基本信息
- 项目名称：
- 基于流量控制的太阳能热利用恒温控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品借助由温控仪、变频器和循环泵等组成的，基于流体流量控制的恒温控制系统，实现太阳能热利用的中低温段恒温控制。通过热电阻采集系统温度的变化量，经系统PID参数控制热油泵，调节热交换器的热交换量，达到温度自动恒温控制。 这在技术实现上不同于现有技术，其实现了太阳能热利用的中低温段恒定控制，且恒温精确度高，填补了太阳能热利用中低温段恒温可控的空白，为太阳能的利用提供了一个新的市场。
- 详细介绍：
- 本作品的目的在于提供一种太阳能热利用的中低温段恒温控制装置。该装置能够利用太阳能供热，基于流体流量控制，实现太阳能热利用的恒温控制。同时设计太阳能、电能两套供热系统，在太阳能充足时充分利用太阳能供热，降低能耗，太阳能不充足时，可自动辅以电热系统，保证全天候的恒温使用需要。 为了实现上述任务，本作品采用以下技术措施：该太阳能热利用恒温控制装置，由集热、储热、恒温控制、双向供能自动切换电路和恒温工作室五个部分组成。集热部分包括：平面组聚光抛物面、锥式锅炉、机械阀、支撑管、旋转轴承、千斤顶、平板支架，是以旋转轴承、千斤顶和平板支架组成的跟踪支架为基座的分体。储热部分有：外箱体、隔热层（石棉）、储热箱体、出口阀、注油口、进口阀、储热介质（鹅卵石和高温导热油）、导热介质（高温导热油）组成储热分体，另外储热箱体内加装有一个用于采集油温的温度传感器（Pt100）。恒温控制部分包括：温控仪、变频器、热油泵、温度传感器。双向供能自动切换电路由：单片机、固态继电器、A/D转换器、电线及软电缆组成可实现电能、太阳能自动切换的恒温控制分体。恒温工作室包括：外壳、保温层、内壳、鼓风扇、热交换器，同时加装一个用于采集工作室内温度信号的温度传感器（Pt100）。另外，锥式锅炉，储能箱和热交换之间通过硅管连接构成高温导热油的循环回路。在以上五个部分中，恒温控制部分是本装置的核心部分，是实现太阳能热利用中低温段恒温控制效果的主体部分；集热装置是太阳能供能系统的集热源，实现将太阳能转换为热能，从而加以利用；储热装置是导热介质传导的中转站，也是太阳能供应充足时热能储存的主要场所；双向供能自动切换电路可根据太阳能供热情况，自动切换功能系统，达到降低能耗，保证全天候恒温使用需要的效果；恒温工作室提供恒温使用环境。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 【设计理念】 设计本作品，旨在实现太阳能热利用的中低温段恒温控制技术，并将太阳能的热利用推广至中低温段恒温控制领域。 【基本思路】 （1）基于流体流量控制，实现太阳能热利用恒温控制。将太阳能供热系统的温度变化量，经系统PID参数，调节热交换器工质流量，实现太阳能供热系统的自动恒温控制技术。 （2）以“太阳能电能恒温干燥箱”为试验装置。设计太阳能、电能两套供热系统，将太阳能应用于中低温恒温控制领域。 【特色创新】 （1）对太阳能供热系统实现自动恒温控制 （2）将太阳能应用于中低温恒温控制领域 （3）电能自动辅助太阳能“太阳能电能恒温干燥箱”既能充分利用太阳能供热，降低能耗，又能保证干燥箱的全天候使用。 【技术关键】 利用热油泵，将贮能箱中热工质输入干燥箱内的热交换器中，由传感器采集干燥箱内的温度变化量，经温控仪输出PID参数控制变频器的输出频率，调节热油泵的输出流量，进而调节热交换器的热交换量，使太阳能供热系统实现自动恒温控制。 【技术参数】（以太阳能电能恒温干燥箱为例） 太阳能供热系统技术参数： 控温范围：（Rt+10） ℃--150 ℃ ； 温度分辨率：0.1 ℃ ；恒温波动度：±0.5 ℃ ；集热面积：2㎡；日均辐射量：22.34—27.94MJ；日产热油量：150 ℃热油50 L； 循环泵最大功率：120 W；锅炉容积：3.5 L；储热箱容积：13 L；介质总量：16 L ；介质最高工作温度：320 ℃；运行压力：热液循环系统为开放系统。
科学性、先进性
- 国内外现有的恒温控制技术在电热方面主要依靠温控仪直接实现，但其应用局限于以电能为供能形式。而在流体热传导供热方面主要依靠电动调节阀或自力式调节阀实现，但其成本较高，且自力式调节阀在恒温精确度上有一定局限性。本作品设计了基于流体流量控制的恒温控制系统，利用热电偶采集系统温度的变化量，经系统PID参数控制热油泵，调节热交换器的热交换量，达到温度自动恒温控制，这在技术实现上是不同于现有技术的。同时，本作品恒温精确度高，较之自力式调节阀生产成本低，这都为本作品的推广应用提供了极大优势。另外，本作品实现了对太阳能供热系统的自动恒温控制，以此为基础设计制作的“太阳能电能恒温干燥箱”成功地将太阳能应用于中低温恒温控制领域，而在太阳能热利用方面，中低温段自动恒温控制技术尚属空白，太阳能的热利用在中低温恒温控制领域也尚未得到普遍推广。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品在2010年12月由XX省教育厅主办，XXXX大学承办的XX省高等学校“首届大学生物理实验创新设计大赛”中荣获一等奖； 2.在2011年4月由XXXX大学校团委举办的XXXX大学第九届“挑战杯”大学生课外学术科技中荣获一等奖； 3.在2011年6月XX省第八届“挑战杯”大学生课外学术科技中荣获二等奖。
作品所处阶段
- 成品阶段。
技术转让方式
- 专利许可转让。
作品可展示的形式
- 实物展示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 【使用说明】本作品的使用操作主要是温控仪的操作，温控仪操作说明见附件——附件四。 【优势特点】本作品借助由温控仪、调频器和循环泵等组成的温度控制系统，基于流体流量的控制，实现了太阳能热利用的中低温段恒定控制，为太阳能的利用提供了一个新的市场。本作品的推广应用在一定程度上减少了煤电等传统能源的消耗和CO2、SO2等气体的排放量。它属于开发新能源，发展低碳经济的一种新形式。 【适用范围】可应用于太阳能热利用中低温段恒温控制领域，应用该恒温控制系统设计的“太阳能电能恒温干燥箱”适用于高等院校或科研机构实验室、工艺装备、医药、化工、电子、机械、食品乃至农副产品加工等领域。 【推广前景】对于热利用的中低温恒温控制均可借助该系统实现，这是太阳能热利用中温度恒温控制技术的一个新的突破。倘若将本作品向全国，特别是XX、XX、XX、XX和XX等太阳能丰富地区进行推广，较之太阳能资源并不丰富的XX地区而言将取得更显著的节能效益和经济效益，其推广在能源利用方面也是符合科学发展之要求的。
同类课题研究水平概述
- 资料显示，国内外现有的恒温控制技术在电热方面主要依靠温控仪（单片机）系统PID控制加热电阻直接实现，在流体热传导供热方面主要依靠电动调节阀或自力式调节阀实现，但其成本较高，且自力式调节阀在恒温精确度上有一定局限性。 另外，在太阳能热利用方面，中低温段精确恒温控制技术尚属空白，太阳能的热利用在中低温恒温控制领域也尚未得到普遍推广。 本作品设计了基于流体流量控制的恒温控制系统，利用热电偶采集系统温度的变化量，经系统PID参数控制循环泵，调节热交换器的热交换量，达到温度自动恒温控制，在技术实现上是不同于现有技术的。 同时，以恒温干燥箱为试验装置，设计制作的“太阳能电能恒温干燥箱”，成功实现了太阳能热利用的中低温恒温可控。
