一種適應寒冬環境的風、光互補熱水器制造技術

本實用新型專利技術公開一種適應寒冬環境的風、光互補熱水器。采用所述小型風力發電機（１）為能源，通過控制和蓄電模塊（５）給所述電加熱器和柔性電加熱帶供電；所述的太陽能熱水器（２）水箱內安裝有電加熱器，供外接電源保溫防凍和產生熱水，具體安裝位置在靠近水箱底部，水箱側端面留有電接口和控制器輸出端連接；所述上、下水管組件（３）、（４）的管道發泡隔熱層和管壁之間纏有柔性電加熱帶，所述下水管（４）為熱水出口，安裝于水箱端面下側；所述控制和蓄電模塊（５）包括蓄電池、控制器，控制器通過ＣＰＵ控制繼電開關Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４開合。其優點在于，小型風力發電機采用直流永磁發電機，無需對風輪轉速進行控制和調節，只要保證安全風速條件下風輪轉速在發電機允許最大轉速范圍內，結構簡單，風能利用效率高；阻性負載對供電品質要求很低，發電機輸出端直接給電加熱器和柔性加熱帶供電，無需復雜的電力變換和穩壓裝置，能夠在很寬的電壓范圍內工作產生熱水，風電的熱利用效率高。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種能夠在寒冬季節，甚至是連續陰、雨、雪天氣中穩定供應熱水 的風、光互補熱水器，無需額外能源供應，解決普通太陽能熱水器冬季無法使用的問題。
技術介紹
太陽能熱水器結構簡單，安裝使用方便，采用完全免費、取之不盡的太陽光作為能 源，倍受廣大群眾歡迎和各國政府的關注。但是，普通太陽能熱水器有兩段較長的上、下水 管暴露在室外環境中，在北方寒冷的冬季被動隔熱保溫的方法無法避免水管的結冰堵塞甚 至凍裂，夜晚，使用完熱水后水箱內熱水很少熱容量有限，水箱也存在會結冰的問題，導致 現有絕大部分太陽能熱水器在冬季無法使用，極大的影響了它在北方的推廣應用。如果要 解決冬季太陽能熱水器管道防凍的問題，做到在人們最需要熱水的寒冷冬季雪中送炭，就 必須有外來能量供給管道和水箱進行主動加熱保溫。風電作為清潔可再生的能源，同樣具有廣闊的應用前景，國家投入了大量資金支 持大規模并網風電場的建設。但是，由于風電的不可預測性的波動給電網的安全和供電品 質帶來較大的影響，甚至被一些電網企業視為垃圾電，并網型風力機需要機構復雜的變速 箱造價昂貴，啟動風速要求高、變速箱輸入轉速范圍窄等原因導致風能利用效率不高，風能 的就地利用問題已成為風電行業重要的研究課題。太陽能熱水器管道和水箱都覆有隔熱 層，保溫防凍需求的加熱功率很小，小型風力發電機是比較理想的保溫能量來源；風能和光 能具有一定互補性，且風能相比較太陽光能能量密度較大，應該以風能用于太陽能熱水器 保溫防凍為契機，逐步推動適應寒冬環境使用的風光互補熱水器、風光互補住宅獨立供熱 系統、風光互補住宅供熱和供電系統等風能就地利用形式的產業化。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有太陽能熱水器由于上、下水管結冰在北方冬天無 法使用的缺點，提供一種能夠在寒冬季節甚至是連續陰、雨、雪天氣中穩定供應熱水的風、 光互補熱水器。同時也為風電的就地利用提供了一種可以快速產業化的全新形式。為實現上述目的，本技術采用如下技術方案一種適應寒冬環境的風、光互補熱水器由小型風力發電機(1)，太陽能熱水器 (2)，上水管組件(3)，下水管組件(4)，控制和蓄電模塊(5)組成。其特征在于采用所述小 型風力發電機⑴為能源，通過控制和蓄電模塊(5)給所述電加熱器和柔性電加熱帶供電； 所述的太陽能熱水器(2)水箱內安裝有電加熱器，供外接電源保溫防凍和產生熱水，具體 安裝位置在靠近水箱底部，水箱側端面留有電接口和控制器輸出端連接；所述上、下水管組 件(3)、(4)的管道發泡隔熱層和管壁之間纏有柔性電加熱帶，所述下水管(4)為熱水出口， 安裝于水箱端面下側；所述控制和蓄電模塊(5)包括蓄電池、控制器，控制器通過CPU控制 繼電開關Kl、K2、K3、K4開合。采用小型風力發電機給熱水器提供保溫防凍的能源，因而， 無需消耗市電和煤，即可實現熱水器的保溫防凍；除去保溫防凍的能量消耗，富余的風電供給太陽能熱水器水箱中的電加熱器，可以在風速較大的晴天增加熱水的供應能力，在夜晚 和連續陰、雨、雪天氣也可以利用北方冬季較豐富的風能產生充足的生活熱水。本技術有如下一些優點1.可以在寒冷天氣使用，和普通單一能源的太陽能熱水器相比產生熱水的能力更 強，便于在北方地區的推廣，有望徹底改變普通太陽能熱水器只會錦上添花，不能雪中送炭 的現狀，在最需要供暖的冬天提供方便而廉價的熱水，切實改善群眾生活質量。2.為清潔可再生的風電的就地利用提供了一種可以快速產業化的載體。可以通過 這種適應性更強的風、光互補熱水器的推廣應用和智能化改進等，提高小風電的應用范圍 和規模。逐步推動適應寒冬環境使用的風光互補熱水器、風光互補住宅獨立供熱系統、風光 互補住宅供熱和供電系統等風能就地利用形式的產業化。3.采用小風電作為保溫、加熱水箱、智能控制等的電源，熱水器自成一體無需消耗 市電和煤炭，全部能源都清潔可再生的，提高群眾生活質量的同時也節約了取暖成本，是一 款集經濟性、清潔環保和方便可靠于一身的產品。 4.小風電和太陽能熱水器組合跟小風電和光伏發電組合相比，具有更高的能量利 用效率和更低的成本，利于產業化推廣。太陽能熱水器是產業化程度最高的太陽能利用技 術，而光伏發電能量效率低、單位面積成本高，要達到一定的功率規模，需要占用很大的光 照面積和相應巨額的成本，規模化發展阻力較大。附圖說明圖1是本技術組成結構示意圖其中1_小型直流永磁風力發電機，2-太陽能熱水器，3-上水管組件，4-下水管組 件，5-控制和蓄電模塊。圖2是控制和蓄電模塊能量管理實現方法示意圖CPU控制繼電開關ΚΙ、K2、K3、 K4開合實現管道溫度控制和能量智能管理。具體實施方式以下結合附圖對本技術作詳細介紹本技術由小型直流永磁風力發電機 1，太陽能熱水器2，上水管組件3，下水管組件4，控制和蓄電模塊5組成。其特征在于采用所 述小型直流永磁風力發電機1為能源，通過控制和蓄電模塊5給所述電加熱器和柔性電加 熱帶供電，小型風力發電機采用永磁直流發電機，由于都是阻性負載對供電品質要求很低， 因此風力發電機輸出端可以直接給電加熱器和柔性加熱帶供電，無需復雜的電力變換和穩 壓裝置；所述的太陽能熱水器2水箱內安裝有電加熱器，供外接電源保溫防凍和產生熱水， 具體安裝位置在靠近水箱底部，水箱側端面留有電接口和控制器輸出端連接；所述上、下水 管組件3、4的管道發泡隔熱層和管壁之間纏有柔性電加熱帶，供冬季管道加熱保溫用，所 述下水管4為熱水出口，安裝于水箱端面下側減小熱水殘余量；所述控制和蓄電模塊5包括 蓄電池、控制器，蓄電池為夜晚無風條件管路防凍提供能量儲備，控制器通過CPU控制繼電 開關Kl、K2、K3、K4開合實現管道溫度控制和能量分配管理。1.總體設計原則(1)小型風力發電機1設計額定功率為lkW，額定風速為8m/s時需要的風輪直徑為3m左右，啟動風速為3m/s，1-2級風即可啟動供電，采用直流永磁發電機，額定風速條件 下輸出電壓36V，具有制造成本低，結構簡單，控制和使用方便等特點，通過增加風力發電機 功率，即可將小風電的應用范圍拓寬至電暖氣供電等其他供暖和供電場合；(2)蓄電池額定電壓24V，允許工作電壓范圍為20 28V，設計容量可供上、下水管 道-300C條件下2天加熱保溫使用，可以通過適當的隔熱材料厚度控制熱量需求避免蓄電 池容量要求過大，若兩天時間內都沒有出現有風天氣給蓄電池補充能量，則通過缺電信號 通知用戶采取緊急措施使用市電給蓄電池充電；(3)電加熱器和加熱帶允許工作電壓范圍較寬，直流永磁風力發電機1工作在遠 離額定工作點的情況下，也可以直接給電加熱器供電產生熱水，利于提高風電的熱利用效率。(4)太陽能熱水器2安裝應盡可能減少直接暴露在室外環境的上、下水管的長度， 根據產品設計規范允許暴露的最大長度和蓄電池的容量，分析確定管道隔熱層的材料及其 厚度，進而由保溫需求的熱流密度和蓄電池允許最低電壓確柔性加熱帶電阻參數；(5)太陽能熱水器2水箱內安裝有電加熱器，電加熱器功率參數和風力發電機1相 匹配，其允許的最大過流能力由風力機安全風速條件下的最大輸出電壓來確定。2.能量管理原則(1)普通模式，專注于最大限度利用太陽能和風能產生熱水，控制邏輯簡單用于 室外環境溫度本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適應寒冬環境的風、光互補熱水器由小型風力發電機（１），太陽能熱水器（２），上水管組件（３），下水管組件（４），控制和蓄電模塊（５）組成，其特征在于采用所述小型風力發電機（１）為能源，通過控制和蓄電模塊（５）給所述電加熱器和柔性電加熱帶供電；所述的太陽能熱水器（２）水箱內安裝有電加熱器，供外接電源保溫防凍和產生熱水，具體安裝位置在靠近水箱底部，水箱側端面留有電接口和控制器輸出端連接；所述上、下水管組件（３）、（４）的管道發泡隔熱層和管壁之間纏有柔性電加熱帶，所述下水管（４）為熱水出口，安裝于水箱端面下側；所述控制和蓄電模塊（５）包括蓄電池、控制器，控制器通過ＣＰＵ控制繼電開關Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４開合。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張亞，
申請(專利權)人：張亞，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]