一种能源系统及其控制方法与流程

本发明涉及能源利用技术领域，特别涉及一种能源系统及其控制方法。

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。一般根据太阳能集热器与热水器的温度控制两者之间的热量传递，但有时太阳能集热器的剩余热量可能不足以供热水器加热到目标温度，此时如果仍然进行加热，不仅无法满足用户使用需求，还浪费了太阳能集热器中的热量。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种能源系统及其控制方法，以解决如何在太阳能集热器的热量不足以供热水器加热到目标温度的情况下，停止太阳能集热器热量的供应。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，提供了一种能源系统的控制方法，所述能源系统包括：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开度；

确定太阳能集热器和热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

计算换热系数k，k＝(t1-t0)/(t0-t1)，其中，t0为热水器初始温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t0为太阳能集热器的初始温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度、太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，控制中转换热器的导热阀门是否关闭。

在一些可选实施例中，所述根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度、太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，控制中转换热器的导热阀门是否关闭，包括：

计算太阳能集热器在热水器达到目标温度时的预计温度t’＝t1-[(t’-t1)/k]，其中t’为热水器的目标温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，k为换热系数；

比较t’与t’的大小，当t’大于等于t’时，保持中转换热器的导热阀门的开度；当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭。

在一些可选实施例中，当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭后，还包括对用户进行提示。

在一些可选实施例中，所述第一时长为5min～7min。

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确定中转换热器的导热阀门的开度，包括：

计算太阳能集热器和热水器的初始温度的差值△t；

根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度。

在一些可选实施例中，所述根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度，包括：

当△t小于等于第一预设值时，将导热阀门设置为第一开度；

当△t大于第一预设值且小于等于第二预设值时，将导热阀门设置为第二开度；

当△t大于第二预设值时，将导热阀门设置为第三开度；

其中，第一开度小于第二开度，第二开度小于第三开度，第一预设值小于第二预设值。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种能源系统，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，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；以及确定太阳能集热器和热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

第一控制单元，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开度；

计算单元，用于计算换热系数k，k＝(t1-t0)/(t0-t1)，其中，t0为热水器初始温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t0为太阳能集热器的初始温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

第二控制单元，用于根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器在第一时长时的温度、太阳能集热器在第一时长时的温度，控制中转换热器的导热阀门是否关闭。

在一些可选实施例中，所述第二控制单元包括：

第一计算子单元，用于计算太阳能集热器在热水器达到目标温度时的预计温度t’＝t1-[(t’-t1)/k]，其中t’为热水器的目标温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，k为换热系数；

第一控制子单元，用于比较t’与t’的大小，当t’大于等于t’时，保持中转换热器的导热阀门的开度；当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭。

在一些可选实施例中，所述第一控制单元具体包括：

第二计算子单元，用于计算太阳能集热器和热水器的初始温度的差值△t；

第二控制子单元，用于根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度。

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开度，在导热阀门开启第一时长时，结合太阳能集热器以及热水器的温度情况，对导热阀门的开度再次进行控制，以使太阳能集热器在热量不足以供热水器加热到目标温度的情况下，导热阀门关闭，避免太阳能集热器中热量的浪费。

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系统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系统的结构示意图；

图3是根据另一示例性实施例示出的能源系统的控制方法的流程图；

图4是根据另一示例性实施例示出的能源系统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系统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系统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系统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。

一种能源系统的控制方法，如图2所示，能源系统包括：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开度；

s203、确定太阳能集热器和热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

s204、计算换热系数k，k＝(t1-t0)/(t0-t1)，其中，t0为热水器初始温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t0为太阳能集热器的初始温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

s205、根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度、太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，控制中转换热器的导热阀门是否关闭。

在s201中，通过设置温度传感器检测太阳能集热器和热水器的初始温度。可选地，用于检测热水器温度的温度传感器设置于热水器水箱的外侧壁上或热水器的内胆上。通过检测热水器水箱外侧壁的温度，确定热水器的实际温度，或通过检测热水器内胆的温度，确定热水器的实际温度。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，当导热介质的流动速率一定时，导热阀门开度增大，导热介质的流量增大；导热阀门开度减小，导热介质的流量减小。

在s203中，可以通过温度传感器检测太阳能集热器和热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度。可选地，第一时长为5min～7min。通过检测导热阀门开启第一时长时太阳能集热器和热水器的温度，结合两者的初始温度，能够反映太阳能集热器和热水器之间的热量交换情况。在s204中，换热系数k能够反映出太阳能集热器每降低1℃，热水器的温度升高多少度，即太阳能集热器对换热器的换热效果。示例性的，t1＝34℃，t0＝30℃，t0＝70℃，t1＝62℃，则k＝(t2-t1)/(t1-t2)＝(34-30)/(70-62)＝0.5。在s205中，根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器和太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，可以确定太阳能集热器剩余的热量是否能够满足热水器加热到目标温度。这样，能够在太阳能集热器的热量不足以供热水器加热到目标温度的情况下，停止太阳能集热器热量的供应。

可选地，如图2所示，太阳能集热器100通过第一终端换热器101与中转换热器102以热传导形式连通，热水器104通过第二终端换热器103与中转换热器102以热传导形式连通。第一终端换热器101用于吸收太阳能集热器100产生的热量并将热量传递至中转换热器102，第二终端换热器103用于吸收中转换热器102中的热量，并将其传递至热水器104。这样，有利于太阳能集热器的热量传递至热水器。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器在第一时长时的温度、太阳能集热器在第一时长时的温度，控制中转换热器的导热阀门的开度，包括：

s301、计算太阳能集热器在热水器达到目标温度时的预计温度t’＝t1-[(t’-t1)/k]，其中t’为热水器的目标温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，k为换热系数；

s302、比较t’与t’的大小，当t’大于等于t’时，保持中转换热器的导热阀门的开度；当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭。

在本实施例中，通过计算可以得到太阳能集热器在热水器达到目标温度时的预计温度，当t’大于等于t’时，表明太阳能集热器有充足的能量供热水器加热到目标温度，可以保持中转换热器的导热阀门的开度，继续对热水器加热；当t’小于t’时，表明太阳能集热器的剩余热量不足以供热水器加热到目标温度，此时控制中转换热器的导热阀门关闭，不再对热水器进行加热。示例性的，t1＝150℃，t’＝55℃，t1＝32℃，k＝0.6，t’＝t1-[(t’-t1)/k]＝150-[(55-32)/0.6]＝112℃，t’＞t’，表明太阳能集热器有充足的热量供热水器加热到目标温度，可以保持中转换热器的导热阀门的开度。示例性的，t1＝80℃，t’＝55℃，t1＝32℃，k＝0.6，t’＝t1-[(t’-t1)/k]＝80-[(55-32)/0.6]＝42℃，t’＜t’，表明太阳能集热器热量不足，则关闭中转换热器的导热阀门。这样，能够在太阳能集热器的热量不足以供热水器加热到目标温度的情况下，停止太阳能集热器热量的供应，避免热量浪费。如果用于将热水器的目标温度调低，则再次按照s301和s302步骤执行，当t’大于等于t’时，以太阳能集热器和热水器在第一时长时的温度作为初始温度，根据s202确定中转换热器的导热阀门的开度，保持中转换热器的导热阀门的开度；当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭。

在本发明的一个实施例中，当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭后，还包括对用户进行提示。这样，能够使用户得知热水器已无法加热到目标温度，便于用户做出下一步选择。

在本发明的一个实施例中，第一时长为5min～7min。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，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开度，包括：

s303、计算太阳能集热器和热水器的初始温度的差值△t；

s304、根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度。

在s303中，△t＝t0-t0，其中t0为热水器的实际温度，t0为热水器的目标温度。示例性的，t0为40℃、45℃、48℃、50℃、52℃、55℃、60℃或65℃。热水器的目标温度可以是用户对热水器进行设定得到。在s304中，设置两个预设值，将△t与两个预设值进行比较，根据比较结果，设置导热阀门的开度。这样，能够使太阳能集热器与热水器之间的导热介质以合适的流量传递热量。

在本发明的一个实施例中，根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度，包括：

当△t小于等于第一预设值时，将导热阀门设置为第一开度；

当△t大于第一预设值且小于等于第二预设值时，将导热阀门设置为第二开度；

当△t大于第二预设值时，将导热阀门设置为第三开度；

其中，第一开度大于第二开度，第二开度大于第三开度，第一预设值小于第二预设值。

可选地，第一开度为81％～100％，第二开度为61％～80％，第三开度为40％～60％。可选地，第一预设值为20℃，第二预设值为50℃。在导热介质流动速率一定的情况下，当热水器和太阳能集热器的的实际温度相差较大时，应将导热阀门的开度设置较小一些，使导热介质的流量减小，依然可以较快的提升热水器温度；当热水器的实际温度和目标温度相差较小时，可将导热阀门的开度设置较大一些，使温度及时达到目标温度。

如图2所示，一种能源系统，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，能源系统还包括控制器400，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；以及确定太阳能集热器和热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

第一控制单元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开度；

计算单元430，用于计算换热系数k，k＝(t1-t0)/(t0-t1)，其中，t0为热水器初始温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t0为太阳能集热器的初始温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度；

第二控制单元440，用于根据换热系数k、热水器的目标温度、热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度、太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，控制中转换热器的导热阀门是否关闭。

在本实施例中，通过温度传感器410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，计算单元430计算出换热系数k，第二控制单元450根据换热系数k以及其他参数，控制导热阀门是否关闭。当换热系数k以及其他参数表明太阳能集热器的热量不足以供热水器加热到目标温度时，将中转换热器的导热阀门关闭；当换热系数k以及其他参数表明太阳能集热器的热量足以供热水器加热到目标温度时，保持中转换热器的导热阀门的开度，继续为热水器加热。这样，能够在太阳能集热器的热量不足以供热水器加热到目标温度的情况下，停止太阳能集热器热量的供应，避免热量浪费。

在本发明的一个实施例中，如图6所示，第二控制单元440包括：

第一计算子单元441，用于计算太阳能集热器在热水器达到目标温度时的预计温度t’＝t1-[(t’-t1)/k]，其中t’为热水器的目标温度，t1为热水器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，t1为太阳能集热器在中转换热器的导热阀门开启第一时长时的温度，k为换热系数；

第一控制子单元442，用于比较t’与t’的大小，当t’大于等于t’时，保持中转换热器的导热阀门的开度；当t’小于t’时，控制中转换热器的导热阀门关闭。

在本实施例中，第二控制单元440通过第一计算子单元441计算太阳能集热器在热水器达到目标温度时的预计温度，第一控制子单元442基于第一计算子单元441的结果，控制导热阀门。

在本发明的一个实施例中，如图7所示，第一控制单元420具体包括：

第二计算子单元421，用于计算太阳能集热器和热水器的初始温度的差值△t；

第二控制子单元422，用于根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度。

在本实施例中，△t＝t0-t0，其中t0为太阳能集热器的初始温度，t0为热水器的初始温度。通过第二计算子单元421计算△t，第二控制子单元422根据△t与第一预设值、第二预设值之间的大小关系，设置导热阀门的开度。

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。