一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统及方法。本发明专利技术的系统包括蒸馏装置、太阳能采集装置、闭环控制装置、太阳能发电装置、强化冷却装置、海水供给装置。本发明专利技术的方法步骤依次为启动系统、系统多目标优化蒸馏、系统补水、系统余热蒸馏。本发明专利技术的系统和方法相比现有的蒸馏系统及控制方法，利用了多目标优化方法对传统太阳能蒸馏系统提供自动闭环控制，使传统蒸馏装置的产水速度平稳，且将太阳能真空多级蒸馏装置维持以高效率输出产生尽可能多的淡水。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统及方法
本专利技术涉及太阳能利用的
更具体地，涉及一种利用并控制太阳能进行蒸馏水的系统和方法。
技术介绍
太阳能多级管式蒸馏水装置是一种利用太阳能与水蒸气冷凝时的汽化潜热将海水淡化的蒸馏水装置，该装置只需要太阳能作为外部能量输入，不消耗化石能源作为能量来源，无有害物质排放且无噪音无污染的清洁能源海水淡化装置。然而，太阳能多级蒸馏装置却对外界条件有严格的要求。首先，他们通常需要接收较高强度或长时间的太阳辐照才能使水转变成为水蒸气，而太阳辐照强度在一天当中随时间变化大，这使得蒸馏装置的产水速率只有在太阳强度较高的时间比如中午12点到下午2点这个时间段内会比较可观，这使得传统的太阳能多级蒸馏装置无法将产水量最大化。其次，蒸馏系统中的蒸馏所需的热量是由循环水泵的循环水带入到系统当中，传统的太阳能蒸馏装置的循环水泵往往固定了水的流速无法调整，使得装置在太阳辐照强度低时不能加快循环水的流速强化对流传热，从而达不到加快水的蒸馏速度增加产水量的目的。因此，有效的太阳辐照管理与循环水管理系统对于太阳能多级蒸馏装置至关重要。尽管无法改变太阳辐照强度随时间变化这个自然规律，但是它可以调整太阳能集热器的角度，使装置在工作时间内尽可能多的接收太阳辐照。同时根据产水速率与所接收的太阳辐照总量调整循环水的流速，使整个蒸馏装置的产水量最大化。
技术实现思路
本专利技术提供了一种太阳能真空多级管式蒸馏系统，本专利技术还提供了该蒸馏系统的多目标优化方法。<br>为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下文的技术方案。一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，包括蒸馏装置、太阳能采集装置、闭环控制装置、太阳能发电装置、强化冷却装置、海水供给装置；闭环控制装置用于分别控制蒸馏装置、太阳能采集装置、太阳能发电装置、海水供给装置的运作；太阳能发电装置用于向整个蒸馏系统供电；海水供给装置用于向蒸馏装置输入水源；太阳能采集装置用于向整个蒸馏系统提供能源输入；蒸馏装置浸没在强化冷却装置中，蒸馏装置用于蒸发海水产生蒸馏水，强化冷却装置用于对蒸馏装置进行降温。进一步地，闭环控制装置包括单片微型计算机、最大功率点跟踪控制器、太阳辐照传感器、电压控制器、变功率微型水泵、压力传感器、微型真空泵、称重传感器、补水阀、液位传感器；单片微型计算机分别控制最大功率点跟踪控制器、太阳辐照传感器、电压控制器、变功率微型水泵、压力传感器、微型真空泵、称重传感器、补水阀、液位传感器的运行；最大功率点跟踪控制器、太阳辐照传感器、电压控制器、变功率微型水泵、压力传感器、微型真空泵、称重传感器、补水阀、液位传感器分别与单片微型计算机电性连接。进一步地，单片微型计算机用作多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏方法的计算和控制部件。进一步地，蒸馏装置为真空多级管式蒸馏管，真空多级管式蒸馏管用于对流传热蒸馏与汽化潜热蒸馏。进一步地，太阳能发电装置设有储电设备；最大功率点跟踪控制器与太阳能发电装置间通过电气开关电性连接。进一步地，强化冷却装置内部装有冷水，真空多级管式蒸馏管浸没在强化冷却装置的冷水中。进一步地，电压控制器、太阳辐照传感器、压力传感器、称重传感器、液位传感器均分别设有输出端电性连接单片微型计算机；电压控制器用于将太阳能发电装置的发电信号传输到单片微型计算机；压力传感器用于将内压强信号传输到单片微型计算机；称重传感器用于将蒸馏装置的产水信号传输到单片微型计算机；液位传感器用于将水位信号传输到单片微型计算机；太阳辐照传感器用于将阳光的辐照强度信号传输到单片微型计算机。一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏方法，包括步骤如下：S1.系统启动；利用外部电源先给太阳能发电装置充电；太阳能发电装置传给单片微型计算机发电信号，片微型计算机控制最大功率点跟踪控制器和电压控制器分别与太阳能发电装置产生电性连接，同时单片微型计算机控制启动全部的传感器、泵和补水阀上电；S2.系统工作；单片微型计算机根据称重传感器的产水量信号、太阳辐照传感器的太阳光辐照强度信号执行多目标优化方法预测产水量，根据预测的产水量调节循环水泵内循环水流速和太阳能采集装置的角度，使蒸馏装置具备相应的产水速度；S3.在系统工作时，若称重传感器监测到蒸馏装置内水量低于1千克的信号，则单片微型计算机控制补水阀开启往蒸馏装置内补水，液位传感器监测到水量补充到位的信号后，回传到单片微型计算机以控制补水阀关闭；若蒸馏装置内的水量监测到没有低于1千克的数值，则保持当前的工作状态；S4.当太阳辐照传感器监测到太阳下山的光照信号后，单片微型计算机控制全部的传感器、泵和补水阀下电停止工作，让蒸馏装置利用汽化潜热与海水余热继续进行蒸馏。进一步地，在步骤S2中，多目标优化方法的具体步骤如下：S21、特征选择；根据循环水温、太阳辐照强度、吸收太阳辐照总量、循环水流速、环境温度、风速、装置内真空度构造特征数据；S22、模型选择；选择多目标优化大数据模型，选取蒸馏装置产水量作为模型输出，循环水温、太阳辐照强度、吸收太阳辐照总量、循环水流速、环境温度、风速、装置内真空度作为模型输入；S23、采用10-折交叉验证方法来对多目标优化大数据模型进行训练和评价；模型评价标准采用决定系数R2，R2计算方法如下式：其中，y为待拟合数值，均值为拟合值为n为数据集大小；S24、模型输出；将步骤S23中训练得到的多目标优化大数据模型保存；S25、多目标预测；根据步骤S24的多目标优化大数据模型，输入实时采集的特征数据对蒸馏装置产水量、太阳辐照强度进行预测。进一步地，在步骤S23中，10-折交叉验证方法步骤如下：S231、把步骤S21中的特征数据设为训练集S，将全部训练集S分成10个不相交的子集，训练集S中的训练样例个数为m，每一个子集有m/10个训练样例，相应的子集标记为{s1,s2,…,s10}，每次从分好的子集中里面，拿出一个作为测试集，其它9个作为训练集；S232、训练多目标优化大数据模型；S233、将测试集代入多目标优化大数据模型中，计算决定系数R2值；S234、计算10次R2再求得其平均值，将平均值设为多目标优化大数据模型的准确率的依据；S235、将实时采集的循环水温、太阳辐照强度、吸收太阳辐照总量、循环水流速、环境温度、风速、装置内真空度特征数据作为训练后多目标优化大数据模型的模型输入；特征数据的采集时间间隔为5min；S236、模型评价；根据相同条件下的循环水温、太阳辐照强度、吸收太阳辐照总量、循环水流速、环境温度、风速、装置内真空度作为自变量，将自变量作为多目标优化大数据模型输入，由多目标优化大数据模型预测蒸馏装置的日产水量；当模型预测的日产水量大于等于实际监测到的日产水量的105％时，判定训练后的多目标优化大数据模型有效。与现有技术相比，本专利技术的蒸馏系统和蒸馏方法具备以下有益效果：利用单片微型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：包括/n蒸馏装置、太阳能采集装置、闭环控制装置、太阳能发电装置、强化冷却装置、海水供给装置；所述闭环控制装置用于分别控制蒸馏装置、太阳能采集装置、太阳能发电装置、海水供给装置的运作；所述太阳能发电装置用于向整个蒸馏系统供电；所述海水供给装置用于向所述蒸馏装置输入水源；所述太阳能采集装置用于向整个蒸馏系统提供能源输入；所述蒸馏装置浸没在所述强化冷却装置中，蒸馏装置用于蒸发海水产生蒸馏水，强化冷却装置用于对蒸馏装置进行降温。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：包括
蒸馏装置、太阳能采集装置、闭环控制装置、太阳能发电装置、强化冷却装置、海水供给装置；所述闭环控制装置用于分别控制蒸馏装置、太阳能采集装置、太阳能发电装置、海水供给装置的运作；所述太阳能发电装置用于向整个蒸馏系统供电；所述海水供给装置用于向所述蒸馏装置输入水源；所述太阳能采集装置用于向整个蒸馏系统提供能源输入；所述蒸馏装置浸没在所述强化冷却装置中，蒸馏装置用于蒸发海水产生蒸馏水，强化冷却装置用于对蒸馏装置进行降温。


2.根据权利要求1中所述基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：所述闭环控制装置包括单片微型计算机、最大功率点跟踪控制器、太阳辐照传感器、电压控制器、变功率微型水泵、压力传感器、微型真空泵、称重传感器、补水阀、液位传感器；所述单片微型计算机分别控制所述最大功率点跟踪控制器、电压控制器、太阳辐照传感器、变功率微型水泵、压力传感器、微型真空泵、称重传感器、补水阀、液位传感器的运行；最大功率点跟踪控制器、太阳辐照传感器、电压控制器、变功率微型水泵、压力传感器、微型真空泵、称重传感器、补水阀、液位传感器分别与单片微型计算机电性连接。


3.根据权利要求2所述基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：所述单片微型计算机用作多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏方法的计算和控制部件。


4.根据权利要求3所述基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：所述蒸馏装置为真空多级管式蒸馏管，所述真空多级管式蒸馏管用于对流传热蒸馏与汽化潜热蒸馏。


5.根据权利要求4所述基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：所述太阳能发电装置设有储电设备；所述最大功率点跟踪控制器和电压控制器分别与太阳能发电装置间通过电气开关电性连接。


6.根据权利要求5所述基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：所述强化冷却装置内部装有冷水，所述真空多级管式蒸馏管浸没在强化冷却装置的冷水中。


7.根据权利要求6所述基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏系统，其特征在于：所述电压控制器、太阳辐照传感器、压力传感器、称重传感器、液位传感器均分别设有输出端电性连接单片微型计算机；所述电压控制器用于将太阳能发电装置的发电信号传输到单片微型计算机；所述压力传感器用于将内压强信号传输到单片微型计算机；所述称重传感器用于将蒸馏装置的产水信号传输到单片微型计算机；所述液位传感器用于将水位信号传输到单片微型计算机；所述太阳辐照传感器用于将阳光的辐照强度信号传输到单片微型计算机。


8.一种基于多目标优化的太阳能真空多级管式蒸馏方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1.系统启动；利用外部电源先给太阳能发电装置充电；太阳能发电装置传给单片微型计算机发电信号，片微型计算机控制最大功率点跟踪控制器与太阳能发电装置产生电性连接，同时单片微型计算机控制启动全部的传感器、泵和补水阀上电；<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗锴，江俊扬，姚清河，杨耿超，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44