專利名稱：太陽能集熱器測試系統(tǒng)及測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能集熱器測試系統(tǒng)及測試方法，屬于一種太陽能 集熱器集熱性能檢測技術領域，所說的太陽能集熱器測試系統(tǒng)包括用于循
環(huán)介質(zhì)循環(huán)的循環(huán)系統(tǒng)和用于檢測循環(huán)介質(zhì)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
(二)
背景技術：
我國太陽能集熱器的國家標準于1998年頒布實施，而太陽能集熱器的 檢測隨著2003 2005先后在武漢和北京國家太陽能熱水器質(zhì)量監(jiān)督檢驗 中心成立后才真正全面開展，但測試水平距離國際高水平的檢測機構如瑞 士SPF、德國ITW仍有一定距離。
我國太陽能檢測的現(xiàn)狀是雖然由于起步較晚，我國太陽能檢測水平 的起點較高，并受國際資金、技術的大力支持，檢測能力基本覆蓋了目前 太陽能熱利用的主要領域。然而，太陽能熱水器先進的檢測方法在我國剛 剛開展，不能滿足市場測試的需求；檢測中心技術儲備較弱，缺乏大量的 經(jīng)過專業(yè)技術培訓的各層次技術人員，需大力培養(yǎng)人才；國際實驗室間基 本還沒開展比對業(yè)務，國內(nèi)實驗室間的比對也較少，國內(nèi)實驗室間的測試 水平參差不齊，需進一步提高；與歐盟等太陽熱水器檢測開展較好的國際 間合作機會很少，互訪的機制與渠道也還未建立。
在集熱器檢測方面，兩個國家太陽能檢測中心的集熱器檢測系統(tǒng)均按 開式系統(tǒng)設計，為了獲得穩(wěn)定流量的循環(huán)介質(zhì)，其循環(huán)管路上設置有恒壓 水箱，結構比較復雜。并且由于太陽能集熱器測試系統(tǒng)以水為循環(huán)介質(zhì)， 在一個標準大氣壓下，水的沸點是IO(TC，也就決定了器測試溫度最高為 IOO'C。后來北京檢測中心在對系統(tǒng)進行技術改造，使測試系統(tǒng)有了一定的 承壓能力，但開式系統(tǒng)自身無法承壓的特點，使得其最高測試溫度只能達 到105°C，顯然難以滿足目前集熱器研究的快速發(fā)展，特別是逐步向工業(yè) 領域應用的中溫集熱器的發(fā)展。
雖然目前我國在太陽能檢測領域受到國際資金和技術的支持，但核心 技術仍然為發(fā)達國家所掌握，并處于非自由類狀態(tài)，其檢測系統(tǒng)的原理和 具體結構目前仍然無法獲知。就目前來看，我國現(xiàn)有的太陽能集熱器測試 系統(tǒng)的具體技術方案也沒有公開，只是部分地公開了其原理。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種承壓運行的太陽能集熱器測試系統(tǒng) 及測試方法，以獲得集熱器至中高溫段的測試能力，并且易于控制和獲取 測試參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的太陽能集熱器測試系統(tǒng)采用以下技術方案 該發(fā)明一種太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其包括循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)，以及相匹配的控制系統(tǒng)，所述循環(huán)系統(tǒng)包括通過換熱器互聯(lián)的加熱循 環(huán)系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)，其中加熱循環(huán)系統(tǒng)與待測試集熱器構成閉式循環(huán) 系統(tǒng)，在其循環(huán)管路上設有加熱裝置、系統(tǒng)循環(huán)泵、流量計和壓力表，并 至少在換熱器熱端出液口、加熱裝置出液口和集熱器的進、出液口設有用 于采集水溫的溫度傳感器；所述制冷循環(huán)系統(tǒng)包括在其上水或回水管道上
設置的電動三通閥，其另一接口接于相對管道上；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于 采集上述溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，以及周圍環(huán)境參數(shù)；所述控制系統(tǒng)主要 用于控制所述加熱裝置的狀態(tài)和所述電動三通閥的開度，以獲取穩(wěn)定的太 陽能集熱器進液溫度。
根據(jù)本發(fā)明另一個方案的上述太陽能集熱器測試系統(tǒng)測試集熱器性 能的方法，其包括以下步驟
a) 向所述加熱循環(huán)系統(tǒng)加注經(jīng)凈化或高溫加熱后的水，直至將該循環(huán) 系統(tǒng)的氣體排凈；
b) 啟動制冷循環(huán)系統(tǒng)和加熱循環(huán)系統(tǒng)，控制所述電動三通閥調(diào)整集熱 器進液溫度至設定溫度，并調(diào)整加熱循環(huán)系統(tǒng)介質(zhì)流量穩(wěn)定在標準要求 的流量值；
c) 打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行參數(shù)記錄，主要包括集熱器進出口溫度、流 量、環(huán)境溫度、環(huán)境風速、太陽輻照度；
d) 在達到標準要求的測試時間后，再次調(diào)節(jié)設定溫度進行下一個工況
的測試，直到標準要求的4個工況全部完成。 根據(jù)本發(fā)明的技術方案主要用于中高溫太陽能集熱器的測試，當然， 也可以用于低溫區(qū)太陽能集熱器的測試，其中中高溫太陽能集熱器的測試 溫度可達到120°C。由于本方案所涉及加熱循環(huán)系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，具有承
5壓能力，并據(jù)測算，在其承壓能力下最高可以進行13(TC太陽能集熱器的
測試，從而，開辟了國內(nèi)在這一領域的新空間。為了獲得穩(wěn)定的集熱器進 液管進液溫度，本方案采用加熱循環(huán)系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)通過換熱器調(diào)溫 的方式，通過溫度參數(shù)的獲取和控制系統(tǒng)的調(diào)整，形成閉環(huán)控制，其控制
誤差在士o.rc，控制精度高，進而，使測試的太陽能集熱器的測試結構更
具代表性。
上述太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其進一步包括連接于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 以用于采集太陽輻射數(shù)據(jù)的總輻射表，以及散射輻射表。
在所述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有緩沖水箱。
所述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有膨脹水箱。
所述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有注液閥、排氣閥和卸荷閥。
所述制冷循環(huán)系統(tǒng)包括冷水箱和對該冷水箱介質(zhì)進行制冷的制冷機 和為制冷主循環(huán)提供動力的制冷循環(huán)泵。
其進一步包括用于承載待測試集熱器的自動跟蹤太陽能架，并在該自 動跟蹤太陽能架上表面設有跟蹤太陽的傳感器，控制系統(tǒng)通過獲取該傳感 器的信息進而控制自動跟蹤太陽能架的轉(zhuǎn)臺運行。
根據(jù)本發(fā)明技術方案的方法，所述集熱器進液溫度誤差需要控制在士
o.rc。
所述加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱后的介質(zhì)溫度高于制冷循環(huán)系統(tǒng)制冷后的介
質(zhì)溫度0.5 。C。
下面結合說明書附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的闡述，使本領域
的技術人員更好的理解本發(fā)明，其中
圖1為本發(fā)明太陽能集熱器測試系統(tǒng)實施例的結構示意圖。
圖2為太陽能自動跟蹤架的結構示意圖。
圖中1、進液管，2、集熱器進口溫度傳感器，3、集熱器，4、風速 儀，5、環(huán)境溫度傳感器，6、總輻射表，7、散射輻射表，8、集熱器出口 溫度傳感器，9、出液罐，10、注液閥，11、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，12、冷水箱， 13、制冷機，14、制冷循環(huán)泵，15、電動三通閥，16、換熱器，17、換熱 溫度傳感器，18、系統(tǒng)循環(huán)泵，19、加熱裝置，20、控制系統(tǒng)，21、加熱 溫度傳感器，22、緩沖水箱，23、流量計，24、膨脹水箱，25、排氣閥， 26、壓力表，27、跟蹤太陽傳感器，28、支架，29、轉(zhuǎn)臺，30、自動跟蹤太陽架。 具體實施例方式
下面對本發(fā)明的技術方案作示例性說明
參照說明書附圖1和2，根據(jù)本發(fā)明技術方案的太陽能集熱器測試系 統(tǒng)，其包括循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ll，以及相匹配的控制系統(tǒng)20，其特 征在于:所述循環(huán)系統(tǒng)包括通過換熱器17互聯(lián)的加熱循環(huán)系統(tǒng)和制冷循環(huán) 系統(tǒng)，其中加熱循環(huán)系統(tǒng)與待測試集熱器3構成閉式循環(huán)系統(tǒng)，在其循環(huán)
管路上設有加熱裝置19、系統(tǒng)循環(huán)泵18、流量計23和壓力表26，并至少 在換熱器熱端出液口、加熱裝置出液口和集熱器的進、出液口設有用于采 集水溫的溫度傳感器；所述制冷循環(huán)系統(tǒng)包括在其上水或回水管道上設置 的電動三通閥15，其另一接口接于相對管道上；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采 集上述溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，以及周圍環(huán)境參數(shù)；所述控制系統(tǒng)主要用 于控制所述加熱裝置的狀態(tài)和所述電動三通閥的開度，以獲取穩(wěn)定的太陽 能集熱器進液溫度。
對于周圍環(huán)境的檢測，主要包括風速、環(huán)境溫度、太陽輻射強度的檢
因此，其進一步包括連接于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以用于采集太陽輻射數(shù) 據(jù)的總輻射表6，以及散射輻射表7，以獲取太陽光的輻射強度，用于計算 集熱器的集熱效率。
因系統(tǒng)循環(huán)泵工作會有波動，為了獲得比較穩(wěn)定的液流，在所述加熱 循環(huán)系統(tǒng)管路上設有緩沖水箱22。
此外，為了使循環(huán)介質(zhì)壓力趨于穩(wěn)定，所述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有 膨脹水箱24。
所述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有注液閥10、排氣閥25和卸荷閥，當然 注液閥和排氣閥是閉式循環(huán)系統(tǒng)必備的附件，以用于排除該系統(tǒng)中的氣體。 卸荷閥則用于系統(tǒng)壓力過高時的壓力卸荷，比如說隨著集熱器效率測試溫 度的升高，介質(zhì)的溫度升高，造成其受熱膨脹，系統(tǒng)壓力增高，為了使系 統(tǒng)安全運行，需要卸荷閥工作。
所述制冷循環(huán)系統(tǒng)包括冷水箱12和對該冷水箱介質(zhì)進行制冷的制冷 機13和為制冷主循環(huán)提供動力的制冷循環(huán)泵14。冷水箱主要是提高系統(tǒng) 的儲能能力。在本方案中，加熱裝置位于換熱器的下級，可以使制冷系統(tǒng) 首先對集熱器加熱過的水進行冷卻。
7為了獲得穩(wěn)定的太陽光輻射強度，其進一歩包括用于承載待測試集熱 器的自動跟蹤太陽能架30，并在該自動跟蹤太陽能架上表面設有跟蹤太陽
的傳感器27，控制系統(tǒng)通過獲取該傳感器的信息進而控制自動跟蹤太陽能 架的轉(zhuǎn)臺29運行。太陽跟蹤系統(tǒng)目前已經(jīng)比較成熟，已經(jīng)被廣泛的應用在 太陽能電池帆板和太陽能電池矩陣上。
本方案中， 一種依據(jù)上述太陽能集熱器測試系統(tǒng)測試集熱器性能的方
法，其包括以下步驟
a) 向所述加熱循環(huán)系統(tǒng)加注經(jīng)凈化或高溫加熱后的水，直至將該循環(huán) 系統(tǒng)的氣體排凈，防止氣體存在影響系統(tǒng)壓力；
b) 啟動制冷循環(huán)系統(tǒng)和加熱循環(huán)系統(tǒng)，控制所述電動三通閥調(diào)整集熱 器進液溫度至設定溫度，并調(diào)整加熱循環(huán)系統(tǒng)介質(zhì)流量穩(wěn)定在標準要求 的流量值，電動三通閥可以方便的控制制冷系統(tǒng)在換熱器部分的介入 量，從而方便的控制所說的設定溫度；
c) 打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行參數(shù)記錄，主要包括集熱器進出口溫度、流 量、環(huán)境溫度、環(huán)境風速、太陽輻照度，以備分析之用；
d) 在達到標準要求的測試時間后，再次調(diào)節(jié)設定溫度進行下一個工況
的測試，直到標準要求的4個工況全部完成。 為了獲得準確的太陽能集熱器性能參數(shù)，所述集熱器進液溫度誤差需
要控制在土o.rc。
所述加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱后的介質(zhì)溫度高于制冷循環(huán)系統(tǒng)制冷后的介 質(zhì)溫度0.5。C，溫差范圍小，便于控制循環(huán)介質(zhì)溫度。
8
權利要求
1.一種太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其包括循環(huán)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(11)，以及相匹配的控制系統(tǒng)(20)，其特征在于所述循環(huán)系統(tǒng)包括通過換熱器(17)互聯(lián)的加熱循環(huán)系統(tǒng)和制冷循環(huán)系統(tǒng)，其中加熱循環(huán)系統(tǒng)與待測試集熱器(3)構成閉式循環(huán)系統(tǒng)，在其循環(huán)管路上設有加熱裝置(19)、系統(tǒng)循環(huán)泵(18)、流量計(23)和壓力表(26)，并至少在換熱器熱端出液口、加熱裝置出液口和集熱器的進、出液口設有用于采集水溫的溫度傳感器；所述制冷循環(huán)系統(tǒng)包括在其上水或回水管道上設置的電動三通閥(15)，其另一接口接于相對管道上；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集上述溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，以及周圍環(huán)境參數(shù)；所述控制系統(tǒng)主要用于控制所述加熱裝置的狀態(tài)和所述電動三通閥的開度，以獲取穩(wěn)定的太陽能集熱器進液溫度。
2. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其特征在于其 進一步包括連接于所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以用于采集太陽輻射數(shù)據(jù)的 總輻射表(6)，以及散射輻射表(7)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其特征在于在 所述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有緩沖水箱(22)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其特征在于所 述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有膨脹水箱(24)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其特征在于所 述加熱循環(huán)系統(tǒng)管路上設有注液閥(10)、排氣閥(25)和卸荷閥。
6. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其特征在于所 述制冷循環(huán)系統(tǒng)包括冷水箱(12)和對該冷水箱介質(zhì)進行制冷的 制冷機(13)和為制冷主循環(huán)提供動力的制冷循環(huán)泵(14)。
7. 根據(jù)權利要求1至6之一所述的太陽能集熱器測試系統(tǒng)，其特征在于其進一步包括用于承載待測試集熱器的自動跟蹤太陽能架 (30)，并在該自動跟蹤太陽能架上表面設有跟蹤太陽的傳感器 (27)，控制系統(tǒng)通過獲取該傳感器的信息進而控制自動跟蹤太陽能架的轉(zhuǎn)臺(29)運行。
8. —種依據(jù)權利要求1太陽能集熱器測試系統(tǒng)測試集熱器性能的方法，其包括以下步驟a) 向所述加熱循環(huán)系統(tǒng)加注經(jīng)凈化或高溫加熱后的水，直至將該 循環(huán)系統(tǒng)的氣體排凈；b) 啟動制冷循環(huán)系統(tǒng)和加熱循環(huán)系統(tǒng)，控制所述電動三通閥調(diào)整 集熱器進液溫度至設定溫度，并調(diào)整加熱循環(huán)系統(tǒng)介質(zhì)流量穩(wěn)定 在標準要求的流量值；c) 打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行參數(shù)記錄，主要包括集熱器進出口溫 度、流量、環(huán)境溫度、環(huán)境風速、太陽輻照度；d) 在達到標準要求的測試時間后，再次調(diào)節(jié)設定溫度進行下一個 工況的測試，直到標準要求的4個工況全部完成。
9. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于所述集熱器進液溫度誤差需要控制在士o.rc。
10. 根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于所述加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱后的介質(zhì)溫度高于制冷循環(huán)系統(tǒng)制冷后的介質(zhì)溫度0.5°C 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能集熱器測試系統(tǒng)及測試方法。該發(fā)明采用閉式循環(huán)系統(tǒng)以解決現(xiàn)有測試系統(tǒng)測試溫度不高的問題，且采用多方位的數(shù)據(jù)采集和控制，易于控制和獲取測試參數(shù)。
文檔編號G01M99/00GK101587025SQ200910015900
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權日2009年6月19日
發(fā)明者超 倪, 玲 周, 申文明, 馬光柏, 馬迎昌 申請人:山東力諾瑞特新能源有限公司