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专利号: 2020103294394
申请人: 曲阜师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 水、废水、污水或污泥的处理
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光伏多级复合热储水净化系统的控制方法,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;存在人为设定和全自动设定两种工作模式,所述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模式选择;所述全自动设定具有净水储能模式、净水供需模式两种模式选择,判定指标为高热储内温度TH和净水罐内液位传感器h,当h满足[hm,hh]同时TH满足[THmin, THmax]时,系统工作在净水储能模式,其中hm为净水中间值,hh为净水最高值,THmin, THmax分别为高热储内最低和最高温度;当h≤hm,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;

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≥plim时油路上单向阀打开,其中plim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popt,采用PI控制策略,设定流量阀门开度为 ,其中k1,k2为控制器参数,e=popt‑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 为控制系数, ,其中 为控制系数,流量阀门开度调整

量为 ,膜净化高效工作所需阀门开度为 ;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;

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Fmax,采用PI控制策略设定流量阀门开度为,其中k3,k4为控制器参数,e2=Fmax‑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 和 为控制系数,流量阀门开度调整量为

,膜净化最大流量输出所需阀门开度为 ,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;

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TLREF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。