光伏多级复合热储水净化装置

1.本实用新型涉及一种高层户用的光伏多级复合热储水净化装置，尤其是一种多品味热能复合利用的洗浴净化一体化设备，属于电气工程新能源领域。


背景技术：

2.随着世界能源需求不断增长,可再生能源的开发和利用早已成为人们研究重点。特别是近年来，我国城镇化高层建筑的大幅度增加，无疑增大了供水功耗以及电梯功耗，另外高层建筑充足的日照资源，特别是夏秋两季日晒时间长，使得住户室温增加，无疑增加空调等制冷设备运行时间和能耗，合理开发利用高层建筑充足日照能源，是解决高层建筑能耗增加的有效途径。目前高层建筑普遍采用集热板加热洗浴或者小功率光伏发电两种能源使用形式，高层集热板洗浴加热，减少了传统电热水器电能消耗，但洗浴所需能量相对较小，户用集热板面积一般2m2左右，大面积的高层前墙以及阳台仍然在灼热阳光下，导致室内温升；小型光伏发电系统，同样存在大面积能源浪费问题，还必须借助蓄电池和逆变器辅助为负载供电，运行维护复杂，如何减少高层建筑日晒面积以及合理使用光伏能源是降低高层建筑能耗的关键；另外随着生活水平提高，户用净水机已进入到千家万户，其核心设备为异步单相电机和高压泵，因高层建筑提供原水水压相对较低，使得高压泵功耗增加，同时还存在频繁起动问题，为此如何实现太阳热储、净化供水以及洗浴一体化，加大集热板组数量，真正降低高层建筑日晒面积，切实缓解高层建筑能源压力。


技术实现要素：

3.本实用新型目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种光伏多级复合热储水净化装置，其特征是，包括光伏集热储能、热泵淡化净水、废热回收洗浴和主控单元四部分，具有净水储能模式、净水供需模式、热水供需模式三种工作模式，三种工作模式由用户设定和全自动设定两种形式；所述光伏集热储能包括12块集热板、滑道、伺服电机、油回路、油路自动阀和封装柜，所述集热板外敷蓝钛材料，内设铜质油管，吸收太阳能量，加热铜管内液压油，集热板上下设置锥形凹槽阀和滑轮，与油路自动阀一起，构成集热板的热插拔结构；所述滑道为集热板伸展和收缩移动轨道，内部设置油回路和油路自动阀；所述油回路内置在集热板和上下两滑道内，包括热油回路与冷油回路，热油回路和热泵淡化净水部分相连，冷油回路与废热回收洗浴部分相连；所述油路自动阀包括锥形溢出接头和伸缩簧，锥形溢出接头在集热板锥形凹槽阀的推动作用下收缩，油路中高压油从锥形溢出接头四周进入集热板内油路，所述伸缩簧与滑道以及锥形溢出接头相连，伸缩位移变化产生弹簧力，用于开通与关断集热板和上、下滑道的油回路；所述伺服电机为集热板收缩和伸展的驱动机构，根据主控制单元指令驱动集热板运动至滑道收集太阳能；所述热泵淡化净水包括高热储、加热丝、流量阀门、液压马达、高压泵、膜净化组件和净水罐，所述高热储内部设置加热丝、高储压力传感器、高储温度传感器，用于储存来自于光伏集热板内的吸收太阳热能压力和温度升高的高压热油，通过油路与液压马达相连；所述加热丝位于高热储内部，在高热储内液压
油压力不能驱动液压马达工作时，加热补充液压油能量；所述液压马达为膜净化驱动设备，是高压热油能和机械能转化设备，机械输出轴与高压泵输入机械轴刚性联结，输出力矩由流量阀门控制；所述高压泵与户用原水管路联结，将管路内原水加压至优化设定压力，送至膜净化组件中净化，优化设定压力由主控制单元设定，并由流量阀门和液压马达共同控制；所述膜净化组件是净水转化核心部件，前置压力传感器，后置流量传感器，淡化净水送至净水罐，罐内设置液位传感器，监测净水水量；所述废热回收洗浴包括废热储、洗浴腔、废热控制阀、废热温度传感器，所述废热储回收液压马达排出废热油，为洗浴腔室内冷水加热，内设废热温度传感器，检测废热储温度；所述废热控制阀，位于高热储和废热储之间的油管路上，调控洗浴时间段内的废热储温度，确保洗浴水温度；所述主控单元包括人机交互键盘和主控cpudsp28335，根据实时检测传感器信息和键盘输入，控制集热板工作数量、废热控制阀以及流量阀门，确保热泵淡化净水以及废热回收洗浴的高效工作。
4.本发明的有益效果是：
5.1)多组集热板可根据季节和光照选择伸展数量，恶劣天气时全部收缩至封装柜内，既有效降低了高层户日晒面积，同时也提高了高层建筑安全性；
6.2)采用多品味热能复合利用原则，高压液压油驱动液压马达转化成机械输出转矩，液压马达排出后的废热油由中热储回收，对洗浴腔室内冷水加热，实现能源的二次利用，提高了能源利用率；
7.3)采用高热储、液压泵、高压泵以及净化模组一体化的户用光伏净水系统，自动运行在净化效率最大化模式，确保净化膜组恒压高效运行，降低了净化膜组功耗，提高了净化膜组使用寿命，已改传统净水设备高压泵和异步机频繁起停，以及净化功耗大等问题。
附图说明
8.图1本实用新型光伏多级复合热储水净化装置的光伏集热储能放置及结构图。
9.图2本实用新型光伏多级复合热储水净化装置油路自动阀和锥形凹槽阀结构图。
10.图3本实用新型光伏多级复合热储水净化装置结构图。
11.图4本实用新型光伏多级复合热储水净化装置主控单元结构图。
12.图中：1
‑
光伏集热储能，2
‑
集热板，3
‑
上滑道，4
‑
下滑道，5
‑
封装柜，6
‑
伺服电机，7
‑
油回路，8
‑
滑轮，9
‑
油路自动阀，10
‑
伸缩簧，11
‑
锥形溢出接头，12
‑
锥形凹槽阀，13
‑
高热储,14
‑ꢀ
废热储，15
‑
洗浴腔，16
‑
液压马达，17
‑
高压泵，18
‑
净化膜组件，19
‑
净水罐，20
‑
高压原水罐， 21
‑
压力传感器，22—流量传感器，23
‑
流量阀门，24
‑
高储压力传感器，25
‑
高储温度传感器， 26
‑
废热控制阀，27
‑
废热温度传感器，28
‑
流量阀，29
‑
隔热板，30
‑
热水阀，31
‑
洗浴热水口， 32
‑
原水进入口，33
‑
废水排出口，34
‑
加热丝，35
‑
dsp28335，36
‑
伺服驱动器，37
‑
人机交互键盘，38
‑
液位传感器。
具体实施方式
13.下面结合附图，对本实用新型做进一步详细说明。
14.如图1、图2所示，本实用新型光伏多级复合热储水净化装置包括光伏集热储能、热泵淡化净水、废热回收洗浴和主控单元四部分，具有净水储能模式、净水供需模式、热水供需模式三种工作模式，三种工作模式由用户设定和全自动设定两种形式；所述光伏集热储
能包括12块集热板2、滑道(3,4)、伺服电机6、油回路7、油路自动阀9和封装柜5，所述集热板外敷蓝钛材料，内设铜质油管，吸收太阳能量，加热铜管内液压油，集热板上下设置锥形凹槽阀12和滑轮8，与油路自动阀9一起，构成集热板的热插拔结构；所述滑道为集热板伸展和收缩移动轨道，内部设置油回路7和油路自动阀9；所述油回路内置在集热板和上下两滑道内，包括热油回路与冷油回路，热油回路和热泵淡化净水部分相连，冷油回路与废热回收洗浴部分相连；所述油路自动阀9包括锥形溢出接头11和伸缩簧10，锥形溢出接头在集热板锥形凹槽阀12的推动作用下收缩，油路中高压油从锥形溢出接头11四周进入集热板内油路，所述伸缩簧10与滑道以及锥形溢出接头11相连，伸缩位移变化产生弹簧力，用于开通与关断集热板和上、下滑道的油回路；所述伺服电机6为集热板收缩和伸展的驱动机构，根据主控制单元指令驱动集热板运动至滑道收集太阳能；所述热泵淡化净水包括高热储13、加热丝34、流量阀门23、液压马达6、高压泵17、净化膜组件18和净水罐19，所述高热储 13内部设置加热丝34、高储压力传感器24、高储温度传感器25，用于储存来自于光伏集热板内的吸收太阳热能压力和温度升高的高压热油，通过油路与液压马达6相连；所述加热丝 34位于高热储13内部，在高热储13内液压油压力不能驱动液压马达6工作时，加热补充液压油能量；所述液压马达6为膜净化驱动设备，是高压热油能和机械能转化设备，机械输出轴与高压泵17输入机械轴刚性联结，输出力矩由流量阀门23控制；所述高压泵17与户用自来水管路联结，将管路内自来水加压至优化设定，送至反渗透膜中净化，优化设定由主控制单元根据算法设定，并由流量阀门23和液压马达6共同控制；所述净化膜组件18是净水转化核心部件，前置压力传感器21，后置流量传感器22，淡化净水送至净水罐19，罐内设置液位传感器38，监测净水水量；所述废热回收洗浴包括废热储14、洗浴腔15、废热控制阀 26、废热温度传感器27，所述废热储回收存储液压马达6排出废热油，为洗浴腔15室内冷水加热，内设废热温度传感器27，检测废热储温度；所述废热控制阀26，位于高热储13和废热储14之间的油管路上，调控洗浴时间段内的废热储温度，确保洗浴水温度；所述主控单元包括人机交互键盘37和主控cpudsp2833355，根据实时检测传感器信息和键盘输入，控制集热板工作数量、废热控制阀以及流量控制阀，确保热泵淡化净水以及废热回收洗浴的高效工作。
15.光伏多级复合热储水净化装置的控制方法包括人机交互键盘人为设定和全自动设定两种工作模式设定方法，其中，人为设定具有净水储能模式、净水供需模式和热水供需模式三种工作模式选择；全自动设定具有净水储能模式、净水供需模式两种工作模式选择，判定指标为高热储内温度th和液位传感器h，当h满足[h
m
,h
h
]同时th满足[th
min
,th
max
]时，系统工作在净水储能模式，其中h
m
为净水中间高度值，h
h
为净水最高高度，th
min
,th
max
分别为高热储内最低和最高温度值；当h≤h
m
，系统工作在净水供需模式；集热板数量由用户经由人机交互键盘设定，主控单元根据季节限定设置，春冬两季设置数量范围为[5,10]，夏秋两季设置数量范围为[4,12]，控制方法包括以下步骤：
[0016]
步骤一，净水储能模式，控制目标为净化效率最大化，废热回收为辅助，伺服电机根据设定数量将集热板均匀布置在滑道上，作为高层户用窗帘，减少用户日晒，太阳能加热油压p升高，在p≥p
lim
时油路上单向阀打开，其中p
lim
为单向阀开通最低值，液压油高温存储在高热储内，流量阀门控制液压泵输出转矩，驱动高压泵将管路自来水升压，淡化净水，控制膜前侧压力传感器的压力输出时刻为膜高效净化的压力参考值p
opt
，采用pi控制策略，设定流量阀门开度为u
pi
＝k
1 e1+k2∫e1dt，其中k1,k2为控制器参数，e＝p
opt
‑
p，同时引入自适应
参数补偿控制，首先设置压力调整虚拟变量控制器系数自适应率为其中γ1为控制系数，其中γ2为控制系数，流量阀门开度调整量为δu
pi
＝δk1e1+δk2∫e1dt，膜净化高效工作所需阀门开度为u＝u
pi
+δu
pi
；液压马达在驱动高效净水过程中排出的废热油，汇总至中热储，加热洗浴腔室内冷水，实现废热回收利用；随着高热储内液压油压力降低，无法驱动膜高效净化时，流量控制阀关闭，集热板内高热液压油继续存储。
[0017]
步骤二，净水供需模式，以净化流量最大化为目标，废热回收为辅助，确保净水供应；液压泵由流量阀门控制输出转矩，驱动高压泵将管路中自来水升压，净化储存，控制膜后侧流量传感器的流量时刻为膜最高排出流量f
max
，采用pi控制策略设定流量阀门开度为u
pif
＝ k3e2+k4∫e2dt，其中k3,k4为控制器参数，e2＝f
max
‑
f，同时引入自适应参数补偿控制，首先设置流量调整虚拟变量控制器参数调整自适应率为其中γ3和γ4为控制系数，流量阀门开度调整量为δu
pif
＝δk3e2+δk4∫e2dt，膜净化最大流量输出所需阀门开度为u
f
＝u
pif
+δu
pif
，由液压马达排出的废热油，汇总至中热储储存，加热洗浴腔室内冷水，实现废热回收利用；当高热储内液压油没有足够能量，驱动最大流量净化时，起动高热储内的加热丝，加热液压油，确保净水输出。
[0018]
步骤三，热水供需模式，流量阀门关闭，净水处理停止，废热控制阀开通，高热储向中热储内注入高品位热油，以中热储温度设定tl
ref
为目标，基于中热储温度传感器反馈输入温度tl，采用传统pid控制策略，调控进入中热储内的热油流量，确保洗浴腔内水温满足需要，此时液压油油回路为集热板、高热储和中热储，当此循环无法满足洗浴温度时，起动加热丝辅助加热，确保洗浴用水水温。