一种海水淡化系统技术领域
本发明涉及海水淡化领域,尤其涉及一种海水淡化系统。
背景技术
随着现代社会经济的高速发展,人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺,造成价格的不断上涨,同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重,这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。太阳能热转化是一种能量转换效率和利用率高而且成本低廉、可在全社会广泛推广的太阳能利用方式。在太阳能热利用装置中,关键是要将太阳辐射能转换成热能。但目前的太阳能利用还是有限的,特别是在海水淡化领域,导致太阳能热量无法充分吸收,致使海水淡化效果无法推广使用。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足,本发明的目的在于,提供一种海水淡化系统,包括:集热装置,水箱,板式换热器,一级蒸馏器,二级蒸馏器,三级蒸馏器,蒸发装置,冷凝器,一级储罐,二级储罐,三级储罐,淡水储罐;
所述集热装置包括:碟式反射镜、传热管道、集热器、太阳跟踪控制模块、控制执行机构;
传热管道的一端连接集热器,另一端连接水箱;集热器设置的位置,与碟式反射镜的中心在同一条直线上,控制执行机构与碟式反射镜连接,太阳跟踪控制模块与控制执行机构电连接;太阳跟踪控制模块用于通过控制执行机构控制碟式反射镜获取太阳能,并把太阳能辐射聚焦在集热器上,并由传热管道中的传热介质将热量传导至水箱,对水箱内部水进行加热;
所述水箱设有水箱出口和水箱入口;
所述板式换热器包括:加热介质入口、加热介质出口、海水入口、海水出口、固定压紧板、活动压紧板、后立柱、上导杆、下导杆、周侧定位杆、换热板组件、第一介质换热管、第二介质换热管及滚轮组件;
水箱出口与加热介质入口连接,水箱入口与加热介质出口连接;淡化前的海水通过海水入口进入板式换热器,海水出口与一级蒸馏器入口连接;
所述固定压紧板、活动压紧板、上导杆、下导杆及周侧定位杆均具有隔热面;换热板组件包括有若干前后叠置的传热板片,传热板片具有铝基板和形成于铝基板表面的耐腐蚀涂层,传热板片表面为波纹状表面;传热板片上开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔及第四通孔:该固定压紧板上开设有加热介质入口、加热介质出口、海水入口及海水出口,四者依次对应第一通孔、第二通孔、第三通孔及第四通孔设置;第一介质换热管、第二介质换热管的内表面及外壁面均设置有耐高温耐腐蚀涂层;第一介质换热管穿过加热介质入口、第一通孔、第二通孔及加热介质出口,第二介质换热管穿过海水入口、第三通孔、第四通孔及海水出口;
上导杆前端可拆卸式锁国于固定压紧板上,该上导杆后端可拆卸式固定于后立柱上,上导杆底部抵于传热板片顶部;该下导杆前端可拆卸式固定于固定压紧板上,下导杆后端可拆卸式固定于后立柱上,下导杆底部抵于传热板片底顶部;上导杆底部具有下大上小的燕尾形导轨部,活动压紧板顶部相应凹设有滑槽,滑槽适配于导轨部处,滚轮组件具有滚轮和左、右侧连接臂,其左、右侧连接臂分别可拆卸式锁国于活动压紧板上对应滑槽两侧部位,上导杆穿过滚轮组件与滑槽围构形成的通孔;固定压紧板、活动压紧板上对应开设有供前述周侧定位杆穿过的安装孔,所述周侧定位杆前端伸出固定压紧板上相应安装孔前侧并通过螺丝锁固定位,所述周侧定位杆后端伸出活动压紧板上相应安装孔后侧并通过螺丝锁固定位,所有周侧定位杆抵于传热板片的侧面,所述传热板片组件被固定压紧板、活动压紧板夹装固定;传热板片顶部往下凹设有顶部定位缺口,所述传热板片底部往上凹设有底部定位缺口,前述上导杆底部适配于顶部定位缺口内,前述下导杆顶部适配于底部定位缺口内;固定压紧板、活动压紧板的顶端、底端、左侧端及右侧端分别凸设有挂钩部,对应换热板组件外部裹设有阳热套层,该阳热套层里矩形结构,阳热套层的前、后端均间距设置有若干挂孔,其挂孔扣于相应的挂钩部上;
所述一级蒸馏器设有一级蒸馏侧出口和一级蒸馏底出口,一级蒸馏侧出口与二级蒸馏侧入口连接,一级蒸馏底出口连接一级储罐入口,一级储罐出口连接海水入口;
所述二级蒸馏器设有二级蒸馏侧出口和二级蒸馏底出口,二级蒸馏侧出口与三级蒸馏侧入口连接,二级蒸馏底出口连接二级储罐入口,二级储罐出口连接海水入口;
所述三级蒸馏器设有三级蒸馏侧出口和三级蒸馏底出口,三级蒸馏侧出口与蒸发装置入口连接,三级蒸馏底出口连接三级储罐入口,三级储罐出口连接海水入口;蒸发装置出口连接冷凝器入口,冷凝器出口连接淡水储罐;
所述碟式反射镜为双曲率剖面,材质为玻璃钢,碟式反射镜表面贴敷有反光材料,碟式反射镜通过托架与控制执行机构连接;碟式反射镜分为若干片,每片之间通过法兰盘连接;
所述控制执行机构包括:电动推杆,电动推杆推动碟式反射镜绕旋转轴转动,使碟式反射镜调整上下角度;
所述控制执行机构还包括:转轴箱,转轴箱内部设有中心凸轮组,中心凸轮组设有中心轴,中心轴的端部设有与碟式反射镜连接的连接端,连接端的下部依次由上到下设有中部一齿轮组,中部二齿轮组,底部齿轮组,中心轴的远离连接端一端与减速机连接,减速机与电机连接;
中部一齿轮组设有齿轮盘一,与齿轮盘一相啮合连接的正时齿轮一,正时齿轮一中心设有中心轴一,正时齿轮一上部设有角度传感器一;齿轮盘一套设在中心轴上,并与中心轴同步转动,齿轮盘一带动正时齿轮一旋转,使角度传感器一感应角度信息;
中部二齿轮组设有齿轮盘二,与齿轮盘二相啮合连接的正时齿轮二,正时齿轮二中心设有中心轴二,正时齿轮二上部设有角度传感器二;齿轮盘二套设在中心轴上,并与中心轴同步转动,齿轮盘二带动正时齿轮二旋转,使角度传感器二感应角度信息;
太阳跟踪控制模块包括:光电传感器,信号滤波放大电路,信号处理一电路,信号处理二电路,实时时钟,显示屏,GPS模块,处理器,初始化模块,日落与日出时间设定模块,日落与日出判断模块,太阳位置计算模块,延时跟踪模块,电源稳压电路;
光电传感器与信号滤波放大电路连接,光电传感器用于通过分辨平行光入射方向检测太阳方位信息,判断外部光线强弱,从而分辨白天黑夜和天气阴晴状况的功能;对视日运行轨迹跟踪方式产生的累积误差进行校正;光电传感器采用四象限探测器;
角度传感器一与信号处理一电路连接,角度传感器二与信号处理二电路连接;
角度计算模块用于将角度传感器一感应的角度信息一与角度传感器二感应的角度信息二加和,并得出感应的角度信息平均数;再将角度信息平均数作为控制系统的反馈信号,与光电检测和太阳运行轨迹跟踪算法得出的角度偏移量进行比较,实现对角度信号的转换处理;
实时时钟用于向主控制芯片提供当前日期和时间。
显示屏用于显示太阳方位信息,电池板输出的电压信息、功率信息;
GPS模块用于实时获取当地的精度和纬度信息,提供给日运行轨迹算法,计算出当时时刻太阳高度角和方位角,实现对太阳运行轨迹的跟踪;
电流检测电路用于检测太阳能电池板输出电流大小,计算太阳能电池板输出功率大小;
电机限位电路包括:电阻R17,光电耦合器,电阻R18,电阻19,电阻22,电阻20,电阻21电压比较器LM;
光电耦合器的A脚通过电阻R17接电源,光电耦合器的K脚接地,光电耦合器的C脚通过电阻R18接电源,光电耦合器的C脚还与电压比较器LM负极输入端连接;光电耦合器的E脚接地;电压比较器LM正极输入端连接电阻R19,电阻R20,并通过电阻R22接地;电阻R19还通过电阻21接输出端;
电机限位电路用于当电机到达预设位置之前光电耦合器导通,电压比较器LM的反向输入端接收到信号,处理器控制电机运转。当到达限位位置时,挡住光电耦合器的光通路,电压比较器LM反向输入端接收不到信号,处理器控制电机停止运转,起到限位目的;
处理器用于输出控制信号,驱动步进电机和电动推杆对太阳位置进行跟踪;
初始化模块用于跟踪系统在工作开始前,首先要判断跟踪机构的当前状态是否在预先设定的初始状态,如果不是,则控制器驱动电机使其回归预设初始位置和状态;地理上的东方,而且太阳能电池板处于水平放置的状态;
日落与日出时间设定模块用于从实时时钟和GPS模块分别获取当前日期信息、时间信息及观测地的经纬度信息,并通过太阳位置算法计算当日的日落与日出时间;
日落与日出判断模块用于判断当前时间是否处于日出后与日落前之间的时间点,如果不是处于日出后与日落前之间的时间点,系统待机三十分钟继续判断当前时间;如果处于日出后与日落前之间的时间点,处理器读取光电池传感器模块输出的电压值,然后系统通过该电压来判断此时的天气状况;如果是阴天,系统待机三十分钟并读取光电池传感器模块输出的电压值,判断系统是否为白天;如果为晴天,处理器发出控制指令进入太阳运行轨迹跟踪程序对太阳进行跟踪;
太阳位置计算模块用于进入太阳运行轨迹跟踪程序后,通过太阳位置算法算出此时太阳高度角α与方位角β的值,根据此时太阳高度角与方位角的值,算出高度角步进电机和方位角步进电机分别需要转过的角度为90°-α和90°+β,并分别驱动高度角步进电机和方位角步进电机向下和向西旋转指定角度;
延时跟踪模块用于光电跟踪模式完成跟踪,使太阳能电池板对准太阳,太阳能电池板对准太阳后,延时10min再动作,处理器判断此时是否处于日落前时刻,如果不是,则继续光电跟踪;如果是,则停止跟踪并驱动跟踪机构返回预设初始位置;
信号处理一电路包括:滤波第一电容、滤波第二电容、滤波第三电容、滤波第四电容、滤波第五电容、滤波第一电阻、滤波第二电阻、滤波第三电阻、滤波第四电阻、滤波第五电阻、滤波第六电阻、滤波二极管一、滤波二极管二、滤波运放器一、滤波运放器二;
滤波第一电阻第一端、滤波二极管一负极、滤波二极管二正极与滤波第二电阻第一端连接;滤波第一电阻第二端,滤波二极管一正极,滤波二极管二负极,滤波第一电容第一端同时接地;滤波第二电阻第二端,滤波第一电容第二端,滤波第三电阻第一端连接;滤波第三电阻第二端,滤波第二电容第一端,滤波第四电阻第一端同时连接,滤波第四电阻第二端,滤波第三电容第一端,滤波运放器一正极输入端同时连接,滤波第三电容第二端接地;滤波运放器一负极输入端,滤波运放器一输出端,滤波第二电容第二端,滤波第五电阻第一端同时连接;滤波第五电阻第二端,滤波第四电容,滤波第六电阻同时连接,并通过滤波第四电容接地;滤波第六电阻接滤波运放器二的正极输入端;滤波运放器二的负极输入端,滤波运放器二的输出端,滤波第四电容同时连接;滤波运放器一、滤波运放器二分别连接5V电源;
电源稳压电路用于使供电电源通过电源稳压电路给处理器供电;
电源稳压电路包括:电源接口,第一稳压芯片,第二稳压芯片,第一电容,第二电容,第三电容,第四电容,第五电容,第六电容;
电源接口三脚连接第一电容第一端,第一稳压芯片一号脚;第一稳压芯片二号脚连接第三电容第一端,第五电容第一端及5v输出端;
电源接口一脚连接第二电容第一端,第二稳压芯片一号脚;第一稳压芯片三号脚连接第四电容第一端,第六电容第一端及-5v输出端;
电源接口二脚连接第一电容第二端,第一稳压芯片三号脚,第三电容第二端,第五电容第二端,第二电容第二端,第二稳压芯片一号脚,第四电容第二端,第六电容第二端及大地。
优选地,太阳跟踪控制模块包括:电机控制信号传输电路,电机控制电路,驱动电路;
电机控制信号传输电路包括:与处理器连接的SSR1端,电阻Rzk1一端连接SSR1端,另一端连接光电隔离一脚,光电隔离二脚接地,光电隔离三脚通过电阻Rzk2接地,并通过电阻Rzk3接三极管N1的基极,光电隔离四脚接地,三极管N1的发射极接地,三极管N1的集电极通过二极管D3接电源,二极管D3的两端接JP1端;
电机控制电路包括:滤波整流电路,控制开关,驱动电路,转速控制装置,转速获取模块;
滤波整流电路第一端接市电,滤波整流电路第二端接控制开关的执行输入端,控制开关的控制端接驱动电路,驱动电路接电机控制信号传输电路,控制开关的执行端输出端接转速控制装置,转速控制装置接转速获取模块,转速获取模块接电机;滤波整流电路用于将220V的市电电压整流后变为脉动直流电,并在滤波电路的作用下减小脉动的直流电压中的交流成分,从而获得输出电压纹波系数低,且波形平滑的直流电,控制开关根据驱动电路的控制指令开启或关闭,控制开关开启后将直流电通过转速控制装置加至电机上;转速获取模块获取电机的转速,并反馈给处理器;
驱动电路包括:驱动芯片,驱动芯片一号脚接电源及通过电容Cfz1和电容Cfz2接地,驱动芯片三号脚通过电阻Rfz2接控制开关,驱动芯片三号脚接地,驱动芯片五号脚通过电阻Rfz1接JP1端。
优选地,还包括:板式换热器温度获取模块,一级蒸馏器温度获取模块,二级蒸馏器温度获取模块,三级蒸馏器温度获取模块,一级蒸馏器压力获取模块,二级蒸馏器压力获取模块,三级蒸馏器压力获取模块,蒸发装置温度获取模块,冷凝器温度获取模块,一级储罐温度获取模块,二级储罐温度获取模块,三级储罐温度获取模块,淡水储罐温度获取模块,淡水储罐淡水量获取模块、一级储罐储量获取模块,二级储罐储量获取模块,三级储罐储量获取模块,工控上位机;
工控上位机包括:信息汇集模块、存储模块、浏览器访问模块、数据整理模块;
信息汇集模块用于分别收集板式换热器温度获取模块,一级蒸馏器温度获取模块,二级蒸馏器温度获取模块,三级蒸馏器温度获取模块,一级蒸馏器压力获取模块,二级蒸馏器压力获取模块,三级蒸馏器压力获取模块,蒸发装置温度获取模块,冷凝器温度获取模块,一级储罐温度获取模块,二级储罐温度获取模块,三级储罐温度获取模块,淡水储罐温度获取模块,淡水储罐淡水量获取模块、一级储罐储量获取模块,二级储罐储量获取模块,三级储罐储量获取模块的数据信息,太阳方位信息,电池板输出的电压信息、功率信息,实时获取当地的精度和纬度信息,实时计算的太阳高度角和方位角信息,太阳能电池板输出电流信息,输出功率信息,将各个信息进行汇总,发送至存储模块;
所述存储模块用于对各个信息进行存储;
数据整理模块用于整合信息汇集模块收集的数据信息,通过线路、表格、图形的展现形式进行有机整合,通过对数据的分析和编辑,让所有数据信息显示搭配显示屏上,帮助用户了解海水淡化状况,对海水淡化过程跟踪管理;
浏览器访问模块用于使用户通过PC机浏览器发出URI请求查控海水淡化系统运行数据,浏览器访问模块响应请求,并向请求端提供查控的运行数据信息,用户所需的海水淡化系统运行数据通过存储模块得到,以及得到运行数据历史信息。
从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:
海水进入板式换热器,板式换热器内部的加热介质对海水进行初级加热。之后送入一级蒸馏器,一级蒸馏器对海水进行蒸馏,再送入二级蒸馏器,再次蒸馏,二级蒸馏器蒸馏后再送入三级蒸馏器进行蒸馏,蒸馏后,在蒸发装置中进行蒸发,蒸发后对冷凝器蒸发气体进行进行冷却降温至液态,形成淡水资源,并储存在淡水储罐内部。其中一级蒸馏器,二级蒸馏器,三级蒸馏器,每级蒸馏器将蒸馏后的海水排出的同时,将未排出,或者未进行蒸馏的残夜,通过管道分别对应送入一级储罐,二级储罐,三级储罐,再有一级储罐,二级储罐,三级储罐分别储存,并再送入板式换热器进行再一次的蒸馏过程。这样进过反复的蒸馏实现的高效率的淡化效果。而且这样反复蒸馏,充分的利用了热能,减少热能浪费,直到最后一效仍未被蒸发的排放出去。充分利用太阳能加热及系统余热,对海水进行预热,同时也利用了蒸馏水对蒸馏器出来的水进行了加热,节省了能耗。
而且集热装置通过设置上下两个角度传感器及正时齿轮提高了角度传感的精度信息,能够减小因长时间运行而导致结构磨损引起的误差,以及因加工精度影响的误差。通过加权平均值法能够得到准确的角度信息。本系统完成对太阳第一次的跟踪。经过第一次跟踪,太阳能电池板对准了太阳。接着跟踪系统转换为光电跟踪模式跟踪太阳,同时这种跟踪模式的转换也可以减小单一模式跟踪的累积误差。充分吸收了太阳能量并给予运用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为海水淡化系统的整体结构图;
图2为板式换热器立体图;
图3为板式换热器的后视图;
图4为板式换热器的主视图;
图5为板式换热器的侧视图;
图6为板式换热器的爆炸图;
图7为集热装置结构图;
图8为电机限位电路电路图;
图9为信号处理一的电路图;
图10为电源稳压电路电路图;
图11为电机控制电路电路图;
图12为驱动电路电路图;
图13为电机控制信号传输电路电路图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将运用具体的实施例及附图,对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而非全部的实施例。基于本专利中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种海水淡化系统,如图1至13所示,包括:集热装置1,水箱4,板式换热器5,一级蒸馏器6,二级蒸馏器7,三级蒸馏器8,蒸发装置9,冷凝器10,一级储罐11,二级储罐12,三级储罐13,淡水储罐14;
所述集热装置1包括:碟式反射镜42、传热管道2、集热器3、太阳跟踪控制模块、控制执行机构;
传热管道2的一端连接集热器3,另一端连接水箱4;集热器3设置的位置,与碟式反射镜42的中心在同一条直线上,控制执行机构与碟式反射镜42连接,太阳跟踪控制模块与控制执行机构电连接;太阳跟踪控制模块用于通过控制执行机构控制碟式反射镜42获取太阳能,并把太阳能辐射聚焦在集热器3上,并由传热管道2中的传热介质将热量传导至水箱4,对水箱4内部水进行加热;所述水箱4设有水箱出口15和水箱入口16;
所述板式换热器包括:加热介质入口、加热介质出口、海水入口17、海水出口18、固定压紧板、活动压紧板、后立柱、上导杆、下导杆、周侧定位杆、换热板组件、第一介质换热管、第二介质换热管及滚轮组件;
水箱出口15与加热介质入口连接,水箱入口16与加热介质出口连接;淡化前的海水通过海水入口进入板式换热器,海水出口与一级蒸馏器6入口连接;
固定压紧板21、活动压紧板22、后立柱23、上导杆24、下导杆25、周侧定位杆26、换热板组件2、第一介质换热管、第二介质换热管及滚轮组件28。换热板组件27包括有若干前后叠置的传热板片。传热板片上开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔及第四通孔;固定压紧板上开设有加热介质入口、加热介质出口、海水入口及海水出口,四者依次对应前述第一、第二、第三及第四通孔设置;第一介质换热管、第二介质换热管的内表面及外壁面均设置有耐高温耐腐蚀涂层,提高热管的使用寿命:前述第一介质换热管穿过加热介质入口、第一通孔、第二通孔及加热介质出口,前述第二介质换热管穿过海水入口、第三通孔、第四通孔及海水出口。
上导杆24前端可拆卸式锁国于固定压紧板21上,该上导杆24后端可拆卸式锁国于后立柱23上,该上导杆24底部抵于传热板片顶部:该下导杆25前端可拆卸式锁国于固定压紧板21上,该下导杆25后端可拆卸式锁国于后立柱23上,该下导杆25底部抵于传热板片底顶部。传热板片顶部往下凹设有顶部定位缺口38,所述传热板片底部往上凹设有底部定位缺口39,前述上导杆4底部适配于顶部定位缺口38内,前述下导杆25顶部适配于底部定位缺口39内。上导杆24底部具有下大上小的燕尾形导轨部37,前述活动压紧板22顶部相应凹设有滑槽40,滑槽40适配于导轨部37处,前述滚轮组件28具有滚轮和左、右侧连接臂,其左、右侧连接臂分别可拆卸式锁固于活动压紧板22上对应滑槽两侧部位,上导杆24穿过滚轮组件28与滑槽40围构形成的通孔。固定压紧板21、活动压紧板22上对应开设有供前述周侧定位杆26穿过的安装孔,所述周侧定位杆26前端伸出固定压紧板21上相应安装孔前侧并通过螺丝锁固定位,所述周侧定位杆26后端伸出活动压紧板22上相应安装孔后侧并通过螺丝锁固定位,所有周侧定位杆26抵于传热板片的侧面,所述传热板片组件8被固定压紧板21、活动压紧板22夹装固定。固定压紧板21、活动压紧板22、上导杆24、下导杆25及周侧定位杆26均具有隔热面。固定压紧板21、活动压紧板22的顶端、底端、左侧端及右侧端分别凸设有挂钩部,对应换热板组件外部裹设有隔热套层,该隔热套层呈矩形结构,隔热套层的前、后端均间距设置有若干挂孔,其挂孔扣于相应的挂钩部上。
一级蒸馏器6设有一级蒸馏侧出口19和一级蒸馏底出口20,一级蒸馏侧出口19与二级蒸馏侧入口连接,一级蒸馏底出口20连接一级储罐11入口,一级储罐11出口连接海水入口17;
所述二级蒸馏器7设有二级蒸馏侧出口44和二级蒸馏底出口21,二级蒸馏侧出口44与三级蒸馏侧入口连接,二级蒸馏底出口21连接二级储罐入口,二级储罐出口连接海水入口17;
所述三级蒸馏器8设有三级蒸馏侧出口45和三级蒸馏底出口22,三级蒸馏侧出口45与蒸发装置9入口连接,三级蒸馏底出口22连接三级储罐入口,三级储罐出口连接海水入口17;蒸发装置9出口连接冷凝器10入口,冷凝器10出口连接淡水储罐14;
海水进入板式换热器5,板式换热器5内部的加热介质对海水进行初级加热。之后送入一级蒸馏器6,一级蒸馏器6对海水进行蒸馏,再送入二级蒸馏器7,再次蒸馏,二级蒸馏器7蒸馏后再送入三级蒸馏器8进行蒸馏,蒸馏后,在蒸发装置9中进行蒸发,蒸发后对冷凝器10蒸发气体进行进行冷却降温至液态,形成淡水资源,并储存在淡水储罐14内部。其中一级蒸馏器6,二级蒸馏器7,三级蒸馏器8,每级蒸馏器将蒸馏后的海水排出的同时,将未排出,或者未进行蒸馏的残夜,通过管道分别对应送入一级储罐11,二级储罐12,三级储罐13,再有一级储罐11,二级储罐12,三级储罐13分别储存,并再送入板式换热器5进行再一次的蒸馏过程。这样进过反复的蒸馏实现的高效率的淡化效果。而且这样反复蒸馏,充分的利用了热能,减少热能浪费。
碟式反射镜42为双曲率剖面,材质为玻璃钢,碟式反射镜42表面贴敷有反光材料,碟式反射镜42通过托架与控制执行机构连接;碟式反射镜42分为若干片,每片之间通过法兰盘连接;
控制执行机构包括:电动推杆43,电动推杆43推动碟式反射镜42绕旋转轴转动,使碟式反射镜42调整上下角度;
控制执行机构还包括:转轴箱53,转轴箱53内部设有中心凸轮组,中心凸轮组设有中心轴54,中心轴54的端部设有与碟式反射镜42连接的连接端52,连接端52的下部依次由上到下设有中部一齿轮组,中部二齿轮组,底部齿轮组,中心轴54的远离连接端52一端与减速机55连接,减速机55与电机67连接;
中部一齿轮组设有齿轮盘一57,与齿轮盘一57相啮合连接的正时齿轮一58,正时齿轮一58中心设有中心轴一,正时齿轮一58上部设有角度传感器一59;齿轮盘一57套设在中心轴54上,并与中心轴54同步转动,齿轮盘一57带动正时齿轮一58旋转,使角度传感器一59感应角度信息;
中部二齿轮组设有齿轮盘二71,与齿轮盘二71相啮合连接的正时齿轮二72,正时齿轮二72中心设有中心轴二,正时齿轮二72上部设有角度传感器二73;齿轮盘二71套设在中心轴54上,并与中心轴54同步转动,齿轮盘二71带动正时齿轮二72旋转,使角度传感器二73感应角度信息;
通过设置上下两个角度传感器及正时齿轮提高了角度传感的精度信息,能够减小因长时间运行而导致结构磨损引起的误差,以及因加工精度影响的误差。通过加权平均值法能够得到准确的角度信息。
太阳跟踪控制模块包括:光电传感器,信号滤波放大电路,信号处理一电路,信号处理二电路,实时时钟,显示屏,GPS模块,处理器,初始化模块,日落与日出时间设定模块,日落与日出判断模块,太阳位置计算模块,延时跟踪模块,电源稳压电路;
光电传感器与信号滤波放大电路连接,光电传感器用于通过分辨平行光入射方向检测太阳方位信息,判断外部光线强弱,从而分辨白天黑夜和天气阴晴状况的功能;对视日运行轨迹跟踪方式产生的累积误差进行校正;光电传感器采用四象限探测器;
角度传感器一59与信号处理一电路连接,角度传感器二73与信号处理二电路连接;
角度计算模块用于将角度传感器一59感应的角度信息一与角度传感器二73感应的角度信息二加和,并得出感应的角度信息平均数;再将角度信息平均数作为控制系统的反馈信号,与光电检测和太阳运行轨迹跟踪算法得出的角度偏移量进行比较,实现对角度信号的转换处理;实时时钟用于向主控制芯片提供当前日期和时间。显示屏用于显示太阳方位信息,电池板输出的电压信息、功率信息;
GPS模块用于实时获取当地的精度和纬度信息,提供给日运行轨迹算法,计算出当时时刻太阳高度角和方位角,实现对太阳运行轨迹的跟踪;电流检测电路用于检测太阳能电池板输出电流大小,计算太阳能电池板输出功率大小;
电机限位电路包括:电阻R17,光电耦合器81,电阻R18,电阻19,电阻22,电阻20,电阻21电压比较器LM;
光电耦合器81的A脚通过电阻R17接电源,光电耦合器81的K脚接地,光电耦合器81的C脚通过电阻R18接电源,光电耦合器81的C脚还与电压比较器LM负极输入端连接;光电耦合器81的E脚接地;电压比较器LM正极输入端连接电阻R19,电阻R20,并通过电阻R22接地;电阻R19还通过电阻21接输出端;
电机限位电路用于当电机到达预设位置之前光电耦合器导通,电压比较器LM的反向输入端接收到信号,处理器控制电机运转。当到达限位位置时,挡住光电耦合器的光通路,电压比较器LM反向输入端接收不到信号,处理器控制电机停止运转,起到限位目的;
处理器用于输出控制信号,驱动步进电机和电动推杆对太阳位置进行跟踪;
初始化模块用于跟踪系统在工作开始前,首先要判断跟踪机构的当前状态是否在预先设定的初始状态,如果不是,则控制器驱动电机使其回归预设初始位置和状态;地理上的东方,而且太阳能电池板处于水平放置的状态;
日落与日出时间设定模块用于从实时时钟和GPS模块分别获取当前日期信息、时间信息及观测地的经纬度信息,并通过太阳位置算法计算当日的日落与日出时间;
日落与日出判断模块用于判断当前时间是否处于日出后与日落前之间的时间点,如果不是处于日出后与日落前之间的时间点,系统待机三十分钟继续判断当前时间;如果处于日出后与日落前之间的时间点,处理器读取光电池传感器模块输出的电压值,然后系统通过该电压来判断此时的天气状况;如果是阴天,系统待机三十分钟并读取光电池传感器模块输出的电压值,判断系统是否为白天;如果为晴天,处理器发出控制指令进入太阳运行轨迹跟踪程序对太阳进行跟踪;
太阳位置计算模块用于进入太阳运行轨迹跟踪程序后,通过太阳位置算法算出此时太阳高度角α与方位角β的值,根据此时太阳高度角与方位角的值,算出高度角步进电机和方位角步进电机分别需要转过的角度为90°-α和90°+β,并分别驱动高度角步进电机和方位角步进电机向下和向西旋转指定角度;
至此,本跟踪系统完成对太阳第一次的跟踪。经过第一次跟踪,太阳能电池板对准了太阳。接着跟踪系统转换为光电跟踪模式跟踪太阳,同时这种跟踪模式的转换也可以减小单一模式跟踪的累积误差。
延时跟踪模块用于光电跟踪模式完成跟踪,使太阳能电池板对准太阳,太阳能电池板对准太阳后,延时10min再动作,处理器判断此时是否处于日落前时刻,如果不是,则继续光电跟踪;如果是,则停止跟踪并驱动跟踪机构返回预设初始位置;
信号处理一电路包括:滤波第一电容Cb1、滤波第二电容Cb2、滤波第三电容Cb3、滤波第四电容Cb4、滤波第五电容Cb5、滤波第一电阻Rb1、滤波第二电阻Rb2、滤波第三电阻Rb3、滤波第四电阻Rb4、滤波第五电阻Rb5、滤波第六电阻Rb6、滤波二极管一Db1、滤波二极管二Db2、滤波运放器一82、滤波运放器二83;
滤波第一电阻第一端、滤波二极管一负极、滤波二极管二正极与滤波第二电阻第一端连接;滤波第一电阻第二端,滤波二极管一正极,滤波二极管二负极,滤波第一电容第一端同时接地;滤波第二电阻第二端,滤波第一电容第二端,滤波第三电阻第一端连接;滤波第三电阻第二端,滤波第二电容第一端,滤波第四电阻第一端同时连接,滤波第四电阻第二端,滤波第三电容第一端,滤波运放器一正极输入端同时连接,滤波第三电容第二端接地;滤波运放器一负极输入端,滤波运放器一输出端,滤波第二电容第二端,滤波第五电阻第一端同时连接;滤波第五电阻第二端,滤波第四电容,滤波第六电阻同时连接,并通过滤波第四电容接地;滤波第六电阻接滤波运放器二的正极输入端;滤波运放器二的负极输入端,滤波运放器二的输出端,滤波第四电容同时连接;滤波运放器一、滤波运放器二分别连接5V电源;
信号处理一电路与信号处理二电路的电路图相同,这里不再复述。
电源稳压电路用于使供电电源通过电源稳压电路给处理器供电;电源稳压电路包括:电源接口86,第一稳压芯片84,第二稳压芯片85,第一电容Czd1,第二电容Czd2,第三电容Czd3,第四电容Czd4,第五电容Czd5,第六电容Czd6;
电源接口86三脚连接第一电容第一端,第一稳压芯片一号脚;第一稳压芯片二号脚连接第三电容第一端,第五电容第一端及5v输出端;电源接口86一脚连接第二电容第一端,第二稳压芯片一号脚;第一稳压芯片三号脚连接第四电容第一端,第六电容第一端及-5v输出端;电源接口86二脚连接第一电容第二端,第一稳压芯片三号脚,第三电容第二端,第五电容第二端,第二电容第二端,第二稳压芯片一号脚,第四电容第二端,第六电容第二端及大地。
本实施例中,太阳跟踪控制模块包括:电机控制信号传输电路,电机控制电路,驱动电路;
电机控制信号传输电路包括:与处理器连接的SSR1端,电阻Rzk1一端连接SSR1端,另一端连接光电隔离一脚,光电隔离二脚接地,光电隔离三脚通过电阻Rzk2接地,并通过电阻Rzk3接三极管N1的基极,光电隔离四脚接地,三极管N1的发射极接地,三极管N1的集电极通过二极管D3接电源,二极管D3的两端接JP1端;
电机控制电路包括:滤波整流电路62,控制开关63,驱动电路64,转速控制装置65,转速获取模块66;
滤波整流电路62第一端接市电,滤波整流电路62第二端接控制开关63的执行输入端,控制开关63的控制端接驱动电路64,驱动电路64接电机控制信号传输电路,控制开关63的执行端输出端接转速控制装置65,转速控制装置65接转速获取模块66,转速获取模块66接电机67;滤波整流电路62用于将220V的市电电压整流后变为脉动直流电,并在滤波电路的作用下减小脉动的直流电压中的交流成分,从而获得输出电压纹波系数低,且波形平滑的直流电,控制开关根据驱动电路的控制指令开启或关闭,控制开关开启后将直流电通过转速控制装置加至电机67上;转速获取模块66获取电机67的转速,并反馈给处理器;
驱动电路64包括:驱动芯片68,驱动芯片68一号脚接电源及通过电容Cfz1和电容Cfz2接地,驱动芯片三号脚通过电阻Rfz2接控制开关,驱动芯片三号脚接地,驱动芯片五号脚通过电阻Rfz1接JP1端。
电机控制信号传输电路的SSR1连接至处理器的一个设置为输出的I/O口,通过I/O口接收动作信号;JP1接驱动电路,控制控制开关的分合。
PC817是常用的线性光电隔离器件,输入回路与输出回路之间相隔离,在输入回路电流为5mA,电流传输比CTR大于50%。PC817在本设计中用于将处理器控制部分与后面的控制动作部分相隔离,提高系统的安全性。三极管N1采用的是三极管2N222A。正常情况下,SSR1输出低电平,经光电隔离后使C、E两点之间“断开”。此时,作为开关管使用的的三极管N1导通,驱动电路的输入回路接入+12V、一12V电源,所以控制开关闭合。
二极管D3主要是为了保护三极管N1等驱动元器件。当三极管N1由导通变成截止时,流经驱动电路电流将迅速减少,电路中会产生自感电动势与电源叠加后加在三极管N1的c、e两极之间,会导致三极管N1被击穿。并联上二极管后,即可将自感电动势钳位于二极管的正向导通电压,硅管约0.7V,锗管约0.2V,从而避免击穿三极管等驱动元件。
系统还包括:板式换热器温度获取模块,一级蒸馏器温度获取模块,二级蒸馏器温度获取模块,三级蒸馏器温度获取模块,一级蒸馏器压力获取模块,二级蒸馏器压力获取模块,三级蒸馏器压力获取模块,蒸发装置温度获取模块,冷凝器温度获取模块,一级储罐温度获取模块,二级储罐温度获取模块,三级储罐温度获取模块,淡水储罐温度获取模块,淡水储罐淡水量获取模块、一级储罐储量获取模块,二级储罐储量获取模块,三级储罐储量获取模块,工控上位机;
工控上位机包括:信息汇集模块、存储模块、浏览器访问模块、数据整理模块;
信息汇集模块用于分别收集板式换热器温度获取模块,一级蒸馏器温度获取模块,二级蒸馏器温度获取模块,三级蒸馏器温度获取模块,一级蒸馏器压力获取模块,二级蒸馏器压力获取模块,三级蒸馏器压力获取模块,蒸发装置温度获取模块,冷凝器温度获取模块,一级储罐温度获取模块,二级储罐温度获取模块,三级储罐温度获取模块,淡水储罐温度获取模块,淡水储罐淡水量获取模块、一级储罐储量获取模块,二级储罐储量获取模块,三级储罐储量获取模块的数据信息,太阳方位信息,电池板输出的电压信息、功率信息,实时获取当地的精度和纬度信息,实时计算的太阳高度角和方位角信息,太阳能电池板输出电流信息,输出功率信息,将各个信息进行汇总,发送至存储模块;
所述存储模块用于对各个信息进行存储;
数据整理模块用于整合信息汇集模块收集的数据信息,通过线路、表格、图形的展现形式进行有机整合,通过对数据的分析和编辑,让所有数据信息显示搭配显示屏上,帮助用户了解海水淡化状况,对海水淡化过程跟踪管理;
浏览器访问模块用于使用户通过PC机浏览器发出URI请求查控海水淡化系统运行数据,浏览器访问模块响应请求,并向请求端提供查控的运行数据信息,用户所需的海水淡化系统运行数据通过存储模块得到,以及得到运行数据历史信息。
这样,用户通过工控上位机获取整个系统的运行状况,并且能够实时获悉集热装置的运行状态及运行信息。而且能够整合信息汇集模块收集的数据信息,通过线路、表格、图形的展现形式进行有机整合,通过对数据的分析和编辑,让所有数据信息显示搭配显示屏上,帮助用户了解海水淡化状况,对海水淡化过程跟踪管理。
还提供了浏览器访问方式,便于用户对整个系统进行访问,查询。
本说明书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考即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。