专利名称：太阳能集热装置的检测及控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能热应用技术领域，具体涉及一种太阳能集热装置的检测及控制系统。
背景技术：
随着世界人口的增加以及人们对能源依赖程度的增加，能源问题已成为世界重大战略问题。对于中国而言，能源问题更是不容忽视。近年来受石油价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视。在众多的可再生资源中，最理想 的是太阳能，与其他可再生资源相比，其有取之不尽用之不竭的优点。太阳能的应用领域非常广泛，但最终可归结于太阳能热利用和光利用两个方面。太阳能集热检测与控制主要是对导热油的温度、流量、压力以及水的温度、流量予以检测与控制。特别是对导热油温度的检测，必须选择合适精确的仪器，能够抗高温、抗腐蚀。利用热电偶对高温导热油予以检测，具有稳定性好，精度高，抗氧化性高，价格便宜等优点。差压式流量计中的弯管流量计用于检测高温导热油的流量，具有耐高温、高压、耐磨损、免维护，可在潮湿的环境下工作的优点。弹簧管压力计检测导热油罐中的压力，避免压力过大致使油罐爆炸。目前该领域尚未结合先进检测与控制手段，仅存在一些简单、原始的测量方式，因此，其应用效果还不理想，对于太阳能热利用率的提高上有一定的困难，甚至存在一些安全隐患。为了克服现有技术的弱点，应用先进的太阳能检测方案，结合先进的工业控制技术，提出一类针对太阳能集热系统运行安全、性能优化、能源利用率高的新技术。本专利公布了一种太阳能集热系统的测控技术，它运用合适的仪器对集热与传热过程参数予以检测，使太阳能热利用实践于更多的负载中去，提高可再生能源的充分利用。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种太阳能集热装置的检测及控制系统。本实用新型包括聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块、供电通讯控制模块；聚光集热模块与导热油储热模块双向连通，导热油储热模块与多级换热模块双向连通，多级换热模块与负载双向连通，供电通讯控制模块与聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载双向连通，同时为聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块供电；其中聚光集热模块与导热油储热模块、导热油储热模块与多级换热模块、多级换热模块与负载的双向连通均充分运用了原料的循环利用。本实用新型的聚光集热模块、导热油储热模块包括集热槽、第一截止阀、第一流量变送器、第一流量控制器、第一调节阀、第一泵、导热油罐、第一温度变送器、第一温度控制器、第一压力控制器、第一压力变送器、第二调节阀、泄压阀、第二温度控制器、第二温度变送器、第三调节阀。集热槽一端与第一截止阀一端连接，第一截止阀另一端同时与第一流量变送器、第一流量控制器的一端连接，第一流量控制器另一端与第一调节阀一端连接，第一流量变送器另一端与第一调节阀另一端连接，第一调节阀的第三端与第一泵一端连接，第一泵另一端与导热油罐第一出油口连接，第一温度变送器一端与导热油罐第一检测口连接，第一温度变送器另一端与第一温度控制器一端连接，第一温度控制器另一端同时与第一压力控制器、第二调节阀的一端连接，第二调节阀另一端与导热油罐第二检测口连接，第一压力控制器另一端与第一压力变送器一端连 接，第一压力变送器另一端与第二调节阀第三端连接，导热油罐高温油入口与第二温度变送器、第二温度控制器一端连接，第二温度控制器另一端与第三调节阀一端连接，第三调节阀另一端与集热槽另一端连接，第三调节阀第三端与第二温度变送器另一端连接，泄压阀与导热油罐第三检测口连接；多级换热模块、负载模块包括第二泵、第三温度变送器、第三温度控制器、第二截止阀、第二流量变送器、第二流量控制器、第四调节阀、第三截止阀、第三泵、负载、第五调节阀、第三流量控制器、第三流量变送器、第四温度控制器、第四温度变送器、换热器。导热油罐第二出油口与第二泵一端连接，第二泵另一端与第三温度变送器一端连接，第三温度变送器另一端与第三温度控制器一端连接，第三温度控制器另一端与第二截止阀一端连接，第二截止阀另一端同时与第二流量变送器、第二流量控制器的一端连接，第二流量控制器另一端与第四调节阀一端连接，第二流量变送器另一端与第四调节阀另一端连接，第四调节阀第三端与换热器第一热油入口连接；换热器第一热水出口与第四温度变送器一端连接，第四温度变送器另一端与第四温度控制器一端连接，第四温度控制器另一端同时与第三流量控制器、第三流量变送器一端连接，第三流量控制器另一端与第五调节阀一端连接，第三流量变送器另一端与第五调节阀另一端连接，第五调节阀第三端与负载一端连接，负载另一端与第三泵一端连接，第三泵另一端与第三截止阀一端连接，第三截止阀另一端与换热器第一冷水入口连接，换热器第一冷油出口与导热油罐油入口端连接。供电通讯控制模块包括集热物理量检测单元、换热物理量检测单元、多路转换器、A/D转换单元、微处理器、D/A转换单元、PLC控制单元、数字通信单元、LED显示单元、报警处理单元。集热物理量检测单元具体包括第一热电偶、第二热电偶、第一流量计、第一压力计；换热物理量检测单元具体包括第三热电偶、第四热电偶、第二流量计、第三流量计。所述的集热物理量检测单元的检测对象为集热槽的入口油温、出口油温、入口油流量、油罐内压；换热物理量检测单元的检测对象为换热器的入口油温、出口水温、入口油流量、出口水流量；集热物理量检测单元的第一热电偶的一端与集热槽入口油温检测端连接，第二热电偶的一端与集热槽出口油温检测端连接，第一流量计的一端与集热槽入口油流量检测端连接，第一压力计的一端与导热油罐的第二检测口端连接；换热物理量检测单元的第三热电偶的一端与换热器的第一热油入口端连接检测入口油温，第四热电偶的一端与换热器的第一热水出口端连接检测出口水温，第二流量计的一端与换热器的第一热油入口端连接检测入口油流量，第三流量计的一端与换热器的第一热水出口端连接检测出口水流量；同时，第一热电偶、第二热电偶、第一流量计、第一压力计、第三热电偶、第四热电偶、第二流量计、第三流量计的另一端均与多路转换器连接，多路转换器与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微处理器连接，D/A转换单元、数字通信单元、LED显示单元、报警处理单元均与微处理器连接，PLC控制单元与D\A转换单元连接。本实用新型有益效果如下(I)为太阳能集热与流体换热过程的物理量提供了具体的检测方案，其中，典型的给出了高温导热油检测方案，包括导热油流量、压力的检测；(2)为太阳能集 热与流体换热过程的物理量提供了相应的PLC控制；(3)系统布局合理、紧凑、具有很强的扩充性，对于集热的应用可作出相应的扩展，可应用与发电、海水淡化、热水器等。因此，本实用新型为太阳能集热过程的参数检测提供了全面具体的可行性方案，为太阳能集热检测与控制系统的工程实施方案搭建了平台，将热能的传递过程具体化，提高了整个系统的热能利用率。
图I为本实用新型示意框图。图2为本实用新型中部分模块原理示意图。图3为本实用新型多级换热模块原理示意图。图4为本实用新型供电通讯控制模块原理示意框图。图中，集热槽I、第一截止阀2、第一流量变送器3、第一流量控制器4、第一调节阀
5、第一泵6、导热油罐7、第一温度变送器8、第一温度控制器9、第一压力控制器10、第一压力变送器11、第二调节阀12、泄压阀13、第二温度控制器14、第二温度变送器15、第三调节阀16、第二泵17、第三温度变送器18、第三温度控制器19、第二截止阀20、第二流量变送器21、第二流量控制器22、第四调节阀23、第三截止阀24、第三泵25、负载26、第五调节阀27、第三流量控制器28、第三流量变送器29、第四温度控制器30、第四温度变送器31、换热器32。
具体实施方式
下面结合本实用新型做进一步说明。如图I所示，太阳能集热装置的检测及控制系统，包括聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块、供电通讯控制模块；聚光集热模块与导热油储热模块双向连通，导热油储热模块与多级换热模块双向连通，多级换热模块与负载双向连通，供电通讯控制模块与聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载双向连通，同时为聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块供电；其中聚光集热模块与导热油储热模块、导热油储热模块与多级换热模块、多级换热模块与负载的双向连通均充分运用了原料的循环利用。供电通讯控制模块为聚光集热模块供电，驱动太阳能集热槽运行，聚光集热模块对导热油罐中的导热油加热，检测导热油在加热过程中的温度与流量参数并反馈于供电通讯控制模块；加热到一定温度的导热油存储于导热油储热模块，检测导热油储热模块的温度与压力参数并反馈于供电通讯控制模块；同时供电通讯控制模块对多级换热模块给予供电，存储的热能进入到多级换热模块，检测换热过程中的温度与流量参数并反馈于供电通讯控制模块；经过多级换热模块的热能应用于相应的负载，实现太阳能集热应用。如图2所示，本实用新型的聚光集热模块、导热油储热模块包括集热槽I、第一截止阀2、第一流量变送器3、第一流量控制器4、第一调节阀5、第一泵6、导热油罐7、第一温度变送器8、第一温度控制器9、第一压力控制器10、第一压力变送器11、第二调节阀12、泄压阀13、第二温度控制器14、第二温度变送器15、第三调节阀16。集热槽I 一端与第一截止阀2 —端连接,第一截止阀2另一端同时与第一流量变送器3、第一流量控制器4的一端连接， 第一流量控制器4另一端与第一调节阀5—端连接，第一流量变送器3另一端与第一调节阀5另一端连接，第一调节阀5的第三端与第一泵6一端连接，第一泵6另一端与导热油罐7第一出油口连接,第一温度变送器8 一端与导热油罐7第一检测口连接,第一温度变送器8另一端与第一温度控制器9 一端连接,第一温度控制器9另一端同时与第一压力控制器10、第二调节阀12的一端连接，第二调节阀12另一端与导热油罐7第二检测口连接，第一压力控制器10另一端与第一压力变送器11 一端连接，第一压力变送器11另一端与第二调节阀12第三端连接，导热油罐7高温油入口与第二温度变送器15、第二温度控制器14 一端连接，第二温度控制器14另一端与第三调节阀16 —端连接，第三调节阀16另一端与集热槽I另一端连接，第三调节阀16第三端与第二温度变送器15另一端连接，泄压阀13与导热油罐7第三检测口连接；加热导热油之前，导热油罐7的第一检测口端用于第一流量变送器3和第一流量控制器4检测油温、第一压力控制器10和第一压力变送器11检测油压，之后的加热过程中，导热油每次循环加热时均予检测油温与油压，适当的时候给予泄压，防止压力过大导致导热油罐膨胀爆炸；导热油通过第一泵6流经管道，由在第一截止阀与第一调节阀之间的第一流量变送器与第一流量控制器对导热油进行流量检测与控制；集热槽对导热油予以加热；加热后的导热油经第三调节阀由第二温度变送器和第二温度控制器检测与控制油温；通过循环加热，使导热油罐中的油温尽量维持在350°C左右。如图3所示，多级换热模块、负载模块包括第二泵17、第三温度变送器18、第三温度控制器19、第二截止阀20、第二流量变送器21、第二流量控制器22、第四调节阀23、第三截止阀24、第三泵25、负载26、第五调节阀27、第三流量控制器28、第三流量变送器29、第四温度控制器30、第四温度变送器31、换热器32。导热油罐7第二出油口与第二泵17 —端连接，第二泵17另一端与第三温度变送器18 —端连接，第三温度变送器18另一端与第三温度控制器19 一端连接，第三温度控制器19另一端与第二截止阀20 —端连接，第二截止阀20另一端同时与第二流量变送器21、第二流量控制器22的一端连接，第二流量控制器22另一端与第四调节阀23 —端连接，第二流量变送器21另一端与第四调节阀23另一端连接，第四调节阀23第三端与换热器32第一热油入口端连接；换热器32第一热水出口与第四温度变送器31 —端连接，第四温度变送器31另一端与第四温度控制器30 —端连接，第四温度控制器30另一端同时与第三流量控制器28、第三流量变送器29 —端连接，第三流量控制器28另一端与第五调节阀27 —端连接，第三流量变送器29另一端与第五调节阀27另一端连接，第五调节阀27第三端与负载26 —端连接，负载26另一端与第三泵25 —端连接，第三泵25另一端与第三截止阀24一端连接，第三截止阀24另一端与换热器32第一冷水入口连接，换热器32第一冷油出口与导热油罐7油入口端连接。[0033]当导热油罐7中的油温加热到一定程度后，通过第二泵17流经管道，由在第二泵17和第二截止阀20之间的第三温度变送器18、第三温度控制器19对导热油进行温度检测与控制；由在第二截止阀20与第四调节阀23之间的第二流量变送器21、第二流量控制器22对导热油进行流量检测与控制，进入到换热器32中进行多级换热，换热后的低温导热油由经管道回到导热油罐中循环利用；负载中的自来水通过第三泵25由经第三截止阀24进入换热器第一冷水入口与高温导热油换热；换热后的高温水由第四温度控制器30、第四温度变送器31检测与控制水温，由第三流量控制器28、第三流量变送器29检测与控制水的流量；换热后的高温水进入相应负载，充分运用热能，而低温水则由经管道回到负载，实现水的循环利用。如图4所示，供电通讯控制模块原理示意框图包括集热物理量检测单元、换热物理量检测单元、多路转换器、A/D转换单元、微处理器、D/A转换单元、PLC控制单元、数字通信单元、LED显示单元、报警处理单元。集热物理量检测单元具体包括第一热电偶、第二热电偶、第一流量计、第一压力计；换热物理量检测单元具体包括第三热电偶、第四热电偶、第·二流量计、第三流量计。所述的集热物理量检测单元的检测对象为集热槽的入口油温、出口油温、入口油流量、油罐内压；换热物理量检测单元的检测对象为换热器32的入口油温、出口水温、入口油流量、出口水流量；集热物理量检测单元的第一热电偶的一端与集热槽入口油温检测端连接，第二热电偶的一端与集热槽出口油温检测端连接，第一流量计的一端与集热槽入口油流量检测端连接，第一压力计的一端与导热油罐7的第二检测口端连接；换热物理量检测单元的第三热电偶的一端与换热器32的第一热油入口端连接检测入口油温，第四热电偶的一端与换热器32的第一热水出口端连接检测出口水温，第二流量计的一端与换热器32的第一热油入口端连接检测入口油流量，第三流量计的一端与换热器32的第一热水出口端连接检测出口水流量；同时，第一热电偶、第二热电偶、第一流量计、第一压力计、第三热电偶、第四热电偶、第二流量计、第三流量计的另一端均与多路转换器连接，多路转换器与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微处理器连接，D/A转换单元、数字通信单元、LED显示单元、报警处理单元均与微处理器连接，PLC控制单元与D\A转换单元连接。其中，第一、二、三、四热电偶作为温度传感器对油温以及水温给予检测，配备特定的温度变送器予以信号传输，进一步对温度参数给予控制。第一、二、三流量计作为流量传感器对油流量以及水流量给予检测，配备特定的流量变送器予以信号传输，进一步对流量参数给予控制。第一压力计作为压力传感器对导热油罐内的油压给予检测，配备特定的流量变送器予以信号传输，进一步对压力参数给予控制。将温度、压力、流量信号转化为可控制的模拟信号后，在A/D转换单元进行A/D转换，微处理器对可辨识的数字信号给予相应处理，LED显示单元显示当前采集的检测信号，报警处理单元处理相应的高压、高温，数字通信单元对检测信号实时监控，并通过D/A转换单元成相应PLC控制单元可辨识的信号予以控制。
权利要求1.太阳能集热装置的检测及控制系统，包括聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块、供电通讯控制模块，其特征在于 聚光集热模块与导热油储热模块双向连通，导热油储热模块与多级换热模块双向连通，多级换热模块与负载双向连通，供电通讯控制模块与聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载双向连通，同时为聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块供电； 所述的聚光集热模块、导热油储热模块包括集热槽、第一截止阀、第一流量变送器、第一流量控制器、第一调节阀、第一泵、导热油罐、第一温度变送器、第一温度控制器、第一压力控制器、第一压力变送器、第二调节阀、泄压阀、第二温度控制器、第二温度变送器、第三调节阀； 集热槽一端与第一截止阀一端连接，第一截止阀另一端同时与第一流量变送器、第一流量控制器的一端连接，第一流量控制器另一端与第一调节阀一端连接，第一流量变送器另一端与第一调节阀另一端连接，第一调节阀的第三端与第一泵一端连接，第一泵另一端与导热油罐第一出油口连接，第一温度变送器一端与导热油罐第一检测口连接，第一温度变送器另一端与第一温度控制器一端连接，第一温度控制器另一端同时与第一压力控制器、第二调节阀的一端连接，第二调节阀另一端与导热油罐第二检测口连接，第一压力控制器另一端与第一压力变送器一端连接，第一压力变送器另一端与第二调节阀第三端连接，导热油罐高温油入口与第二温度变送器、第二温度控制器一端连接，第二温度控制器另一端与第三调节阀一端连接，第三调节阀另一端与集热槽另一端连接，第三调节阀第三端与第二温度变送器另一端连接，泄压阀与导热油罐第三检测口连接； 所述的多级换热模块、负载模块包括第二泵、第三温度变送器、第三温度控制器、第二截止阀、第二流量变送器、第二流量控制器、第四调节阀、第三截止阀、第三泵、负载、第五调节阀、第三流量控制器、第三流量变送器、第四温度控制器、第四温度变送器、换热器； 导热油罐第二出油口与第二泵一端连接，第二泵另一端与第三温度变送器一端连接，第三温度变送器另一端与第三温度控制器一端连接，第三温度控制器另一端与第二截止阀一端连接，第二截止阀另一端同时与第二流量变送器、第二流量控制器的一端连接，第二流量控制器另一端与第四调节阀一端连接，第二流量变送器另一端与第四调节阀另一端连接，第四调节阀第三端与换热器第一热油入口连接；换热器第一热水出口与第四温度变送器一端连接，第四温度变送器另一端与第四温度控制器一端连接，第四温度控制器另一端同时与第三流量控制器、第三流量变送器一端连接，第三流量控制器另一端与第五调节阀一端连接，第三流量变送器另一端与第五调节阀另一端连接，第五调节阀第三端与负载一端连接，负载另一端与第三泵一端连接，第三泵另一端与第三截止阀一端连接，第三截止阀另一端与换热器第一冷水入口连接，换热器第一冷油出口与导热油罐油入口端连接； 所述的供电通讯控制模块包括集热物理量检测单元、换热物理量检测单元、多路转换器、A/D转换单元、微处理器、D/A转换单元、PLC控制单元、数字通信单元、LED显示单元、报警处理单元；集热物理量检测单元具体包括第一热电偶、第二热电偶、第一流量计、第一压力计；换热物理量检测单元具体包括第三热电偶、第四热电偶、第二流量计、第三流量计；所述的集热物理量检测单元的检测对象为集热槽的入口油温、出口油温、入口油流量、油罐内压；换热物理量检测单元的检测对象为换热器的入口油温、出口水温、入口油流量、出口水流量； 集热物理量检测单元的第一热电偶的一端与集热槽入口油温检测端连接，第二热电偶的一端与集热槽出口油温检测端连接，第一流量计的一端与集热槽入口油流量检测端连接，第一压力计的一端与导热油罐的第二检测口端连接；换热物理量检测单元的第三热电偶的一端与换热器的第一热油入口端连接检测入口油温，第四热电偶的一端与换热器的第一热水出口端连接检测出口水温，第二流量计的一端与换热器的第一热油入口端连接检测入口油流量，第三流量计的一端与换热器的第一热水出口端连接检测出口水流量；同时，第一热电偶、第二热电偶、第一流量计、第一压力计、第三热电偶、第四热电偶、第二流量计、第三流量计的另一端均与多路转换器连接，多路转换器与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微处理器连接，D/A转换单元、数字通信单元、LED显示单元、报警处理单元均与微处理器连接，PLC控制单元与D\A转换单元连接。·
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能集热装置的检测及控制系统。本实用新型包括聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块、供电通讯控制模块；聚光集热模块与导热油储热模块双向连通，导热油储热模块与多级换热模块双向连通，多级换热模块与负载双向连通，供电通讯控制模块与聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载双向连通，同时为聚光集热模块、导热油储热模块、多级换热模块、负载模块供电；其中聚光集热模块与导热油储热模块、导热油储热模块与多级换热模块、多级换热模块与负载的双向连通均充分运用了原料的循环利用。本实用新型给出了高温导热油检测方案，且将热能的传递过程具体化，提高了整个系统的热能利用率。
文档编号F24J2/46GK202792628SQ201220505700
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者刘光宇, 徐芬, 陈云, 刘俊, 邹洪波 申请人:杭州电子科技大学