智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法
【專利摘要】智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法，涉及太陽能系統(tǒng)室外集熱環(huán)路防凍技術(shù)。它為了解決嚴(yán)寒地區(qū)太陽能熱利用系統(tǒng)中室外管道易結(jié)冰的問題。本發(fā)明的第一控制器通過第一溫度傳感器和第二溫度傳感器采集的溫度來控制第一電動閥門和第二電動閥門狀態(tài)以及第一水泵的運行情況，進(jìn)而控制旁通環(huán)路的運行，充分利用集熱器的余熱保證了室外管道內(nèi)的液體溫度處于較高水平，能夠防止室外管道的結(jié)冰。與常規(guī)的太陽能防凍控措施相比，防凍液的濃度和用量在原來基礎(chǔ)上減少至少50%，提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明適用于太陽能熱利用系統(tǒng)的防凍。
【專利說明】智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能系統(tǒng)室外集熱環(huán)路防凍技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]嚴(yán)寒地區(qū)冬季室外溫度較低，太陽能系統(tǒng)室外集熱環(huán)路容易出現(xiàn)結(jié)冰，并凍壞室外管路與設(shè)備，影響系統(tǒng)的正常使用。因此在使用太陽能系統(tǒng)時必須考慮防凍。在嚴(yán)寒地區(qū)通常采用真空管集熱器代替平板集熱器，以提高系統(tǒng)集熱效率，減少熱損失，并解決集熱器夜間防凍的問題。但是仍然需要采取添加防凍液，設(shè)置電伴熱帶或排空等措施以解決管道結(jié)冰的問題。
[0003]添加防凍液是一種常用的太陽能防凍方法，但是由于真空管集熱器水容量比較大，需要添加的防凍液量也較大，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。目前防凍液濃度的選取尚沒有明確的依據(jù)，實際工程中通常是保證所選取的防凍液濃度的冰點高于該地區(qū)最低室外空氣溫度，并有一定的安全余量。這種做法往往會導(dǎo)致所選取的防凍液濃度偏高，使得系統(tǒng)運行成本增加，降低系統(tǒng)集熱效率。
[0004]在嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)采用真空管集熱器進(jìn)行太陽能供熱時，如何有效解決室外管路結(jié)冰的問題，如何在保證系統(tǒng)管路不結(jié)冰的前提下盡可能地降低所選取的防凍液濃度，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性成為嚴(yán)寒地區(qū)太陽能熱利用時所面臨的問題之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是為了解決嚴(yán)寒地區(qū)太陽能熱利用系統(tǒng)中室外管道結(jié)冰的問題，提供一種智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)及該系統(tǒng)的控制方法。
[0006]本發(fā)明所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，包括集熱器1、換熱器2、蓄熱水箱
3、膨脹水箱6、第一水泵4、第一控制器7、第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器10、第一電動閥門Fl、第二電動閥門F2和單向閥門F3 ；
[0007]集熱器I的出口通過室外管道與第一電動閥門Fl的一端連通，膨脹水箱6與室外管道連通,第一電動閥門Fl的一端還同時與第二電動閥門F2的一端連通,第一電動閥門Fl的另一端與換熱器2的一條通道的一端連通，該通道的另一端與單向閥門F3的入口連通，單向閥門F3的出口同時與第一水泵4的一端和第二電動閥門F2的另一端連通，第一水泵4的另一端與集熱器I的入口連通；
[0008]第一溫度傳感器9設(shè)置在集熱器I的出口處，用于采集集熱器I出口的溫度，所述第一溫度傳感器9的溫度信號輸出端與第一控制器7的第一溫度信號輸入端連接；
[0009]第二溫度傳感器10設(shè)置在室外管道的內(nèi)部，用于采集室外管道內(nèi)部的液體溫度，所述第二溫度傳感器10的溫度信號輸出端與第一控制器7的第二溫度信號輸入端連接；
[0010]第一控制器7的第一水泵控制信號輸出端連接第一水泵4的控制信號輸入端，第一控制器7的第一閥門控制信號輸出端連接第一電動閥門Fl的控制信號輸入端，第一控制器7的第二閥門控制信號輸出端連接第二電動閥門F2的控制信號輸入端；[0011]所述第一控制器7內(nèi)嵌入有軟件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，所述控制模塊包括:
[0012]溫度讀取裝置:用于每間隔時間Λ T1讀取并存儲第一溫度傳感器9發(fā)送的溫度信號T1和第二溫度傳感器10發(fā)送的溫度信號T2 ；
[0013]第一判斷裝置:用于判斷T2是否小于Ta，并在判斷結(jié)果為是時啟動第一控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第三控制裝置；Ta和Tb均為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Ta > TbS室外管道內(nèi)液體的冰點溫度；
[0014]第一控制裝置:用于發(fā)送第一電動閥門關(guān)閉控制信號給第一電動閥門Fl,發(fā)送第二電動閥門開啟控制信號給第二電動閥門F2,發(fā)送第一水泵啟動控制信號給第一水泵4 ；
[0015]等待裝置:用于維持第一控制器7的設(shè)定狀態(tài)Λ T2時間；
[0016]第二判斷裝置:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時啟動第三控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第三判斷裝置；所述Τ。為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Τ。大于Ta ；
[0017]第三判斷裝置:用于判斷T2是否大于Tb，并在判斷結(jié)果為是時啟動第一控制裝置；在判斷結(jié)果為否時啟動第二控制裝置；
[0018]第二控制裝置:用于利用外部熱量使室外管道內(nèi)部液體溫度升高；
[0019]第四判斷裝置:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時啟動第三控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第二控制裝置；
[0020]第三控制裝置:用于發(fā)送第一水泵停止控制信號給第一水泵4，并結(jié)束控制。
[0021]本發(fā)明I所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法是基于下述系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括集熱器1、換熱器2、蓄熱水箱3、膨脹水箱6、第一水泵4、第一控制器7、第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器10、第一電動閥門Fl、第二電動閥門F2和單向閥門F3 ；
[0022]集熱器I的出口通過室外管道與第一電動閥門Fl的一端連通，膨脹水箱6與室外管道連通,第一電動閥門Fl的一端還同時與第二電動閥門F2的一端連通,第一電動閥門Fl的另一端與換熱器2的一條通道的一端連通，該通道的另一端與單向閥門F3的入口連通，單向閥門F3的出口同時與第一水泵4的一端和第二電動閥門F2的另一端連通，第一水泵4的另一端與集熱器I的入口連通；
[0023]第一溫度傳感器9設(shè)置在集熱器I的出口處，用于采集集熱器I出口的溫度，所述第一溫度傳感器9的溫度信號輸出端與第一控制器7的第一溫度信號輸入端連接；
[0024]第二溫度傳感器10設(shè)置在室外管道的內(nèi)部，用于采集室外管道內(nèi)部的液體溫度，所述第二溫度傳感器10的溫度信號輸出端與第一控制器7的第二溫度信號輸入端連接；
[0025]第一控制器7的第一水泵控制信號輸出端連接第一水泵4的控制信號輸入端，第一控制器7的第一閥門控制信號輸出端連接第一電動閥門Fl的控制信號輸入端，第一控制器7的第二閥門控制信號輸出端連接第二電動閥門F2的控制信號輸入端；
[0026]所述方法是由嵌入在第一控制器7內(nèi)的軟件實現(xiàn)的，所述方法包括以下步驟:
[0027]溫度讀取步驟:用于每間隔時間Λ T1讀取并存儲第一溫度傳感器9發(fā)送的溫度信號T1和第二溫度傳感器10發(fā)送的溫度信號T2 ；
[0028]第一判斷步驟:用于判斷T2是否小于ΤΑ，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第一控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第三控制步驟；Ta和Tb均為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Ta > TbS室外管道內(nèi)液體的冰點溫度；[0029]第一控制步驟:用于發(fā)送第一電動閥門關(guān)閉控制信號給第一電動閥門F1，發(fā)送第二電動閥門開啟控制信號給第二電動閥門F2,發(fā)送第一水泵啟動控制信號給第一水泵4,并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行等待步驟；
[0030]等待步驟:用于等待Λ T2時間，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行第二判斷步驟；
[0031]第二判斷步驟:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第三控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第三判斷步驟；所述Τ。大于Ta ；
[0032]第三判斷步驟:用于判斷T2是否大于Tb，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第一控制步驟；在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第二控制步驟；
[0033]第二控制步驟:用于利用外部熱量使室外管道內(nèi)部液體溫度升高，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行第四判斷步驟；
[0034]第四判斷步驟:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第三控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第二控制步驟啟動步驟；
[0035]第三控制步驟:用于發(fā)送第一水泵停止控制信號給第一水泵4，控制結(jié)束。
[0036]本發(fā)明所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)在常規(guī)太陽能集熱環(huán)路的換熱器2的兩側(cè)設(shè)置旁通環(huán)路，充分利用集熱器I內(nèi)的余熱來防凍，同時可防止凍壞換熱器2。第一控制器7通過第一溫度傳感器9和第二溫度傳感器10采集的溫度來控制第一電動閥門Fl和第二電動閥門F2狀態(tài)以及第一水泵4的運行情況，進(jìn)而控制旁通環(huán)路的運行，保證了室外管道內(nèi)的液體溫度處于較高水平，能夠防止室外管道的結(jié)冰。與常規(guī)的太陽能防凍控制系統(tǒng)相比，集熱環(huán)路內(nèi)防凍液濃度可降低為原來的50%，即防凍液用量可減少至原來用量的一半，提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0037]本發(fā)明所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法通過采集溫度信號并對溫度信號進(jìn)行判斷，對第一電動閥門Fl和第二電動閥門F2狀態(tài)以及第一水泵4進(jìn)行控制，進(jìn)而控制旁通環(huán)路的切換和運行，保證了室外管道內(nèi)的液體溫度處于較高水平，能夠防止室外管道的結(jié)冰。與常規(guī)的太陽能防凍控制系統(tǒng)相比，室外管道內(nèi)防凍液濃度可降低為原來的50%，即防凍液用量減少至原來用量的一半，提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為實施方式一所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的原理框圖；
[0039]圖2為實施方式七所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0040]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)包括集熱器1、換熱器2、蓄熱水箱3、膨脹水箱6、第一水泵4、第一控制器7、第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器10、第一電動閥門Fl、第二電動閥門F2和單向閥門F3 ；
[0041]集熱器I的出口通過室外管道與第一電動閥門Fl的一端連通，膨脹水箱6與室外管道連通,第一電動閥門Fl的一端還同時與第二電動閥門F2的一端連通,第一電動閥門Fl的另一端與換熱器2的一條通道的一端連通，該通道的另一端與單向閥門F3的入口連通，單向閥門F3的出口同時與第一水泵4的一端和第二電動閥門F2的另一端連通，第一水泵4的另一端與集熱器I的入口連通；[0042]第一溫度傳感器9設(shè)置在集熱器I的出口處，用于采集集熱器I出口的溫度，所述第一溫度傳感器9的溫度信號輸出端與第一控制器7的第一溫度信號輸入端連接；
[0043]第二溫度傳感器10設(shè)置在室外管道的內(nèi)部，用于采集室外管道內(nèi)部的液體溫度，所述第二溫度傳感器10的溫度信號輸出端與第一控制器7的第二溫度信號輸入端連接；
[0044]第一控制器7的第一水泵控制信號輸出端連接第一水泵4的控制信號輸入端，第一控制器7的第一閥門控制信號輸出端連接第一電動閥門Fl的控制信號輸入端，第一控制器7的第二閥門控制信號輸出端連接第二電動閥門F2的控制信號輸入端；
[0045]所述第一控制器7內(nèi)嵌入有軟件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，所述控制模塊包括:
[0046]溫度讀取裝置:用于每間隔時間Λ T1讀取并存儲第一溫度傳感器9發(fā)送的溫度信號T1和第二溫度傳感器10發(fā)送的溫度信號T2 ；
[0047]第一判斷裝置:用于判斷T2是否小于Ta，并在判斷結(jié)果為是時啟動第一控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第三控制裝置；Ta和Tb均為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Ta > TbS室外管道內(nèi)液體的冰點溫度；
[0048]第一控制裝置:用于發(fā)送第一電動閥門關(guān)閉控制信號給第一電動閥門Fl,發(fā)送第二電動閥門開啟控制信號給第二電動閥門F2,發(fā)送第一水泵啟動控制信號給第一水泵4 ；
[0049]等待裝置:用于維持第一控制器7的設(shè)定狀態(tài)Λ T2時間；
[0050]第二判斷裝置:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時啟動第三控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第三判斷裝置；所述Τ。為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Τ。大于Ta ；
[0051]第三判斷裝置:用于判斷T2是否大于Tb，并在判斷結(jié)果為是時啟動第一控制裝置；在判斷結(jié)果為否時啟動第二控制裝置；
[0052]第二控制裝置:用于利用外部熱量使室外管道內(nèi)部液體溫度升高；
[0053]第四判斷裝置:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時啟動第三控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第二控制裝置；
[0054]第三控制裝置:用于發(fā)送第一水泵停止控制信號給第一水泵4，并結(jié)束控制。
[0055]本實施方式中，第二溫度傳感器10設(shè)置在室外管道內(nèi)易結(jié)冰的地方。所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)充分利用真空管集熱器I內(nèi)的余熱，在常規(guī)太陽能集熱環(huán)路的換熱器2的兩側(cè)設(shè)置旁通環(huán)路，通過控制旁通環(huán)路的運行保證管內(nèi)液體溫度處于較高水平，能夠防止室外管道的結(jié)冰。
[0056]夜間無太陽輻射時，集熱環(huán)路處于靜止?fàn)顟B(tài)，管路內(nèi)液體溫度很快降低，當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅?0測得的溫度T2降低到設(shè)定溫度ΤΑ(ΤΑ為管內(nèi)液體冰點以上某一溫度，一般取冰點以上3?5°C)時，第一控制器7控制第一電動閥門Fl關(guān)閉、第二電動閥門F2開啟，同時控制第一水泵4啟動，由集熱器1、第二電動閥門F2和第一水泵4所構(gòu)成的旁通環(huán)路運行，集熱器I內(nèi)高溫液體流向室外管道，同時室外管道內(nèi)接近冰點的低溫液體流回集熱器I。運行一定時間后，第一控制器7控制第一水泵4停止運行，此時室外管道內(nèi)液體溫度T2處于較高水平。當(dāng)溫度T2再次降低到設(shè)定溫度Ta時，重復(fù)上述循環(huán)。當(dāng)集熱器I出口處溫度T1較低(如低于Ta)時，為了避免第一水泵4的頻繁啟停，旁通環(huán)路連續(xù)運行，只要室外管道內(nèi)液體溫度T2大于TB，則室外管道內(nèi)液體不會出現(xiàn)結(jié)冰。
[0057]極端天氣條件下，當(dāng)集熱器I出口溫度T1較低且T2接近溶液冰點溫度Tb時，采用上述防凍策略有結(jié)冰的可能性，此時需要開啟輔助防凍措施，輔助防凍措施可以選擇蓄熱水箱3內(nèi)高溫液體作為熱源反補室外集熱環(huán)路，該工況運行時間極短。
[0058]上述智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，充分利用了真空管集熱器I內(nèi)的余熱，保證了整個室外管道內(nèi)液體溫度處于較高水平，避免了室外管路的結(jié)冰。當(dāng)集熱環(huán)路內(nèi)液體為防凍液時，與常規(guī)的太陽能防凍控制系統(tǒng)相比，集熱環(huán)路內(nèi)防凍液濃度可降低為原來的50%，即防凍液用量可減少至原來用量的一半，提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0059]此外，上述智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)能夠使室外管道內(nèi)液體溫度高于室外環(huán)境溫度15°C以上，因此對于室外環(huán)境溫度在-10°C或以上的地區(qū)(大部分寒冷地區(qū))，完全可以用水來代替防凍液作為循環(huán)介質(zhì)而保證室外管路不結(jié)冰，整個控制過程中，第一水泵運行時間很短，耗電量少，進(jìn)一步提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0060]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式是對實施方式一所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實施方式中，所述的控制系統(tǒng)還包括第二水泵5、第二控制器8和第三溫度傳感器11 ；
[0061]換熱器2的另一條通道的一端與蓄熱水箱3的入水口連通，所述通道的另一端與第二水泵5的出水口連通，所述第二水泵5的入水口與蓄熱水箱3的出水口連通；
[0062]第一溫度傳感器9的溫度信號輸出端與第二控制器8的第一溫度信號輸入端連接，第三溫度傳感器11設(shè)置在蓄熱水箱3的出口處，用于采集蓄熱水箱3出口的溫度，所述第三溫度傳感器11的溫度信號輸出端與第二控制器8的第二溫度信號輸入端連接；第二控制器8的控制信號輸出端連接第二水泵5的控制信號輸入端，所述第二水泵5的控制信號輸入端還同時連接第一控制器7的第二水泵控制信號輸出端。
[0063]本實施方式中的蓄熱水箱3、第二水泵5和換熱器2構(gòu)成集熱環(huán)路。白天有太陽輻射時,T1大于T3,當(dāng)T1與T3的差值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的溫度差值(溫度差值一般取5?10°C)時，第二控制器8控制第一水泵4和第二水泵5同時啟動，此時，第一電動閥門Fl開啟，第二電動閥門F2關(guān)閉，集熱器I內(nèi)液體在集熱器1、換熱器2和第一水泵4構(gòu)成的集熱環(huán)路中流動，而蓄熱水箱3內(nèi)的水在第二水泵5、換熱器2和蓄熱水箱3構(gòu)成的環(huán)路內(nèi)流動，并在經(jīng)過換熱器2時，與集熱環(huán)路中的高溫液體進(jìn)行換熱，使蓄熱水箱3內(nèi)液體溫度升高。
[0064]在極端天氣條件下，需要啟動輔助防凍裝置時，蓄熱水箱3可用來實現(xiàn)熱源反補。熱源反補的原理為:第一控制器7控制第一電動閥門Fl開啟、第二電動閥門F2關(guān)閉，第二控制器8控制第一水泵4和第二水泵5同時啟動，集熱器I內(nèi)的低溫液體通過換熱器2與蓄熱水箱3內(nèi)的高溫水進(jìn)行熱量交換，集熱器I內(nèi)的液體溫度升高，起到室外管路防凍的作用，減小了防凍液的用量。
[0065]【具體實施方式】三:本實施方式是對實施方式一或二所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實施方式中，所述的第一控制器7采用繼電器實現(xiàn)。
[0066]【具體實施方式】四:本實施方式是對實施方式二所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實施方式中，所述的第二控制器8采用繼電器實現(xiàn)。
[0067]【具體實施方式】五:本實施方式是對實施方式一或二所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實施方式中，所述的第二控制裝置采用電伴熱帶或蓄熱水箱3熱源反補實現(xiàn)。
[0068]【具體實施方式】六:本實施方式是對實施方式一所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的進(jìn)一步限定，本實施方式中，所述的T。大于TA+3°C且小于Ta+5°C。
[0069]【具體實施方式】七:結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法是基于下述系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括集熱器1、換熱器2、蓄熱水箱3、膨脹水箱6、第一水泵4、第一控制器7、第一溫度傳感器9、第二溫度傳感器10、第一電動閥門Fl、第二電動閥門F2和單向閥門F3 ；
[0070]集熱器I的出口通過室外管道與第一電動閥門Fl的一端連通，膨脹水箱6與室外管道連通,第一電動閥門Fl的一端還同時與第二電動閥門F2的一端連通,第一電動閥門Fl的另一端與換熱器2的一條通道的一端連通，該通道的另一端與單向閥門F3的入口連通，單向閥門F3的出口同時與第一水泵4的一端和第二電動閥門F2的另一端連通，第一水泵4的另一端與集熱器I的入口連通；
[0071]第一溫度傳感器9設(shè)置在集熱器I的出口處，用于采集集熱器I出口的溫度，所述第一溫度傳感器9的溫度信號輸出端與第一控制器7的第一溫度信號輸入端連接；
[0072]第二溫度傳感器10設(shè)置在室外管道的內(nèi)部，用于采集室外管道內(nèi)部的液體溫度，所述第二溫度傳感器10的溫度信號輸出端與第一控制器7的第二溫度信號輸入端連接；
[0073]第一控制器7的第一水泵控制信號輸出端連接第一水泵4的控制信號輸入端，第一控制器7的第一閥門控制信號輸出端連接第一電動閥門Fl的控制信號輸入端，第一控制器7的第二閥門控制信號輸出端連接第二電動閥門F2的控制信號輸入端；
[0074]所述方法是由嵌入在第一控制器7內(nèi)的軟件實現(xiàn)的，所述方法包括以下步驟:
[0075]溫度讀取步驟:用于每間隔時間Λ T1讀取并存儲第一溫度傳感器9發(fā)送的溫度信號T1和第二溫度傳感器10發(fā)送的溫度信號T2 ；
[0076]第一判斷步驟:用于判斷T2是否小于ΤΑ，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第一控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第三控制步驟；Ta和Tb均為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Ta > TbS室外管道內(nèi)液體的冰點溫度；
[0077]第一控制步驟:用于發(fā)送第一電動閥門關(guān)閉控制信號給第一電動閥門F1，發(fā)送第二電動閥門開啟控制信號給第二電動閥門F2,發(fā)送第一水泵啟動控制信號給第一水泵4,并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行等待步驟；
[0078]等待步驟:用于等待Λ T2時間，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行第二判斷步驟；
[0079]第二判斷步驟:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第三控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第三判斷步驟；所述Τ。大于Ta ；
[0080]第三判斷步驟:用于判斷T2是否大于Tb，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第一控制步驟；在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第二控制步驟；
[0081]第二控制步驟:用于利用外部熱量使室外管道內(nèi)部液體溫度升高，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行第四判斷步驟；
[0082]第四判斷步驟:用于判斷T1是否大于Τ。，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第三控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第二控制步驟；
[0083]第三控制步驟:用于發(fā)送第一水泵停止控制信號給第一水泵4，控制結(jié)束。
[0084]本實施方式中，第二溫度傳感器10設(shè)置在室外管道內(nèi)易結(jié)冰的地方。所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，在白天集熱結(jié)束時，第一電動閥門Fl開啟，第二電動閥門F2關(guān)閉，第一水泵4不工作。隨著夜間室外環(huán)境溫度的降低，室外管道內(nèi)液體溫度T2逐漸降低，但是T1下降的速率明顯低于T2。當(dāng)溫度T2降低到設(shè)定溫度Ta (液體冰點以上某一溫度值)時，關(guān)閉第一電動閥門F1，開啟第二電動閥門F2，同時啟動第一水泵4，集熱器I內(nèi)的液體在由集熱器1、第二電動閥門F2和第一水泵4構(gòu)成的旁通環(huán)路開始循環(huán)流動。循環(huán)流動過程中室外管道內(nèi)的低溫液體進(jìn)入集熱器1，集熱器I內(nèi)的高溫液體流入室外管道，T2快速升高并接近!\。循環(huán)運行一定時間后(如10分鐘)，如果溫度T1高于T。(Tc為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Τ。大于ΤΑ)，則關(guān)閉第一水泵4，旁通環(huán)路停止循環(huán)流動，第一電動閥門Fl和開啟第二電動閥門F2的狀態(tài)保持不變。當(dāng)溫度T2再次降低到設(shè)定溫度Ta時，再次開啟第一水泵4重復(fù)上述循環(huán)?？刂葡到y(tǒng)只在必要時間歇循環(huán)防凍。
[0085]如果室外環(huán)境溫度比較低或受夜空輻射的影響比較大，集熱器I的散熱速率比較快，集熱器I內(nèi)液體溫度下降明顯。隨著集熱器I液體溫度的不斷降低和旁通循環(huán)運行次數(shù)的增加，當(dāng)某一次循環(huán)運行結(jié)束時可能會出現(xiàn)T1CTc的情況，此時則需要再次判斷溫度T2是否大于Tb，如果Τ2>ΤΒ，則室外管道內(nèi)液體處于循環(huán)流動時仍然不會出現(xiàn)結(jié)冰，此時系統(tǒng)處于連續(xù)循環(huán)防凍階段。[0086]在極端天氣條件下，當(dāng)連續(xù)運行一定時間后，如果出現(xiàn)Τ2〈ΤΒ，此時連續(xù)循環(huán)管內(nèi)液體也可能會逐漸結(jié)冰，因此需要考慮其它防凍措施。輔助防凍措施可以選取電伴熱帶或者利用水箱熱量反補室外管路。輔助防凍措施是為極端天氣條件而設(shè)，運行時間極少，正常情況下室外管路系統(tǒng)防凍通過上述間歇循環(huán)或連續(xù)循環(huán)等智能循環(huán)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0087]上述控制方法充分利用了真空管集熱器I內(nèi)的余熱，保證了整個室外管道內(nèi)液體溫度處于較高水平，避免了室外管路的結(jié)冰。當(dāng)集熱環(huán)路內(nèi)液體為防凍液時，與普通的太陽能防凍控制系統(tǒng)相比，防凍液濃度可降低至少50%，即防凍液用量減少了至少50%，提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0088]此外，上述智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)能夠使室外管道內(nèi)液體溫度高于室外環(huán)境溫度15°C以上，因此對于室外環(huán)境溫度在-10°C或以上的地區(qū)(大部分寒冷地區(qū))，完全可以用水來代替防凍液作為循環(huán)介質(zhì)而保證室外管路不結(jié)冰，整個控制過程中，水泵運行時間很短，耗電量少，進(jìn)一步提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
[0089]【具體實施方式】八:本實施方式是對實施方式七所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，本實施方式中，第二控制步驟所述的外部熱量來源為電伴熱帶或蓄熱水箱3。
[0090]【具體實施方式】九:本實施方式是對實施方式七所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法的進(jìn)一步限定，本實施方式中，:所述的T。大于TA+3°C且小于Ta+5°C。
【權(quán)利要求】
1.智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，包括集熱器(1)、換熱器(2)、蓄熱水箱(3)和膨脹水箱(6)，其特征在于:它還包括第一水泵(4)、第一控制器(7)、第一溫度傳感器(9)、第二溫度傳感器(10)、第一電動閥門(Fl)、第二電動閥門(F2)和單向閥門(F3); 集熱器(1)的出口通過室外管道與第一電動閥門(Fl)的一端連通，膨脹水箱(6)與室外管道連通，第一電動閥門(Fl)的一端還同時與第二電動閥門(F2)的一端連通,第一電動閥門(Fl)的另一端與換熱器(2)的一條通道的一端連通，該通道的另一端與單向閥門(F3)的入口連通，單向閥門(F3)的出口同時與第一水泵(4)的一端和第二電動閥門(F2)的另一端連通，第一水泵(4)的另一端與集熱器(1)的入口連通； 第一溫度傳感器(9 )設(shè)置在集熱器(1)的出口處，用于采集集熱器(1)出口的溫度，所述第一溫度傳感器(9)的溫度信號輸出端與第一控制器(7)的第一溫度信號輸入端連接；第二溫度傳感器(10)設(shè)置在室外管道的內(nèi)部，用于采集室外管道內(nèi)部的液體溫度，所述第二溫度傳感器(10)的溫度信號輸出端與第一控制器(7)的第二溫度信號輸入端連接；第一控制器(7)的第一水泵控制信號輸出端連接第一水泵(4)的控制信號輸入端，第一控制器(7)的第一閥門控制信號輸出端連接第一電動閥門(Fl)的控制信號輸入端，第一控制器(7)的第二閥門控制信號輸出端連接第二電動閥門(F2)的控制信號輸入端； 所述第一控制器(7)內(nèi)嵌入有軟件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，所述控制模塊包括:溫度讀取裝置:用于每間隔時間AT1讀取并存儲第一溫度傳感器(9)發(fā)送的溫度信號T1和第二溫度傳感器(10)發(fā)送的溫度信號T2 ； 第一判斷裝置:用于判斷1~2是否小于1\，并在判斷結(jié)果為是時啟動第一控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第三控制裝置；Ta和Tb均為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Ta > TbS室外管道內(nèi)液體的冰點溫度； 第一控制裝置:用于發(fā)送第一電動閥門關(guān)閉控制信號給第一電動閥門(F1)，發(fā)送第二電動閥門開啟控制信號給第二電動閥門(F2),發(fā)送第一水泵啟動控制信號給第一水泵(4)； 等待裝置:用于維持第一控制器(7)的設(shè)定狀態(tài)AT2時間； 第二判斷裝置:用于判斷1\是否大于T。，并在判斷結(jié)果為是時啟動第三控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第三判斷裝置；所述T。為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且T。大于Ta ； 第三判斷裝置:用于判斷1~2是否大于\，并在判斷結(jié)果為是時啟動第一控制裝置；在判斷結(jié)果為否時啟動第二控制裝置； 第二控制裝置:用于利用外部熱量使室外管道內(nèi)部液體溫度升高； 第四判斷裝置:用于判斷1\是否大于T。，并在判斷結(jié)果為是時啟動第三控制裝置，在判斷結(jié)果為否時啟動第二控制裝置； 第三控制裝置:用于發(fā)送第一水泵停止控制信號給第一水泵(4)，并結(jié)束控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，其特征在于:它還包括第二水泵(5 )、第二控制器(8 )和第三溫度傳感器(11); 換熱器(2)的另一條通道的一端與蓄熱水箱(3)的入水口連通，所述通道的另一端與第二水泵(5)的出水口連通，所述第二水泵(5)的入水口與蓄熱水箱(3)的出水口連通； 第一溫度傳感器(9)的溫度信號輸出端與第二控制器(8)的第一溫度信號輸入端連接，第三溫度傳感器(11)設(shè)置在蓄熱水箱(3)的出口處，用于采集蓄熱水箱(3)出口的溫度，所述第三溫度傳感器(11)的溫度信號輸出端與第二控制器(8)的第二溫度信號輸入端連接；第二控制器(8)的控制信號輸出端同時連接第一水泵(4)的控制信號輸入端和第二水泵(5)的控制信號輸入端，所述第二水泵(5)的控制信號輸入端還同時連接第一控制器(7)的第二水泵控制信號輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一控制器(7)采用繼電器實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的第二控制器(8)采用繼電器實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的第二控制裝置采用電伴熱帶或蓄熱水箱(3)熱源反補實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的T。大于Ta+3°C 且小于 Ta+5°C。
7.智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:該方法是基于下述系統(tǒng)實現(xiàn)的，所述系統(tǒng)包括集熱器(I)、換熱器(2)、蓄熱水箱(3)和膨脹水箱(6)，其特征在于:它還包括第一水泵(4)、第一控制器(7)、第一溫度傳感器(9)、第二溫度傳感器(10)、第一電動閥門(Fl)、第二電動閥門(F2)和單向閥門(F3); 集熱器(I)的出口通過室外管道與第一電動閥門(Fl)的一端連通，膨脹水箱(6)與室外管道連通，第一電動閥門(Fl)的一端還同時與第二電動閥門(F2)的一端連通,第一電動閥門(Fl)的另一端與換熱器(2)的一條通道的一端連通，該通道的另一端與單向閥門(F3)的入口連通，單向閥門(F3)的出口同時與第一水泵(4)的一端和第二電動閥門(F2)的另一端連通，第一水泵(4)的另一端與集熱器(I)的入口連通； 第一溫度傳感器(9 )設(shè)置在集熱器(I)的出口處，用于采集集熱器(I)出口的溫度，所述第一溫度傳感器(9)的溫度信號輸出端與第一控制器(7)的第一溫度信號輸入端連接；第二溫度傳感器(10)設(shè)置在室外管道的內(nèi)部，用于采集室外管道內(nèi)部的液體溫度，所述第二溫度傳感器(10)的溫度信號輸出端與第一控制器(7)的第二溫度信號輸入端連接；第一控制器(7)的第一水泵控制信號輸出端連接第一水泵(4)的控制信號輸入端，第一控制器(7)的第一閥門控制信號輸出端連接第一電動閥門(Fl)的控制信號輸入端，第一控制器(7)的第二閥門控制信號輸出端連接第二電動閥門(F2)的控制信號輸入端； 所述方法是由嵌入在第一控制器(7)內(nèi)的軟件實現(xiàn)的，所述方法包括以下步驟:溫度讀取步驟:用于每間隔時間AT1讀取并存儲第一溫度傳感器(9)發(fā)送的溫度信號T1和第二溫度傳感器(10)發(fā)送的溫度信號T2 ； 第一判斷步驟:用于判斷T2是否小于TA，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第一控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第三控制步驟；Ta和Tb均為預(yù)先設(shè)定好的溫度，且Ta > TbS室外管道內(nèi)液體的冰點溫度； 第一控制步驟:用于發(fā)送第一電動閥門關(guān)閉控制信號給第一電動閥門(F1)，發(fā)送第二電動閥門開啟控制信號給第二電動閥門(F2),發(fā)送第一水泵啟動控制信號給第一水泵(4)，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行等待步驟； 等待步驟:用于等待AT2時間，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行第二判斷步驟； 第二判斷步驟:用于判斷T1是否大于T。，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第三控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第三判斷步驟；所述T。大于Ta ； 第三判斷步驟:用于判斷T2是否大于Tb，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第一控制步驟；在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第二控制步驟； 第二控制步驟:用于利用外部熱量使室外管道內(nèi)部液體溫度升高，并在該步驟結(jié)束之后執(zhí)行第四判斷步驟； 第四判斷步驟:用于判斷1\是否大于T。，并在判斷結(jié)果為是時執(zhí)行第三控制步驟，在判斷結(jié)果為否時執(zhí)行第二控制步驟； 第三控制步驟:用于發(fā)送第一水泵停止控制信號給第一水泵(4)，控制結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:第二控制步驟所述的外部熱量來源為電伴熱帶或蓄熱水箱(3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能循環(huán)太陽能防凍控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述的Tc大于TA+3°C且小于TA+5°C。
【文檔編號】F24J2/40GK103940125SQ201410143144
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】姜益強, 劉慧芳, 董建鍇, 姚楊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)