CN109764564B - 一种能源***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源利用领域，公开一种能源***及其控制方法，能源***包括：太阳能集热器、热水器和中转换热器；方法包括：确定并根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；根据管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度；控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。本发明对导热阀门的开度进行调节，使导热介质在热水器和能量存储站之间合理流动，从而提高热水器的热量利用率。本发明使得用于传热的导热介质的流量合理，从而使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

Description

一种能源***及其控制方法

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，特别涉及一种能源***及其控制方法。

背景技术

能源是能够提供能量的资源，能源通常指热能、电能、光能、机械能、化学能等。热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置。热水器在将冷水变成热水时需要吸收热量，通常采用电能或燃气对热水器进行加热。太阳能集热器能够吸收太阳光，并产生热量，可以将太阳能集热器的热量传递给热水器使用。太阳能集热器与热水器之间通过管线中的导热介质传递热量，在传递过程中部分热量耗散于管路上，如此，使得造成热水器最终接收的热量和理论接收的热量存在偏差。如何使太阳能集热器的热量合理传递给热水器，减少因太阳能集热器和热水器之间的管线热量耗散对热水器的传热效果的影响，该问题有待于解决。

发明内容

本发明实施例提供了一种能源***及其控制方法，以解决如何控制太阳能集热器的热量合理传递给热水器，以减少因太阳能集热器和热水器之间的管线热量耗散对热水器的传热效果产生影响的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种能源***的控制方法，所述能源***包括：太阳能集热器、热水器和中转换热器，所述太阳能集热器与热水器之间通过中转换热器以热传导的形式连通，所述方法包括：

确定太阳能集热器的初始温度和热水器的初始温度；

根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；

根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度；

控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；

当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。

在一些可选实施例中，所述根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度，包括：

确定太阳能集热器与热水器之间的管线长度；

根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度。

在一些可选实施例中，所述根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度，包括：

计算太阳能集热器与热水器之间的管线长度L₁与预设长度L₀之间的差值△L；

当△L大于等于第一预设值小于第二预设值时，增加中转换热器的导热阀门的理论开度；

当△L小于第三预设值时，减小中转换热器的导热阀门的理论开度；

其中，第二预设值大于第一预设值，第一预设值大于第三预设值。

在一些可选实施例中，所述根据太阳能集热器和热水器的初始温度控制中转换热器的导热阀门的理论开度，包括：

计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T；

当△T₂小于等于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第一开度；

当△T₂大于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第二开度；

其中，第一开度大于第二开度。

在一些可选实施例中，所述第一开度为70％～100％，第二开度为40％～60％。

在一些可选实施例中，所述第四预设值为18～25。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种能源***，包括：

太阳能集热器，用于提供热量；

热水器，用于吸收热量；

中转换热器，串联在所述太阳能集热器与所述热水器之间，所述中转换热器具有用于控制导热介质流量的导热阀门；

控制器，用于控制所述中转换热器的导热阀门的开度。

在一些可选实施例中，能源***还包括控制器；所述控制器包括：

温度传感器，用于确定太阳能集热器的初始温度和热水器的初始温度；

第一确定单元，用于根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；

校正单元，用于根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度；

第一控制单元，用于控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；以及当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。

在一些可选实施例中，所述校正单元包括：

确定子单元，用于确定太阳能集热器与热水器之间的管线长度；

校正子单元，用于根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度。

在一些可选实施例中，所述第一控制单元具体包括：

计算子单元，用于计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T；

控制子单元，用于当△T小于等于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第一开度；当△T大于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第二开度；其中，第一开度大于第二开度。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过根据太阳能集热器和热水器的初始温度控制中转换热器的导热阀门的理论开度，根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度对导热阀门的理论开度进行校正，并当导热阀门在实际开度下达到第一时长时，再次调节导热阀门开度，当太阳能集热器和热水器之间的管线长度较长时，沿线损失的热量较多，对热水器最终接收的热量造成影响，通过以上控制方法对导热阀门开度进行调节，使得用于传热的导热介质的流量合理，从而使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的能源***的控制方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的能源***的结构示意图；

图3是根据另一示例性实施例示出的能源***的控制方法的流程图；

图4a是根据另一示例性实施例示出的能源***的控制方法的流程图；

图4b是根据另一示例性实施例示出的能源***的控制方法的流程图；

图5是根据一示例性实施例示出的能源***的控制器的结构框图；

图6是根据另一示例性实施例示出的能源***的控制器的结构框图；

图7是根据另一示例性实施例示出的能源***的控制器的结构框图；

图8是根据一示例性实施例示出的中转换热器的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

一种能源***的控制方法，如图2所示，能源***包括：太阳能集热器1011、热水器1021和中转换热器11，太阳能集热器1011与热水器1021之间通过中转换热器11以热传导的形式连通，如图1所示，方法包括：

S201、确定太阳能集热器的初始温度和热水器的初始温度；

S202、根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；

S203、根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度；

S204、控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；

S205、当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。

在S201中，可以通过温度传感器测定太阳能集热器和热水器的初始温度。在S202中，中转换热器的导热阀门用于控制导热介质在太阳能集热器与热水器之间的流通，当导热阀门开度增大时，导热介质的流速减小；当导热阀门开度减小时，导热介质的流速增大。在S203中，太阳能集热器和热水器之间设置有供导热介质流通的管道，在导热介质流经管道时，将产生热量损失，导致热水器实际接收的热量偏低，从而影响换热效果。根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度，对导热阀门的理论开度进行校正，得到实际开度。导热阀门在实际开度下，将降低或消除管线散热对热水器接收的热量带来的影响。在S205中，在导热阀门实际开度下达到第一时长时，管道温度由常温开始升高，直至温度比较平稳，在后续的传热过程中，管道散失的热量相对于第一时长内减小，导热阀门开度可以进一步变化，从而使得用于传热的导热介质的流量合理，使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

可选地，第一时长为3min～5min。在第一时长后，管道温度上升至平稳状态。可选地，二次校正中转换热器导热阀门的开度为将中转换热器导热阀门的实际开度减小5％～8％。示例性的，中转换热器导热阀门的实际开度为60％，二次校正后导热阀门的开度为60％-2％＝58％。

可以理解的是，热水器在加热时可以使用电能、燃气等方式进行加热，与太阳能集热器产生的热量配合，对热水器中的水进行加热。

可选地，如图2所示，太阳能集热器1011通过第一终端换热器1与中转换热器11以热传导形式连通，热水器1021通过第二终端换热器2与中转换热器11以热传导形式连通。第一终端换热器1用于吸收太阳能集热器1011产生的热量并将热量传递至中转换热器11，第二终端换热器2用于吸收中转换热器11中的热量，并将其传递至热水器1021。这样，有利于太阳能集热器1011的热量传递至热水器1021。

在本发明的一个实施例中，根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度，包括：

S301、确定太阳能集热器与热水器之间的管线长度；

S302、根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度。

在S301中，可以根据太阳能集热器与热水器之间的管线布局对管线长度进行计算，还可以根据对太阳能集热器和热水器的定位，计算管线长度。在本实施例中，通过对导热阀门的理论开度进行校正，使得用于传热的导热介质的流量合理，从而使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

在本发明的一个实施例中，如图4a所示，根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度，包括：

S401、计算太阳能集热器与热水器之间的管线长度L₁与预设长度L₀之间的差值△L；

S402、当△L大于等于第一预设值小于第二预设值时，增加中转换热器的导热阀门的理论开度；

其中，第二预设值大于第一预设值。

可选地，预设长度为5m。可选地，第一预设值为3，第二预设值为8。

在S401中，△L＝L₁-L₀，其中L₁为太阳能集热器与热水器之间的管线长度，L₀为预设长度。

可选地，当△L小于第一预设值时，保持导热阀门的理论开度。当△L小于第一预设值时，太阳能集热器和热水器之间不存在热量损失或热量损失很小可以忽略，此时可以保持导热阀门的理论开度。

在S402中，当△L大于等于第一预设值小于第二预设值时，太阳能集热器和热水器之间的管线长度超过了预设长度，存在热量损失的情况，故增加导热阀门的开度，补偿热量损失。

在本发明的一个实施例中，如图4b所示，根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度，包括：

S401、计算太阳能集热器与热水器之间的管线长度L₁与预设长度L₀之间的差值△L；

S403、当△L小于第三预设值时，减小中转换热器的导热阀门的理论开度；

其中，第一预设值大于第三预设值。

△L小于第三预设值表示第一热水器与中转换热器之间的管线长度较短，没有超过预设长度，如果控制导热阀门按照实际开度运行，则热水器供热过量，多余的热量并不能被交换给热水器，因此应减小中转换热器的导热阀门的理论开度。可选地，第三预设值为-2。可选地，当△L小于第三预设值时，将中转换热器的导热阀门的理论开度减小3％～5％。这样，通过差值△L与第一预设值、第二预设值和第三预设值的比较，校正导热阀门的开度，使热水器得到热量补偿，避免影响太阳能集热器和热水器之间的热量传递效率。

在本发明的一个实施例中，根据太阳能集热器和热水器的初始温度控制中转换热器的导热阀门的理论开度，包括：

计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T；

当△T小于等于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第一开度；

当△T大于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第二开度；

其中，第一开度大于第二开度。

在本发明的一个实施例中，第一开度为70％～100％，第二开度为40％～60％。

在本发明的一个实施例中，第四预设值为18～25。

在本实施例中，当太阳能集热器和热水器之间的温差较小时，将中转换热器的导热阀门的开度设置为第一开度，以增加导热介质的流量，使热水器能够接收充足的热量；当太阳能集热器和热水器之间的温差较大时，将中转换热器的导热阀门的开度设置为第一开度，以减小导热介质的流量，热水器也能够接收到适当的热量。这样，不仅可以为导热阀门设置合适的理论开度，还能基于该理论开度，结合管线长度进行开度校正，从而使得用于传热的导热介质的流量合理，使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

一种能源***，如图2所示，包括：

太阳能集热器1011，用于提供热量；

热水器1021，用于吸收热量；

中转换热器11，串联在太阳能集热器1011与热水器1021之间，中转换热器11具有用于控制导热介质流量的导热阀门；

控制器，用于控制所述中转换热器11的导热阀门的开度。

在一种可选的实施例中，太阳能集热器1011通过第一终端换热器1与中转换热器11以热传导形式连通，热水器1021通过第二终端换热器2与中转换热器11以热传导形式连通，第一终端换热器1和第二终端换热器2均具有进液管141和出液管142(即，一组连通管路组14)，通过两根管路与中转换热器11的换热装置连通，太阳能集热器1011、热水器1021与中转换热器11之间通过各自的导热介质循环通路进行热量转换。

本发明实施例的中转换热器11中，中转换热器11的吸热端111连通至太阳能集热器1011时，放热端112连通至热水器，太阳能集热器1011通过中转换热器11向热水器1021供给热量。

可选地，如图8所示，中转换热器11，包括：

吸热端111，用于连通至太阳能集热器1011；

放热端112，用于连通至热水器1021；

单向导热装置120，吸热端111和放热端112设置在单向导热装置120的两端。

在一种可选的实施例中，中转换热器11的吸热端111具体采用换热装置，如，板式换热器、蒸发器或者换热盘管等。放热端112具体采用换热装置，如，板式换热器，冷凝器，或者，换热盘管等。

在一种可选的实施例中，太阳能集热器1和热水器2具体采用换热装置，如，板式换热器、蒸发器或者换热盘管等。

在本实施例中，单向导热装置120实现将吸热端111的热量(强制)交换至放热端112。具体可以采用冷媒换热器或者半导体温度调节器。

在一种可选的实施例中，冷媒换热器包括蒸发器121、压缩机(图未示)、冷凝器122和膨胀阀(图未示)，四者连接构成换热回路。中转换热器11包括两个绝热保温设置的吸热腔室113和放热腔室114；蒸发器121与中转换热器11的吸热端111相对设置，并设置在吸热腔室113中；冷凝器122与中转换热器11的放热端112相对设置，并设置在放热腔室114中。

在本发明的一个实施例中，如图5所示，控制器400包括：

温度传感器410，用于确定太阳能集热器的初始温度和热水器的初始温度；

第一确定单元420，用于根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；

校正单元430，用于根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度；

第一控制单元440，用于控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；以及当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。

在本实施例中，控制器400通过温度传感器410确定太阳能集热器和热水器的初始温度，第一确定单元420根据温度传感器410的检测结果确定导热阀门的理论开度，校正单元440根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度对理论开度进行校正，第一控制单元440在管线温度上升并稳定后，二次校正导热阀门的开度。这样，使得用于传热的导热介质的流量合理，使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，校正单元430包括：

确定子单元431，用于确定太阳能集热器与热水器之间的管线长度；

校正子单元432，用于根据太阳能集热器与热水器之间的管线长度和预设长度，校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度。

在本实施例中，校正单元430根据管线长度和预设长度对导热阀门的理论开度进行校正，使导热阀门的开度更加合理，从而使太阳能集热器能够提供适当的热量，减少太阳能集热器因管线耗散热量对热水器的传热效果的影响。

在本发明的一个实施例中，如图7所示，第一控制单元440具体包括：

计算子单元441，用于计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T；

控制子单元442，用于当△T小于等于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第一开度；当△T大于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第二开度；其中，第一开度大于第二开度。

在本实施例中，第一控制单元440通过计算子单元441计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T，控制子单元442根据差值△T与第四预设值的大小关系，控制导热阀门的开度。这样，能够得到导热阀门的理论开度。

通过温度传感器分别确定太阳能集热器和热水器的温度情况，第一控制单元440根据太阳能集热器和热水器的初始温度控制导热阀门开度，第二控制单元450根据太阳能集热器和热水器的温度变化情况调节导热阀门开度。这样，使导热阀门开度合理，进而使得用于传热的导热介质的流量合理，从而使太阳能集热器能够提供适当的热量给热水器。

关于上述实施例装置，其中各个单元执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不作详细阐述说明。

本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种能源***的控制方法，其特征在于，所述能源***包括：太阳能集热器、热水器和中转换热器，所述太阳能集热器与热水器之间通过中转换热器以热传导的形式连通，所述方法包括：

确定太阳能集热器的初始温度和热水器的初始温度；

根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；

计算太阳能集热器与热水器之间的管线长度L₁与预设长度L₀之间的差值△L；当△L大于等于第一预设值小于第二预设值时，增加中转换热器的导热阀门的理论开度；当△L小于第三预设值时，减小中转换热器的导热阀门的理论开度；其中，第二预设值大于第一预设值，第一预设值大于第三预设值；控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；

当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。

2.根据权利要求1所述的能源***的控制方法，其特征在于，所述根据太阳能集热器和热水器的初始温度控制中转换热器的导热阀门的理论开度，包括：

计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T；

当△T₂小于等于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第一开度；

当△T₂大于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第二开度；

其中，第一开度大于第二开度。

3.根据权利要求2所述的能源***的控制方法，其特征在于，所述第一开度为70％～100％，第二开度为40％～60％。

4.根据权利要求2所述的能源***的控制方法，其特征在于，所述第四预设值为18～25。

5.一种能源***，其特征在于，包括：

太阳能集热器，用于提供热量；

热水器，用于吸收热量；

中转换热器，串联在所述太阳能集热器与所述热水器之间，所述中转换热器具有用于控制导热介质流量的导热阀门；

控制器，用于控制所述中转换热器的导热阀门的开度，具体包括：

温度传感器，用于确定太阳能集热器的初始温度和热水器的初始温度；

第一确定单元，用于根据太阳能集热器和热水器的初始温度确定中转换热器的导热阀门的理论开度；

校正单元，用于根据太阳能集热器和热水器之间的管线长度校正中转换热器的导热阀门的理论开度，得到实际开度，具体包括：确定子单元，用于确定太阳能集热器与热水器之间的管线长度；校正子单元，用于计算太阳能集热器与热水器之间的管线长度L₁与预设长度L₀之间的差值△L；当△L大于等于第一预设值小于第二预设值时，增加中转换热器的导热阀门的理论开度，当△L小于第三预设值时，减小中转换热器的导热阀门的理论开度；其中，第二预设值大于第一预设值，第一预设值大于第三预设值；

第一控制单元，用于控制中转换热器的导热阀门达到实际开度；以及当中转换热器的导热阀门在实际开度下达到第一时长时，二次校正中转换热器导热阀门的开度。

6.如权利要求5所述的能源***，其特征在于，所述第一控制单元具体包括：

计算子单元，用于计算太阳能集热器的初始温度t₁与和热水器的初始温度T₁的差值△T；

控制子单元，用于当△T小于等于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第一开度；当△T大于第四预设值时，将对应的放热端的导热阀门设置为第二开度；其中，第一开度大于第二开度。

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