CN113970190A

CN113970190A - 一种在线检测热损的环路热管太阳能集热系统

Info

Publication number: CN113970190A
Application number: CN202010719064.2A
Authority: CN
Inventors: 郭春生; 刘元帅; 许艳锋; 杨沛东; 李蒸; 李言伟; 江程; 马军; 薛于凡; 谷潇潇; 宁文婧; 薛丽红; 韩卓晟; 逯晓康; 刘百川
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-01-25

Abstract

本发明提供了一种在线检测热损的环路热管太阳能集热系统，所述蓄热器管路上设置第一温度传感器，用于检测进入蓄热器中的流体的温度，所述集热装置出口设置温度传感器可以检测集热装置出口的流体温，所述蓄热器入口设置流量计，测量进入蓄热器内的流体流量，所述集热装置出口设置流量传感器，计算集热装置出口的流体流量，通过流体温和流量可以计算出太阳能系统运输过程中的热损失，即(集热装置内的流体温度×集热装置出口质量流量‑进入蓄热器的流体温度×进入蓄热器的流体质量流量)×流体的比热。本发明根据检测的参数自动检测热损失，以供检查以及运行参考，满足蓄热要求。

Description

一种在线检测热损的环路热管太阳能集热系统

技术领域

本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种太阳能集热装置系统。

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。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。

针对集热装置的结构，现有技术已经进行了很多的研发和改进，但是整体来说集热能力不足，而且还存在运行时间长容易结垢问题，影响集热效果。

无论哪种形式和结构的太阳能集热装置，都要有一个用来吸收太阳辐射的吸收部件，集热装置的结构对太阳能的吸收起到重要的作用。

针对上述问题，本发明在前面发明的基础上进行了改进，提供了一种新的环路热管太阳能集热系统，从而解决热管换热量低及其换热不均匀的问题。

在应用中发现，太阳能持续集热加热或者晚上不加热会导致内部流体形成稳定性，即流体不再流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致集热管振动性能大大减弱，从而影响集热管的除垢以及加热的效率。因此需要对上述太阳能集热装置进行改进。本申请人已经对此申请了相关的专利。

但是，在实践中发现，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及加热效果。

在先申请中针对集热装置的除垢方法进行了研究，但是智能化程度不高，而且无法实现远程控制。

针对上述问题，本发明提供了一种新的智能控制的太阳能集热系统，从而太阳能利用过程中的智能控制。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种新式结构的集热装置。该集热装置能够根据参数进行智能控制，提高热利用效果和智能化效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种在先检测热损的环路热管太阳能集热系统，所述系统包括集热装置、蓄热器，集热装置与蓄热器连通形成循环回路；所述集热装置包括环路热管，环路热管包括位于下部的集热管箱、左上管、右上管和放热管组，左上管、右上管位于集热管箱的上部，所述放热管组包括左放热管组和右放热管组，左放热管组与左上管和集热管箱相连通，右放热管组与右上管和集热管箱相连通，从而使得集热管箱、左上管、右上管和放热管组形成加热流体封闭循环，所述放热管组为一个或多个，每个放热管组包括圆弧形的多根放热管，相邻放热管的端部连通，使多根放热管形成串联结构，并且使得放热管的端部形成放热管自由端；集热管箱包括第一管口和第二管口，第一管口连接左放热管组的入口，第二管口连接右放热管组的入口，左放热管组的出口连接左上管，右放热管组的出口连接右上管；左上管、右上管和放热管组设置在箱体内，箱体中设置流动的流体；

其特征在于，所述蓄热器管路上设置第一温度传感器，用于检测进入蓄热器中的流体的温度，所述集热装置出口设置温度传感器可以检测集热装置出口的流体温，所述蓄热器入口设置流量计，测量进入蓄热器内的流体流量，所述集热装置出口设置流量传感器，计算集热装置出口的流体流量，通过流体温和流量可以计算出太阳能系统运输过程中的热损失，即(集热装置内的流体温度×集热装置出口质量流量-进入蓄热器的流体温度×进入蓄热器的流体质量流量)×流体的比热。

作为优选，如果检测的热损失过大，则中央控制器自动发出提醒。此时需要检测流体管路是否存在问题。

作为优选，所述集热装置包括除垢阶段，所述采取如下方式运行：在除垢阶段，采取如下方式运行：

集热装置内部设置压力检测元件，用于检测集热装置内部的温度，控制器根据时间顺序提取温度数据，通过相邻的时间段的温度数据的比较，获取其温度差或者温度差变化的累计，温度差或者温度差变化的累计低于阈值时，控制器根据检测的其温度差来控制是否对集热管箱进行集热。

作为优选，如果在前时间段的温度为T1，相邻的在后时间段的温度为T2，如果T1<T2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱停止集热；如果T1>T2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱进行集热。

作为优选，所述左放热管组和右放热管组沿着集热管箱的中部对称。

作为优选，所述左放热管组的放热管是以左上管的轴线为圆心分布，所述右放热管组的放热管是以右上管的轴线为圆心分布。

本发明具有如下优点：

1、本发明根据检测的参数自动检测热损失，以供检查以及运行参考，满足蓄热要求。

2、本发明通过压力感知元件检测的前后时间段压力差或者累计压力差，能够通过压力差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热。

3、本发明提出了新式结构的集热装置，该集热装置能够提高集热效果，提高集热管的放热能力，减小能量的耗费。

4、一种新式结构的集热装置，通过在有限的空间设置更多的放热管组，增加管束的振动范围，从而强化传热，增强除垢。

5、本发明通过流体流动方向上的放热管组管径以及间距分布的设置，可以进一步提高换热效率。

6、本发明通过大量的实验和数值模拟，优化了集热装置的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。

附图说明：

图1是太阳能集热器系统控制结构示意图；

图2是太阳能集热器系统控制结构另一个优选示意图；

图3为本发明集热装置的主视图。

图4-1为本发明集热系统的集热主视图。

图4-2为本发明集热系统的不集热主视图。

图4-3为本发明优选的集热装置的集热主视图。

图4-4为本发明优选的集热装置的不集热主视图。

图5是本发明图3集热装置的左侧观测视图。

图6是本发明图3集热装置的底部观察视图。

图7是本发明集热装置放热管组错列布置结构示意图。

图8是集热装置尺寸结构示意图。

图9为优选的液压泵的剖视图。

图中：1、放热管组，左放热管组11、右放热管组12、21、左上管，22，右上管，3、自由端，4、自由端，5、自由端，6、自由端，7、放热管，8、集热管箱，9、箱体，10第一管口，13第二管口，左回流管14，右回流管15，16反射镜，17支撑件；

24、右液压泵，25、左液压泵，26、右液压装置，27、左液压装置，28、右伸缩杆，29、左伸缩杆，30、偏心轮，31、单向阀，32、油缸，33、截止阀，34、柱塞。

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。

本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

一种太阳能集热系统，如图1-2所示，所述系统包括集热装置、蓄热器46，集热装置与蓄热器46连通形成循环回路，集热装置吸收太阳能，加热进入集热装置的流体，加热后的流体进入蓄热器46，在蓄热器46中进行换热，将热量储存在蓄热器46的蓄热材料中，在蓄热器46中流出的流体进入集热装置中进行加热。

作为优选，所述蓄热器管路上设置阀门54和温度传感器55，分别用于控制进入蓄热器46中的流体的流量和检测进入蓄热器46中的流体的温度，同理，所述太阳能集热系统还设置蓄热器管路并联的旁通管路，所述旁通管路上设置阀门52和温度传感器51，分别用于控制旁通管路上流体的流量和检测流体的温度。所述蓄热器46中设置蓄热材料，所述蓄热材料优选为相变材料。优选的，所述蓄热器中设置温度传感器，用于检测蓄热材料的温度。所述的阀门52、54和温度传感器51、55以及蓄热器中的温度传感器与中央控制器进行数据连接。

集热装置内设置温度传感器，用于检测集热装置内流体的温度，集热装置出口管47上设置温度传感器49，用于检测集热装置出口管47上的流体温，集热装置出口管47上设置出口管阀门50，所述的集热装置内的温度传感器和温度传感器47、出口管阀门50与中央控制器数据连接。

本发明的主要目的是实现太阳能集热系统的智能化检测和控制，本发明通过下面多个实施例来实现本发明的技术效果。

1.实施例一

作为一个改进，中央控制器根据检测的蓄热材料的温度和进入蓄热器的流体温来自动控制阀门52、54的开闭。

优选，正常运行过程中阀门54打开，阀门52关闭。

如果蓄热材料的温度高于进入蓄热器的流体温，则中央控制器自动控制阀门54关闭，同时阀门52打开。保证流体不进入蓄热器，因为如果此时流体进入蓄热器46，不仅没有起到蓄热的效果，反而将蓄热材料中的热量传递给流体，从而降低了蓄热效果。因此通过此种措施可以节省能源。

如果旁通管路温度传感器51检测的流体温高于蓄热材料的温度，中央控制器自动控制阀门54打开，阀门52关闭，保证流体能够进入蓄热器46，起到蓄热的效果。

作为优选，所述的蓄热器管路入口管上设置多个温度传感器55，通过多个温度传感器55来测量蓄热器管路入口管上流体的温度。

作为优选，中央控制器通过多个温度传感器55测量的流体的温度的平均值来控制阀门52、54的开闭。

作为优选，中央控制器通过多个温度传感器55测量的流体的温度的最低值来控制阀门52、54的开闭。通过采取最低值，能够数据的进一步的准确性。

作为优选，所述的至少一个温度传感器设置在蓄热器入口管靠近蓄热器46的位置。

作为优选，所述的旁通管路和蓄热器管路的连接点靠近蓄热器入口。这样避免在蓄热器管路上存储太多的上一次关闭阀门54时存下的冷流体。

2.实施例二

作为一个改进，所述蓄热器的管路上设置动力装置，例如泵或者风机，用于驱动流体；旁通管路上设置排出口，用于将流体排出，排出口设置阀门；所述的中央控制器根据检测的蓄热器46入口管的温度、集热装置内的温度以及旁通管路的温度来自动控制阀门50、52、54的开闭。

如果中央控制器检测的蓄热器入口管的温度低于蓄热器的蓄热材料的温度，则中央控制器自动关闭阀门50，排出口阀门打开，同时启动动力装置运行，将蓄热器的管路上不符合温度要求的流体通过旁通管路的排出口排出，当动力装置运行一定时间后，关闭动力装置和排出口阀门，打开阀门50，关闭阀门54；当检测的集热装置中的流体温超过蓄热材料温度一定数值时，优选超过10摄氏度以上，阀门54打开，阀门52关闭，从而使得流体进入蓄热器中进行蓄热。

通过上述措施，可以使得蓄热器蓄热实现智能化控制。

作为优选，所述的阀门50设置在集热装置出口管上靠近集热装置的位置。这样使得出口管路47上基本上不会存储冷流体，保证蓄热效果。

作为优选，所述的集热装置内设置多个温度传感器，通过多个温度传感器来测量流体的温度。

作为优选，中央控制器通过多个温度传感器测量的流体的温度的平均值来控制阀门50、52、54的开闭。

作为优选，中央控制器通过多个温度传感器测量的流体的温度的最低值来控制阀门50、52、54的开闭。通过采取最低值，能够保证集热装置内的所有位置的流体的温度都能够达到可以利用的温度。

作为优选，所述的至少一个温度传感器设置在集热装置内靠近集热装置入口管48的位置。

作为优选，所述的至少一个温度传感器设置在集热装置内靠近集热装置出口管47的位置。

3.实施例三

实施例三作为实施例二的进一步改进。

如果中央控制器检测的蓄热器入口管的温度低于蓄热器的蓄热材料的温度，则中央控制器自动关闭阀门50，排出口阀门打开，同时启动动力装置运行，将蓄热器的管路上不符合温度要求的流体通过旁通管路的排出口排出，当动力装置运行一定时间后，关闭动力装置排出口阀门；当集热装置中的流体温超过蓄热材料温度一定数值时，优选超过5摄氏度以上，阀门50打开，阀门54关闭，流体通过旁通管路流过，如果旁通管路传感器51检测的流体温超过蓄热材料一定度数，例如超过5摄氏度，则旁通管路阀门52关闭，蓄热器管路阀门54打开，从而使得流体进入蓄热器中进行蓄热。

通过上述措施，通过旁通管路来检测流体的温度，进一步提高了蓄热的效果，提高了蓄热的智能控制。

其余的没有描述的技术特征与实施例二相同，就不在进一步描述。

4.实施例四

作为一个改进，太阳能蓄热系统可以智能计算热损失。如图1所示，所述集热装置出口的温度传感器49可以检测集热装置出口的流体温，所述温度传感器55可以测量进入蓄热器中的流体温，所述蓄热器入口设置流量计，测量进入蓄热器46内的流体流量，所述集热装置出口设置流量传感器，计算集热装置出口的流体流量，通过流体温和流量可以计算出太阳能系统运输过程中的热损失，即(集热装置内的流体温度×集热装置出口质量流量-进入蓄热器的流体温度×进入蓄热器的流体质量流量)×流体的比热。

作为一个优选，所述出口管路47上设置流量计，蓄热器管路上设置流量计，所述两个流量计与中央控制器进行数据连接，通过两个流量计测量的平均数值来计算热损失。具体计算公式如下：(集热装置内的流体温度-进入蓄热器的流体温度)×平均质量流量×流体的比热。

优选，通过蓄热器管路上设置流量计测量的流量来计算热损失。

如果检测的热损失过大，则中央控制器自动发出提醒。此时需要检测流体管路是否存在问题。

5.实施例五

所述蓄热器46中通入换热管，所述换热管与蓄热材料进行热交换，所述换热管与换热器50通过管路相连。所述换热器60与蓄热器46之间的管路上设置阀门59，所述阀门59与中央控制器进行数据连接。所述中央控制器根据检测的蓄热材料的温度来自动控制阀门59的开度。

如果检测的蓄热材料的温度高于上限值，则中央控制器控制阀门59增加开度，以保证更多的流体流入蓄热器中参与换热，保证热量的充分利用，如果检测的蓄热材料的温度低于一定数值，则中央控制器控制阀门59降低开度，以保证更少的流体流入蓄热器中参与换热，保证加热流体温度。

当检测的如果检测的蓄热材料的温度低于下限值，则中央控制器控制阀门59关闭，此时说明蓄热材料的蓄热已经完全被用完。

通过上述智能化控制能够实行蓄热利用的智能化。

对于蓄热器中其他特征，与前面记载的相同，就不再进行详细描述。

6.实施例六

所述换热器60的入口管上设置温度传感器，通过温度传感器自动检测进入换热器内流体的温度。所述温度传感器与中央控制器数据连接。如果中央控制器检测的进入换热器中的流体温高于上限数据，则中央控制器控制阀门59的开度增加，从而增加进入蓄热器46内的流体流量。通过增加换热的流体量的降低进入换热器的流体的温度。相反，如果中央控制器检测的进入换热器中的流体温低于下限数据，则中央控制器控制阀门59的开度降低，从而减少进入蓄热器46内的流体流量。通过减少换热的流体量的提高进入换热器的流体的温度。

作为优选，所述的换热器的入口管上设置多个温度传感器，通过多个温度传感器来测量流体的温度。

作为优选，中央控制器通过多个温度传感器测量的流体的温度的平均值来控制阀门29的开度。

作为优选，中央控制器通过多个温度传感器测量的流体的温度的最低值来控制阀门29的开度。

作为优选，所述的至少一个温度传感器设置在换热器的入口管上内靠近换热器的位置。

通过上述措施，能够而保证进入换热器的流体的温度保持在一定范围内，从而能够达到可以利用的温度。

作为优选，集热装置如图3所示，包括集热管箱8、左上管21、右上管22和放热管组1，所述放热管组1包括左放热管组11和右放热管组12，左放热管组11与左上管21和集热管箱8相连通，右放热管组12与右上管22和集热管箱8相连通，从而使得集热管箱8、左上管21、右上管22和放热管组1形成加热流体封闭循环，集热管箱8内填充相变流体，每个放热管组1包括圆弧形的多根放热管7，相邻放热管7的端部连通，使多根放热管7形成串联结构，并且使得放热管7的端部形成放热管自由端3-6；集热管箱包括第一管口10和第二管口13，第一管口10连接左放热管组11的入口，第二管口13连接右放热管组12的入口，左放热管组11的出口连接左上管21，右放热管组12的出口连接右上管22；所述第一管口10和第二管口13设置在在集热管箱8一侧。作为优选，左放热管组11和右放热管组12沿着集热管箱的中间位置对称。

作为优选，左上管21、右上管22和放热管组1设置在箱体9内，箱体9中设置流动的流体，所述流体优选是空气或者水。

作为优选，所述左上管21、右上管22与集热管箱8沿着水平方向延伸。

作为优选，流体沿着水平方向流动。

作为优选，沿着左上管21、右上管22与集热管箱8水平方向延伸上设置多个放热管组1，所述放热管组1之间是并联结构。

作为优选，所述左上管21与集热管箱8之间设置左回流管14，所述右上管22与集热管箱8之间设置右回流管15。作为优选，所述回流管设置在集热管箱8的两端。

集热管箱8内填充相变流体，优选是汽液相变流体。所述流体在集热管箱8进行加热蒸发，沿着放热管束向左上管21、右上管22流动，流体受热后会产生体积膨胀，从而形成蒸汽，而蒸汽的体积远远大于水，因此形成的蒸汽会在盘管内进行快速冲击式的流动。因为体积膨胀以及蒸汽的流动，能够诱导放热管自由端产生振动，换热管自由端在振动的过程中将该振动传递至箱体9内的换热流体，流体也会相互之间产生扰动，从而使得周围的换热流体形成扰流，破坏边界层，从而实现强化传热的目的。流体在左右上管冷凝放热后又通过回流管回流到集热管箱。

本发明通过对现有技术进行改进，将上管和放热管组分别设置为左右分布的两个，使得左右两侧分布的放热管组都能进行振动换热除垢，从而扩大换热振动的区域，越能够使得振动更加均匀，换热效果更加均匀，增加换热面积，强化换热和除垢效果。

上述结构已经进行了专利申请，本申请是对上述结构进行进一步改进，增强除垢以及换热效果。

在太阳能集热装置的运行中，虽然上述结构具有弹性振动除垢效果，但是长时间运行发现除垢效果需要进一步改进。

研究以及实践中发现，持续性的稳定性的集热会导致内部集热装置的流体形成稳定性，即流体不再流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致放热管组1振动性能大大减弱，从而影响管组1的除垢以及加热的效率。例如白天持续的集热，或者晚上持续不集热，导致除垢效果下降，在先申请中采取了白天持续的集热，或者晚上电加热除垢，上述对于白天的集热效果具有很大的提高。但是上述结构需要单独设置一个电加热装置，而且需要设计复杂的电加热相关的装配，导致结构复杂，因此需要对上述集热装置进行如下改进。

在本发明人的在先申请中，提出了一种周期性的加热方式，通过周期性的加热方式来不断的促进盘管的振动，从而提高加热效率和除垢效果。但是，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现频繁性的振动，从而实现很好的除垢效果。

本发明针对在先研究的技术中的不足，提供一种新式的智能控制振动的除垢集热装置。该集热装置能够实现很好的除垢效果。

所述太阳能集热装置包括除垢阶段，在除垢阶段，集热装置采取如下方式运行：

一、基于压力自主调节振动

作为优选，集热装置内部设置压力检测元件，用于检测集热装置内部的压力，控制器根据时间顺序提取压力数据，通过相邻的时间段的压力数据的比较，获取其压力差或者压力差变化的累计，低于阈值时，控制器根据检测的其压力差或者压力差变化的累计来控制是否对集热管箱进行集热。

通过压力感知元件检测的前后时间段压力差或者累计压力差，能够通过压力差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当压力差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热。

通过根据压力差或者压力差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的压力为P1，相邻的在后时间段的压力为P2，如果P1<P2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱停止集热；如果P1>P2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱进行集热。

通过先后的压力大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的压力为P1，相邻的在后时间段的压力为P2，如果P1＝P2，则根据下面情况判断集热：

如果P1大于第一数据的压力，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的压力；优选第一数据是相变流体充分相变的压力；

如果P1小于等于第二数据的压力，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的压力。

所述的第一数据是充分集热状态的压力数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的压力数据。通过上述的压力大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，压力感知元件设置在集热管箱8内。

作为优选，压力感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的压力变化，从而实现更好的控制和调节。

作为优选，所述压力感知元件为n个，依次计算当前时间段压力P_i与前一时间段压力Q_i-1的差D_i＝P_i-Q_i-1，并对n个压力差D_i进行算术累计求和

当Y的值低于设定阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

作为优选，Y>0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果Y<0，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

作为优选，如果Y＝0，则根据下面情况判断集热：

如果P_i的算术平均数大于第一数据的压力，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的压力；优选是相变流体充分相变的压力；

如果P_i的算术平均数小于第二数据的压力，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的压力。

作为优选，测量压力的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是100－1000pa，优选是500pa。

作为优选，压力值可以是时间段周期内的平均压力值。也可以使时间段内的某一时刻的压力。例如优选都是时间段结束时的压力。

二、基于温度自主调节振动

作为优选，集热装置内部设置温度检测元件，用于检测集热装置内部的温度，所述温度检测元件与控制器进行数据连接，控制器根据时间顺序提取温度数据，通过相邻的时间段的液位数据的比较，获取温度差或者温度差变化的累计，低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

通过温度感知元件检测的前后时间温度差或者累计温度位差，能够通过温度差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当温度差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热管箱进行集热。

通过根据温度差或者温度差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的温度为T1，相邻的在后时间段的温度为T2，如果T1<T2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果T1>T2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的温度大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的温度为T1，相邻的在后的时间段温度为T2，如果T1＝T2，则根据下面情况判断集热：

如果T1大于第一数据的温度，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的温度；优选第一数据是相变流体充分相变的温度；

如果T1小于等于第二数据的温度，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的温度。

所述的第一数据是充分集热状态的温度数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的温度数据。通过上述的温度大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，所述温度感知元件为n个，依次计算当前时间段温度T_i与前一时间段温度Q_i-1的差D_i＝T_i-Q_i-1，并对n个温度差D_i进行算术累计求和

作为优选，如果Y＝0，则根据下面情况判断集热：

如果T_i的算术平均数大于第一数据的温度，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的温度；优选是相变流体充分相变的温度；

如果T_i的算术平均数小于第二数据的温度，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的温度。

作为优选，测量温度的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是1－10摄氏度，优选是4摄氏度。

作为优选，温度感知元件设置在集热管箱8内。

作为优选，温度感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的温度变化，从而实现更好的控制和调节。

三、基于液位自主调节振动

作为优选，集热管箱内部设置液位检测元件，用于检测下管箱内的流体的液位，所述液位检测元件与控制器进行数据连接，控制器根据时间顺序提取液位数据，通过相邻的时间段的液位数据的比较，获取其液位差或者液位差变化的累计，低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

通过液位感知元件检测的前后时间液位差或者累计液位差，能够通过液位差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当液位差升高到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热管箱进行集热。

通过根据液位差或者液位差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的液位为L1，相邻的在后时间段的液位为L2，如果L1>L2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果L1<L2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的液位大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的液位为L1，相邻的在后时间段的液位为L2，如果L1＝L2，则根据下面情况判断集热：

如果L1小于第一数据的液位或者L1是0，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的液位；优选第一数据是相变流体充分相变的液位；

如果L1大于等于第二数据的液位，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的液位。

所述的第一数据是充分集热状态的液位数据，包括干涸的液位，第二数据是没有集热或者集热刚开始的液位数据。通过上述的液位大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，所述液位感知元件为n个，依次计算当前时间段液位L_i与前一时间段液位Q_i-1的差D_i＝L_i-Q_i-1，并对n个液位差D_i进行算术累计求和

作为优选，如果Y＝0，则根据下面情况判断集热：

如果L_i的算术平均数小于第一数据的液位或者是0，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的液位；优选是相变流体充分相变的液位；

如果L_i的算术平均数大于第二数据的液位，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的液位。

作为优选，测量也为的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是1－10mm，优选是4mm。

作为优选，水位值可以是时间段周期内的平均水位值。也可以使时间段内的某一时刻的水位置。例如优选都是时间段结束时的水位。

四、基于速度自主调节振动

作为优选，管束自由端内部设置速度检测元件，用于检测管束自由端内的流体的流速，所述速度检测元件与控制器进行数据连接，控制器根据时间顺序提取速度数据，通过相邻的时间段的速度数据的比较，获取其速度差或者速度差变化的累计，低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热或者继续集热。

通过速度感知元件检测的前后时间速度差或者累计速度差，能够通过速度差来判断内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，使其进行振动，从而停止集热。使得流体进行体积变小从而实现振动。当速度差降低到一定程度时，此时内部流体又开始进入稳定状态，此时需要集热使得流体重新蒸发膨胀，因此需要进行启动集热管箱进行集热。

通过根据速度差或者速度差变化的累计来判断流体的稳定状态，使得结果更加准确，不会因为运行时间问题导致的老化而产生的误差增加问题。

作为优选，如果在前时间段的速度为V1，相邻的在后时间段的速度为V2，如果V1<V2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱停止集热；如果V1>V2，则低于阈值时，控制器控制集热管箱进行集热。

通过先后的速度大小判断，来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，如果在前时间段的速度为V1，相邻的在后时间段的速度为V2，如果V1＝V2，则根据下面情况判断集热：

如果V1大于第一数据的速度，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的速度；优选第一数据是相变流体充分相变的速度；

如果V1小于等于第二数据的速度，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的速度。

所述的第一数据是充分集热状态的速度数据，第二数据是没有集热或者集热刚开始的速度数据。通过上述的速度大小的判断，也是来确定目前的集热管箱是处于集热状态还是非集热状态，从而根据不同情况决定集热管箱的运行状态。

作为优选，所述速度感知元件为n个，依次计算当前时间段速度V_i与前一时间速度Q_i-1的差D_i＝V_i-Q_i-1，并对n个速度差D_i进行算术累计求和

作为优选，如果Y＝0，则根据下面情况判断集热：

如果V_i的算术平均数大于第一数据的速度，控制器控制集热管箱停止集热；其中第一数据大于相变流体发生相变后的速度；优选是相变流体充分相变的速度；

如果V_i的算术平均数小于第二数据的速度，控制器控制集热管箱继续集热，其中第二数据小于等于相变流体没有发生相变的速度。

作为优选，测量速度的时间段周期是1－10分钟，优选3－6分钟，进一步优选是4分钟。

作为优选，阈值是1－3m/s，优选是2m/s。

作为优选，速度值可以是时间段周期内的平均压力值。也可以使时间段内的某一时刻的速度。例如优选都是时间段结束时的速度。

作为优选，换热器包括除垢过程，在除垢过程采取上述方式进行换热。

作为一个优选，通过反射镜进行旋转的方式，对集热管箱进行集热或者不集热。当需要集热的时候(周期前段时间)，反射镜的反射面面向太阳，当不需要集热的时候(周期后段时间)，反射镜的反射面不面向太阳。此种方式可以采用常规的太阳光跟踪系统的旋转反射镜的方式来实现，在此就不必详细说明。

作为优选，可以采取另一个实施例，采取集热管箱是否位于反射镜焦点的方式来完成是否对集热管箱进行集热或者不集热的操作。当需要集热的时候(周期前段时间)，集热管箱位于反射镜的焦点，当不需要集热的时候(周期后段时间)，集热管箱不位于反射镜的焦点。

如图3所示，所述反射镜16沿着中部分为两部分，分别是第一部分161和第二部分162，第一部分161和第二部分162，如图4-1所示。所述支撑件17是支撑柱，设置在集热管箱8的下部，液压伸缩杆171，172分别从支撑柱上伸出延伸连接到第一部分161和第二部分162。用来驱动第一部分和第二部分分开或者合并。当第一部分和第二部分合并在一起时，所述的反射镜16构成一个完整的反射镜，所述集热管箱位于反射镜16的焦点位置处，用于对集热管箱进行集热。当第一部分和第二部分分开时，所述的集热管箱不位于第一部分和第二部分的焦点，不对集热管箱进行集热。

作为优选，所述的液压伸缩杆连接驱动器，通过驱动器驱动液压伸缩杆的伸缩，通过液压伸缩杆的伸缩来使得反射镜的焦点发生位置变化。

所述液压伸缩杆通过枢转的方式连接到支撑件17上。

作为一个改进的实施例，如图4-3、4-4所示。所述集热装置包括右液压泵24，左液压泵25，右液压装置26和左液压装置27，右液压装置26和左液压装置27上部设置伸缩杆35、36，所述伸缩杆通过枢转方式连接到第二部分162和第一部分161的下部，所述右液压泵24，左液压泵25分别驱动右液压装置26和左液压装置27的上升和下降。

作为优选，所述的装置还包括右支撑杆28和左支撑杆29，所述右支撑杆28和左支撑杆29包括第一部件和第二部件，第一部件位于下部，第一部件下端通过枢转方式连接在支撑件17上，第二部件是伸缩杆，伸缩杆的上端通过枢转方式连接到第一部分162和第二部分162。所述伸缩杆可以在第一部件内伸缩。所述右支撑杆28和左支撑杆29用于支撑反射镜，使得反射镜保持在下部相应的位置。例如反射镜第一部分和第二部分合为一体时候，通过右支撑杆28和左支撑杆29的支撑使其保持在相应位置，使得集热管箱8位于反射镜焦点位置。

作为优选，所述的第一部件是杆，所述杆中间开孔，从而使得伸缩杆能够在第一部件内伸缩。

作为优选，右支撑杆28和左支撑缩杆29也采用液压的方式，单独设置液压泵，所述第一部件是液压装置，通过液压泵驱动伸缩杆进行伸缩。具体结构和右液压装置26和左液压装置27类似。

图9展示了液压泵的具体结构。如图9所示，液压泵包括偏心轮30、单向阀31、油缸32、截止阀33、柱塞34，偏心轮30连接柱塞34。柱塞34设置在柱塞腔38内，柱塞腔38与液压泵连通。液压泵包括腔体，腔体上部设置伸缩杆，伸缩杆下端是与液压泵腔体内径相同的板状结构39，板状结构中部延伸出的杆状结构40，杆状结构40伸出液压泵腔体连接反射镜。

腔体下部是油缸32，油缸和伸缩杆之间设置两个单向阀31，供液体从下部油缸进入上部，来推动伸缩杆向上移动；两个单向阀分别设置在柱塞腔与液压泵连通位置的上部和下部；所述两个单向阀31的与柱塞腔与液压泵连通位置的相对的一侧(远离柱塞腔与液压泵连通位置的一侧)设置隔离壁37，所述隔离壁37与腔体的柱塞腔与液压泵连通位置的相对的一侧壁之间具有一定的距离，并设置截止阀33。通过截止阀的打开以便供液体从上部流入下部油缸32。

当要使反光镜升高使装置停止集热时，可以驱动右液压泵24以及左液压泵25，偏心轮30会带动柱塞34往复运动。柱塞34右移时，缸体中产生真空，油液通过单向阀吸入，完成吸油过程。柱塞34左移时，缸体内的油会通过单向阀31输入到液压系统中。凸轮连续旋转，便可使反光镜升高。

当要使反光镜下降使装置开始集热时，便可打开截止阀33，液压系统上部的油便会流回油缸中，于是反光镜在重力的作用下便会归于原位。

当然，液压泵也是现有技术一种非常成熟的技术，图9的实施例仅仅是简单的介绍，不作为限定。现有技术中的所有液压泵都可以用来使用。

除垢时间优选可以是太阳能集热装置运行一段时间后进行。优选是当集热效果变差的时候进行。

作为优选，所述左放热管组的放热管是以左上管的轴线为圆心分布，所述右放热管组的放热管是以右上管的轴线为圆心分布。通过将左右上管设置为圆心，可以更好的保证放热管的分布，使得振动和加热均匀。

作为优选，所述左放热管组、右放热管组均为多个。

作为优选，左放热管组和右放热管组沿着集热管箱的竖直方向轴心所在的面镜像对称。通过如此设置，能够使得换热的放热管分布更加合理均匀，提高换热效果。

作为优选，集热管箱8是扁平管结构。通过设置扁平管结构使得吸热面积增加。使得即使安装位置有点偏远，也能保证集热管箱8位于反射镜焦点位置处。

作为优选，左放热管组11和右放热管组12在水平延伸方向上错列分布，如图7所示。通过错列分布，能够使得在不同长度上进行振动放热和除垢，使得振动更加均匀，强化换热和除垢效果。

作为优选，集热装置下部设置反射镜16，所述集热管箱位于反射镜16的焦点位置处，所述左放热管组和右放热管组位于流体通道中。从而形成一种太阳能集热系统。

作为优选，包括支撑件17，支撑件17支撑集热装置。

作为优选，包括流体通道，流体在流体通道内流动。如图4-1所示，所述集热管箱8位于流体通道下端，如图4-1所示。左上管21、右上管22、左放热管组11和右放热管组12设置在流体通道内，通过放热加热流体通道内的流体。

作为优选，流体的流动方向与左上管21、右上管22与集热管箱8延伸的方向相同。通过如此设置，使得流体在流动的时候冲刷放热管组，尤其是放热管组自由端，从而使得自由端振动，从而强化传热，达到除垢的效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，所述放热管组1(例如同一侧(左侧或者右侧))设置为多个，沿着流体通道内的流体的流动方向，放热管组1(例如同一侧(左侧或者右侧))的管径不断变大。

沿着流体的流动方向，流体温度不断的提高，从而使得换热温差不断的减小，换热能力越来越大。通过放热管组的管径变大，可以保证更多的蒸汽通过上部进入放热管组，保证沿着流体流动方向，因为蒸汽量大以及振动效果好，从而使得整体换热均匀。所有放热管组内蒸汽的分配均匀，进一步强化传热效果，使得整体振动效果均匀，换热效果增加，进一步提高换热效果以及除垢效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，放热管组(例如同一侧(左侧或者右侧))的放热管管径不断变大的幅度不断的增加。

通过如此设置，避免流体都在前部进行换热，而使的尽量换热向后部增加，从而形成类似逆流的换热效果。通过实验发现，采取此种结构设计可以取得更好的换热效果以及除垢效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，所述同一侧(左侧或者右侧)放热管组设置为多个，从上向下方向，同一侧(左侧或者右侧)相邻放热管组的间距不断变小。具体效果类似前面的管径变化的效果。

作为优选，沿着流体通道内的流体的流动方向，同一侧(左侧或者右侧)放热管组之间的间距不断变小的幅度不断的增加。具体效果类似前面的管径变化的效果。

在试验中发现，左上管21、右上管22的体积、距离以及集热箱的体积可以对换热效率以及均匀性产生影响。如果集热箱的体积过小，导致蒸汽过热，热量无法及时传递到放热管以及左上管右上管，体积过大，导致蒸汽冷凝过快，也无法传递，同理左上管21、右上管22的体积必须与集热箱体积搭配相适用，否则会导致蒸汽冷凝过快或者过慢，都会导致换热情况恶化，左上管21、右上管22之间距离也会导致换热效率太差，距离太小，则放热管分布太密，也会影响换热效率，左上管21、右上管22之间距离也需要和集热箱之间的距离搭配相适用，否则他们之间的距离会影响容纳的液体或者蒸汽的体积，则对于自由端的振动会产生影响，从而影响换热。因此左上管21、右上管22的体积、距离以及集热箱的体积具有一定的关系。

本发明是通过多个不同尺寸的热管的数值模拟以及试验数据总结出的最佳的尺寸关系。从换热效果中的换热量最大出发，计算了近200种形式。所述的尺寸关系如下：

左上管21、右上管22的体积分别是V1，V2，集热箱的体积是V3，集热箱体底部的中点与左上管21、右上管22圆心之间形成的夹角为A，满足如下要求：

(V1+V2)/V3＝a-b*sin(A/2)²-c*sin(A/2)；其中a,b,c是参数，sin是三角正玄函数，

0.8490<a<0.8492，0.1302<b<0.1304，0.0020<c<0.0022；作为优选，a＝0.8491，b＝0.1303，c＝0.0021。

作为优选，集热箱体底部的中点与左上管21、右上管22圆心之间形成的夹角A为40－120度(角度)，优选为80-100度(角度)。

作为优选，0.72<(V1+V2)/V3<0.85；

左上管21的中心与右上管22的中心之间的距离为M，左上管21的管径、右上管22的半径相同，为B，放热管中最内侧放热管的轴线的半径为N1,最外侧放热管的轴线的半径为W2,作为优选，35<B<61mm；230<M<385mm；69<N1<121mm，119<W2<201mm。

作为优选，放热管组的放热管的数量为3－5根，优选为3或4根。

作为优选，放热管的半径优选为10－40mm；优选为15－35mm，进一步优选为20－30mm。

作为优选，自由端3、4的端部之间以左集箱的中心轴线为圆心的弧度为95－130角度，优选120角度。同理自由端5、6和自由端3、4的弧度相同。通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。

作为优选，V1＝V2。

在先申请的仅仅依靠左上管21的中心与右上管22的中心之间的距离为M，左上管21的管径、右上管22的半径相同，为B，放热管中最内侧放热管的轴线的半径为N1,最外侧放热管的轴线的半径为W2,本发明首次将左上管21、右上管22的体积、距离以及集热箱的体积通过优化的关系式关联起来，得到了最佳的尺寸关系。本申请的上述关系式是针对在先申请的关系式进一步改进，通过体积以及夹角的关系式，属于本发明独创的发明点。

作为优选，放热管组1的管束是弹性管束。

通过将放热管组1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。

所述放热管组1为多个，多个放热管组1为并联结构。

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

1.一种在线检测热损的环路热管太阳能集热系统，所述系统包括集热装置、蓄热器，集热装置与蓄热器连通形成循环回路；所述集热装置包括环路热管，环路热管包括位于下部的集热管箱、左上管、右上管和放热管组，左上管、右上管位于集热管箱的上部，所述放热管组包括左放热管组和右放热管组，左放热管组与左上管和集热管箱相连通，右放热管组与右上管和集热管箱相连通，从而使得集热管箱、左上管、右上管和放热管组形成加热流体封闭循环，所述放热管组为一个或多个，每个放热管组包括圆弧形的多根放热管，相邻放热管的端部连通，使多根放热管形成串联结构，并且使得放热管的端部形成放热管自由端；集热管箱包括第一管口和第二管口，第一管口连接左放热管组的入口，第二管口连接右放热管组的入口，左放热管组的出口连接左上管，右放热管组的出口连接右上管；左上管、右上管和放热管组设置在箱体内，箱体中设置流动的流体；

2.如权利要求1所述的集热系统，如果检测的热损失过大，则中央控制器自动发出提醒。此时需要检测流体管路是否存在问题。

3.如权利要求1所述的集热系统，所述集热装置包括除垢阶段，所述采取如下方式运行：在除垢阶段，采取如下方式运行：

4.如权利要求3所述的集热系统，如果在前时间段的温度为T1，相邻的在后时间段的温度为T2，如果T1<T2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱停止集热；如果T1>T2，则低于阈值时，控制器控制对集热管箱进行集热。