交流电压并提供给线圈绕组L11和L13。
第二通道包括二个相互连接的线圈绕组L13和L16，驱动电路还包括第九到第十二电开关K7、K8、K9、K10、K11和K12，每两个电开关相串联并连接于第二电源VCC2的两输出端，其中，第三线圈绕组L13的第一端连接于第七电开关K7和第入电开关K8相串联的中间节点，第二端连接于第六线圈绕组L16的第一端；第六线圈绕组L16的第一端连接于第九电开关K9和第十电开关K10相串联的中间节点，第二端连接于第十一电开关K11和第十二电开关K12相串联的中间节点。第七到第十二电开关K7、K8、K9、K10、K11和K12的控制端连接于第二相驱动电路（图4中未示），以控制各个电控开关的通断，以通过第七到第十二电控开关将第二电源VCC2所输出的直流电压转换为交流电压并提供给线圈绕组L13和L16。
第三通道包括二个相互连接的线圈绕组L12和L15，驱动电路还包括第十三到第十八电开关K13、K14、K15、K16、K17和K18，每两个电开关相串联并连接于第二电源VCC3的两输出端，其中，第二线圈绕组L12的第一端连接于第十三电开关K13和第入电开关K14相串联的中间节点，第二端连接于第五线圈绕组L15的第一端；第五线圈绕组L15的第一端连接于第十五电开关K15和第十六电开关K16相串联的中间节点，第二端连接于第十七电开关K17和第十八电开关K18相串联的中间节点。第十三到第十八电开关K13、K14、K15、K16、K17和K18的控制端连接于第三相驱动电路（图4中未示），以控制各个电控开关的通断，以通过第十三到第十八电控开关将第三电源VCC3所输出的直流电压转换为交流电压并提供给线圈绕组L12和L15。
本发明提供的电机驱动器，即使某个直流电源、电开关或电机线圈绕组故障，其它直流电源、电开关、电机线圈绕组工作正常情况下，电机都可以正常工作，水泵都可正常工作，如此提高了其工作容错能力，提高了可靠性。
图5是本发明提供的基于热管的自动调光集热式日光温室的控制系统白天的工作流程图，如图5所示，自动调光集热式日光温室的工作过程是：白天时，温室表面的保温被200卷起，室内温度探测器器7测量室内的温度信息，并将温度信息提供给处理器1，处理器将室内温度信息与第一设定值进行比较，如果高于第一设定值，处理器给驱动器2、驱动器3及水泵驱动器提供控制信号使电控阀500关闭、电控阀600与冷水箱接通，水泵700经电控阀600将冷水储水箱800中的冷水注入到纵向进水管，进一步注入到横向水管，当流量探测器9测量到调温装置中水管的水注满时，处理器给电控阀600和水泵驱动器提供信息，使电控阀600关闭，使水泵700停止工作，阳光照射在温室表面。水温探测器8探测横向水管内的水温信息，并提供给处理器1，当高于第二设定值时，处理器1给驱动器2、驱动器3及水泵驱动器提供控制信号使电控阀500与热水储水箱400接通，调温装置被加热的热水流入到热水储水箱400，重复上述过程，白天时不仅将太阳热能存储起来，而且使温室内的温度为植物生长最适宜的温度。
如图6所示，在清晨和傍晚时，太阳辐射较弱，由于入射角度大于临界角时光线发生全反射，温室植物300的照度由光的散射提供，随着太阳光线入射角的不断减小，当入射角小于临界角时，一部分光线照射在调光装置101上发生折射后照射在调光装置101底部的热管102上；随着时间的推移，照射在热管上的热量逐渐增大，而此时热管102与横向水管中的水之间存在温差，热量从高温向低温传递，使水管中的液体逐渐受热；如图7所示，当正午时，入射角度最小，光线全部通过调光装置101照射在热管102上，横向水管中的水受热管102传递的热量加热，加热后的液体流入纵向排水管。
图8是本发明提供的基于热管的自动调光集热式日光温室的控制系统晚上的工作流程图，如图8所示，自动调光集热式日光温室的工作过程是：晚上时，温室表面的保温被200被放下，
室内温度探测器器7测量室内的温度信息，并将温度信息提供给处理器1，处理器将室内温度信息与第一设定值进行比较，如果低于第三设定值，处理器给驱动器2、驱动器3及水泵驱动器提供控制信号使电控阀500关闭、电控阀600与热水储水箱400接通，水泵700经电控阀600将热水储水箱400中的热水注入到纵向进水管，进一步注入到横向水管，当流量探测器9测量到调温装置当水管中的水注满时，处理器1给电控阀600和水泵驱动器提供信息，使电控阀600关闭，使水泵700停止工作，横向水管将热量传给热管，热管向温室内散发热量。水温探测器8探测横向水管内的水温信息，并提供给处理器1，当低于第四设定值时，处理器1给驱动器2、驱动器3及水泵驱动器提供控制信号使电控阀500与冷水储水箱800接通，调温装置中的被冷却的水流入到冷水储水箱800，重复上述过程，晚上时，将白天储存的热能再次供给温室，使温室内的温度为植物生长最适宜的温度。
本发明提供的自动调光集热式日光温室，在阳光充足时将过剩的太阳能储存起来，来减少太阳辐射导致室内温度过高，储存起来的热量可以用来给日光温室夜间供暖，或者用于生活热水，如此节省了能量，且保证温室内的植物在适当的环境中生长。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、设置位置及其连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (6)
1.一种基于热管的自动调光集热式日光温室，包括调温装置，其包括呈矩阵状排列的M×N个固定件的支撑结构，M×N个固定件分别用于固定M×N个调温单元；在第1纵向弧形骨架和第N+1纵向弧形骨架上分别设置有纵向进水管和纵向排水管；在第1横向骨架到第M+1横向骨架上分别设置有与纵向进水管和排水管相连通的横向水管；每个调温单元至少包括调光装置和设置在调光装置下端且至少部分沿纵向弧形延伸的热管，热管的两端分别伸入相邻的两横向水管内，所述M和N均为大于1的整数，调光装置包括K根沿纵向弧形延伸横向截面为抛物面的复合抛物面聚光器，在聚光器的焦轴处设置热管，所述K为大于1的整数。
2.根据权利要求1所述的自动调光集热式日光温室，其特征在于，纵向进水管和纵向排水管分别与热水储水箱和冷水储水箱连通，而冷水储水箱与纵向进水管相连的管路中设置有水泵，水泵的进水管路中设置有第一电控阀，第一电控阀的第一进水口与热水储水箱相连，第二进水口与冷水储水箱相连，第一电控阀的出水口连通于水泵的进水口。
3.根据权利要求2所述的自动调光集热式日光温室，其特征在于，纵向排水管的出水管路中设置有第二电控阀，第二电控阀的进水口与纵向排水管相连，第一排水口与冷水储水箱相连，第二排水口与热水储水箱相连。
4.根据权利要求3所述的自动调光集热式日光温室，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括处理器、室内温度传感器、水温探测器和第一驱动电路、第二驱动电路和水泵驱动器，所述室内温度传感器用于探测温室内的温度，并将温度信息提供给处理器；所述水温探测器的探头设置在横向水管的管路中，用于探测水温，并将温度信息提供给处理器；处理器根据所述室内温度传感器及水温探测器提供的信息给第一驱动电路、第二驱动电路和水泵驱动器提供控制信号以控制第一电控阀、第二电控阀和水泵的工作状态，使得当室内温度高于第一设定值时从冷水储水箱中给横向水管提供低于第一设置定值的冷水；当室内温度低于第二设定值时从热水储水箱给横向水管提供高于第一设置定值的热水。
5.根据权利要求4所述的自动调光集热式日光温室，其特征在于，水泵驱动器至少包括三个驱动电路，用于驱动水泵的电机至少包括三的整数倍线圈绕组，三个驱动电采用对称结构连接于电机的线圈绕组。
6.一种权利要求1-5任一所述的自动调光集热式日光温室的控制方法，其特征在于，在阳光充足时将过剩的太阳能储存起来，来减少太阳辐射导致室内温度过高；储存起来的热量可以用来给日光温室夜间供暖或者用于生活热水。
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