[發明專利]一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒及其控制方法

在審

• 申請號: 202011275916.X
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112268473A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 游田;劉建坤;李沛余
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: F28D15/02
• 分類號: F28D15/02;F28D15/06;F25B1/00;F25B27/00;F25B49/02;H02J7/35
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 李思坪

1.一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒，其特征在于，包括太陽能光伏裝置、復合制冷裝置和控制模塊，所述控制模塊分別與太陽光伏裝置和復合制冷裝置連接，所述太陽能光伏裝置包括太陽能光伏板、電能控制器、蓄電池、逆變器和電表，所述太陽能光伏板、電能控制器、逆變器和電表依次連接，所述電能控制器還與蓄電池連接，所述電能控制器與控制模塊連接，所述復合制冷裝置包括風冷式冷凝器、第一切換模塊、第二切換模塊和直膨式蒸發器，所述風冷式冷凝器和直膨式蒸發器分別與第一切換模塊和第二切換模塊連接，所述第一切換模塊、第二切換模塊和風冷式冷凝器分別與控制模塊連接。

2.根據權利要求1所述一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒，其特征在于，所述第一切換模塊包括電動閥和電動膨脹閥，所述電動閥和電動膨脹閥分別與風冷式冷凝器連接，所述電動閥和電動膨脹閥分別與直膨式蒸發器連接，所述電動閥和電動膨脹閥分別與控制模塊連接。

3.根據權利要求2所述一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒，其特征在于，所述第二切換模塊包括壓縮機和自立式三通閥，所述壓縮機和自立式三通閥分別與風冷式冷凝器連接，所述壓縮機和自立式三通閥分別與直膨式蒸發器連接，所述壓縮機和自力式三通閥分別與控制模塊連接。

4.根據權利要求3所述一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒，其特征在于，所述控制模塊包括溫度傳感器和控制器，所述溫度傳感器與控制器連接，所述控制器分別與電動閥、電動膨脹閥、壓縮機、自力式三通閥、風冷式冷凝器和電能控制器連接。

5.一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取環境空氣溫度信息、土壤溫度信息和太陽能光伏板發電量信息；

根據環境空氣溫度信息、土壤溫度信息、太陽能光伏板發電量信息和預設規則切換復合型熱棒的工作模式。

6.根據權利要求5所述一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒的控制方法，其特征在于，所述根據環境空氣溫度信息、土壤溫度信息、太陽輻射強度信息和預設規則切換復合型熱棒的工作模式這一步驟，其具體包括：

判斷到土壤溫度低于預設溫度且太陽能光伏板發電量大于第一預設發電量，復合制冷設備不運行，切換復合型熱棒的工作模式為太陽能蓄電模式；

判斷到環境空氣溫度低于土壤溫度、土壤溫度高于預設溫度、太陽能光伏板發電量大于第一預設發電量，切換復合型熱棒的工作模式為太陽能供電和熱虹吸模式；

判斷到環境空氣溫度高于土壤溫度、土壤溫度高于預設溫度、太陽能光伏板發電量大于第二預設發電量，切換復合型熱棒的工作模式為太陽能供電和蒸汽壓縮模式；

判斷到環境空氣溫度低于土壤溫度、土壤溫度高于預設溫度，太陽能光伏板發電量小于第一預設發電量、蓄電池發電量高于第一預設發電量，切換復合型熱棒的工作模式為蓄電池供電和熱虹吸模式；

判斷到環境空氣溫度高于土壤溫度、土壤溫度高于預設溫度、太陽能光伏板發電量小于第二預設發電量，蓄電池發電量高于第二預設發電量，切換復合型熱棒的工作模式為蓄電池供電和蒸汽壓縮模式；

判斷到環境空氣溫度低于土壤溫度、土壤溫度高于預設溫度、太陽光伏板發電量小于第一預設發電量、蓄電池發電量小于第一預設發電量、太陽能和蓄電池聯合發電量大于第一預發電量時，切換復合型熱棒的工作模式為太陽能發電聯合蓄電池聯合供電和熱虹吸模式；

判斷到環境空氣溫度低于土壤溫度、土壤溫度高于預設溫度、太陽光伏板發電量大于第二預設發電量、蓄電池發電量小于第二預設發電量、太陽能和蓄電池聯合發電量大于第二預發電量時，切換復合型熱棒的工作模式為太陽能聯合蓄電池供電和蒸汽壓縮模式；

否則，該復合熱棒不運行。

7.根據權利要求6所述一種用于土壤溫度調控的復合型熱棒的控制方法，所述復合型熱棒的工作模式具體包括：

太陽能蓄電模式，該模式的復合制冷裝置不運行，蓄電池接收太陽能光伏板發出的電量；

太陽能供電和熱虹吸模式，該模式由太陽能光伏板供電，壓縮機和電動膨脹閥關閉，僅風冷式冷凝器的風機耗電，液態制冷劑在直膨式蒸發器中吸收土壤中的熱量，蒸發為氣態制冷劑，氣態制冷劑經過電動閥，進入地表的風冷式冷凝器，冷凝器中的氣態制冷劑被環境低溫空氣冷凝為液態制冷劑，釋放熱量，并通過自力式三通閥的流入直膨式蒸發器，完成熱虹吸模式循環，若有剩余電量可進入蓄電池蓄電；

太陽能供電和蒸汽壓縮模式，該模式由太陽能光伏板供電，壓縮機運行，自力式三通閥打開壓縮機環路，電動膨脹閥打開，電動閥關閉，低溫低壓液態制冷劑在直膨式蒸發器中吸收土壤中的熱量變成低溫低壓氣體制冷劑，進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，然后進入風冷式冷凝器冷卻至高溫高壓液體，向周圍的高溫空氣釋放熱量，然后進入電子膨脹閥膨脹為低溫低壓液態制冷劑，再進入直膨式蒸發器，完成蒸汽壓縮模式循環，若有剩余電量可進入蓄電池蓄電；

蓄電池供電和熱虹吸模式，該模式由蓄電池供電，壓縮機和電動膨脹閥關閉，僅風冷式冷凝器的風機耗電，態制冷劑在直膨式蒸發器中吸收土壤中的熱量，蒸發為氣態制冷劑，氣態制冷劑經過電動閥，進入地表的風冷式冷凝器，冷凝器中的氣態制冷劑被環境低溫空氣冷凝為液態制冷劑，釋放熱量，并通過自力式三通閥的流入直膨式蒸發器，完成熱虹吸模式循環；

蓄電池供電和蒸汽壓縮模式，該模式由蓄電池供電，壓縮機運行，自力式三通閥打開壓縮機環路，電動膨脹閥打開，電動閥關閉，低溫低壓液態制冷劑在直膨式蒸發器中吸收土壤中的熱量變成低溫低壓氣體制冷劑，進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，然后進入風冷式冷凝器冷卻至高溫高壓液體，向周圍的高溫空氣釋放熱量，然后進入電子膨脹閥膨脹為低溫低壓液態制冷劑，再進入直膨式蒸發器，完成蒸汽壓縮模式循環；

太陽能聯合蓄電池供電和熱虹吸模式，該模式由太陽能光伏板和蓄電池共同供電，壓縮機和電動膨脹閥關閉，僅風冷式冷凝器的風機耗電，復合制冷裝置中的液態制冷劑在直膨式蒸發器中吸收土壤中的熱量，蒸發為氣態制冷劑，氣態制冷劑經過電動閥，進入地表的風冷式冷凝器，冷凝器中的氣態制冷劑被環境低溫空氣冷凝為液態制冷劑，釋放熱量，并通過自力式三通閥的流入直膨式蒸發器，完成熱虹吸模式循環；

太陽能聯合蓄電池供電和蒸汽壓縮模式，該模式由太陽能光伏板和蓄電池共同供電，壓縮機運行，自力式三通閥打開壓縮機環路，電動膨脹閥打開，電動閥關閉，復合制冷裝置中的低溫低壓液態制冷劑在直膨式蒸發器中吸收土壤中的熱量變成低溫低壓氣體制冷劑，進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，然后進入風冷式冷凝器冷卻至高溫高壓液體，向周圍的高溫空氣釋放熱量，然后進入電子膨脹閥膨脹為低溫低壓液態制冷劑，再進入直膨式蒸發器，完成蒸汽壓縮模式循環。