CN113790535A - 一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，包括外箱和设置在其内部用于存储热水的水箱，所述水箱外侧设有进水管和用于放水的出水管，所述外箱内部设有用于对水进行加热的第一加热机构，所述外箱外侧设有用于对水进行加热的第二加热机构；所述第一加热机构包括设置在水箱内部的冷凝换热器，有效的提高了换热面积，所述冷凝换热器的冷媒进口与第二管体上端连接，本申请将风电驱动空气能与太阳能集成在一起，充分发挥二者互补优势，其最大的特点是，可以更好地提升生活品质又不带来使用过程中的能源账单支出。
Description
技术领域
本发明涉及新能源技术领域，具体是一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱。
背景技术
太阳能热水器是中国家庭普遍使用的一种绿色节能设备，在日照充足的地区，太阳能热水器能够满足家庭一般生活热水的使用需求，我国真空管太阳能热水器的生产与利用均在世界上处于领先地位。但是纯粹太阳能热水系统存在着在极端天气下无法供热的缺点，为满足家庭热水使用需求，市场上普遍采用其他辅助加热措施，如电热水器、空气能等，这些辅助措施需要消耗大量的电能来运行，全社会实际能量消耗积累起来，总量惊人。
针对上述问题，现提供一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，包括外箱和设置在其内部用于存储水源的水箱，所述水箱外侧设有进水管、出水管和用于放水的排水管，所述外箱内部设有用于对水进行加热的第一加热机构，所述外箱外侧设有用于对水进行加热的第二加热机构；
所述第一加热机构包括设置在水箱内部的冷凝换热器，有效的提高了换热面积，所述冷凝换热器的冷媒进口与第二管体上端连接，所述冷凝换热器的冷媒出口与第一管体的上端连接，所述第二管体和第一管体下端连接用于为冷凝换热器提供热能的空气能组件；
所述第二加热机构包括太阳能加热组件，所述太阳能加热组件上端的进水口与水箱之间通过水平管连通；
所述第一加热机构电性连接控制器，控制器电性连接用于供电的风能发电模块。
作为本发明进一步的方案：所述冷凝换热器为盘管结构，且冷凝换热器采用铜材料制成。
作为本发明进一步的方案：所述控制器的输入端还电性连接设置在水箱内部用于检测水温的温度计。
作为本发明进一步的方案：所述控制器电性连接用于与终端进行交互的无线模块，便于远程控制水温。
作为本发明进一步的方案：所述风能发电模块包括设置在外箱内部的蓄电池，所述蓄电池的供电端连接设置在外箱上端的垂直轴发电机。
作为本发明进一步的方案：所述空气能组件包括安装箱和设置在其内部的压缩机，所述压缩机的出料端与第二管体下端连接，所述压缩机一侧的安装箱中设有与第一管体下端连接的储液罐，所述储液罐的出料端连接干燥过滤器，所述干燥过滤器的出料端连接用于使得液态冷媒膨胀的膨胀阀，所述膨胀阀下端连接用于缓冲气态冷媒以使得其吸收空气中热量的蒸发器，所述蒸发器的出料端连接气液分离器，所述气液分离器的气体出料端与压缩机的进料端连接，所述气液分离器的液体出料端与膨胀阀的另一个进料端连接。
作为本发明进一步的方案：所述外箱下侧设有与蒸发器相对应的换热腔室，换热腔室所在外箱表面设有通风百叶，满足空气能组件换热需求。
作为本发明再进一步的方案：所述发电机和蓄电池之间还电性连接用于使得电压平稳的整流稳压模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与现有的太阳能热水系统相比：较单一热水器，本产品利用承压水箱和辅助加热系统，给用户提供了更加稳定的热水保障；比较辅助电加热及空气能加热的太阳能热水系统，本产品基本上无须市电供能，节能减排优势明显；
滇西地区气候温和，空气能设备的COP普遍高于4.0，滇西地区多风力资源，垂直轴风力发电机体积小，安全性能较高，可集成度较高，白天与夜晚均能提供持续的低功率能源，系统存在极高的适应性，本发明由垂直轴风力发电机组件、低功率直变频空气能压缩机系统、带有换热装置的储热水箱三大部分集成在一台设备组件上，可以配合市场上的太阳能直空管或板集热器使用，可以在不消耗电能的前提下，最大限度有效地解决极端天气对普通大阳能热水装置带来的不利影响；
本设计的双源蓄热水箱，将风电驱动空气能与太阳能集成在一起，充分发挥二者互补优势，其最大的特点是零能耗制备与储存生活热水，可以更好地提升生活品质又不带来使用过程中的能源账单支出，对于消费者无疑有着巨大的吸引力，是具有非常诱人前景的绿色产品，在很多地区具有巨大的节能潜力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明内部的结构示意图。
图3为本发明中空气能组件的结构示意图。
图4为本发明中整流稳压模块的结构示意图。
其中：外箱11、发电机12、定位杆13、旋转轴14、旋转叶片15、太阳能加热组件16、进水管17、水箱18、第一管体19、第二管体20、空气能组件21、蓄电池22、安装箱23、储液罐24、干燥过滤器25、膨胀阀26、蒸发器27、气液分离器28、压缩机29、冷凝换热器30、水平管31。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例中，一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，包括外箱11和设置在其内部用于存储水源的水箱18，所述水箱18外侧设有进水管17和用于放水的出水管，所述外箱11内部设有用于对水进行加热的第一加热机构，所述外箱11外侧设有用于对水进行加热的第二加热机构；
所述第一加热机构包括设置在水箱18内部的冷凝换热器30，所述冷凝换热器30为盘管结构，有效的提高了换热面积，所述冷凝换热器30的冷媒进口与第二管体20上端连接，所述冷凝换热器30的冷媒出口与第一管体19的上端连接，所述第二管体20和第一管体19下端连接用于为冷凝换热器30提供热能的空气能组件21；
所述第二加热机构包括太阳能加热组件16，所述太阳能加热组件16上端的进水口与水箱18之间通过水平管31连通，这里的太阳能加热组件16与传统的太阳能热水器一样，可以直接利用太阳能加热，这里的太阳能加热只能在天气好的白天使用；
所述第一加热机构电性连接控制器，控制器电性连接用于供电的风能发电模块；
所述风能发电模块包括设置在外箱11内部的蓄电池22，所述蓄电池22的供电端连接设置在外箱11上端的发电机12，所述发电机12的输出端设有一个竖直设置的旋转轴14，所述旋转轴14外侧阵列分布有若干个旋转叶片15，所述旋转叶片15与旋转轴14之间通过定位杆13连接固定，这里的发电方式为垂直轴风力发电模式；
所述空气能组件21包括安装箱23和设置在其内部的压缩机29，所述压缩机29的出料端与第二管体20下端连接，所述压缩机29一侧的安装箱23中设有与第一管体19下端连接的储液罐24，所述储液罐24的出料端连接干燥过滤器25，所述干燥过滤器25的出料端连接用于使得液态冷媒膨胀的膨胀阀26，所述膨胀阀26下端连接用于缓冲气态冷媒以使得其吸收空气中热量的蒸发器27，所述蒸发器27的出料端连接气液分离器28，所述气液分离器28的气体出料端与压缩机29的进料端连接，所述气液分离器28的液体出料端与膨胀阀26的另一个进料端连接；
为了保证足够的空气能，所述蒸发器27所在的23一侧设有进气管道，进气管道与外界连通，进气管道内部设有用于换气的换气风机，便于与外界进行热交换；
所述外箱下侧设有与蒸发器相对应的换热腔室，换热腔室所在外箱表面设有通风百叶，满足空气能组件换热需求。
工作时，在压缩机29的作用下，冷媒被压缩，压缩会产生高温，高温的冷媒进入冷凝换热器30中后会与水进行换热，从而对水进行加热，随后换热后的冷媒沿着第一管体19进入储液罐24中，干燥过滤器25用于对冷凝进行干燥，膨胀阀26用于使得冷媒从液态膨胀成气态，根据膨胀吸热的原理，冷媒进入蒸发器27中后会吸收空气中的热量，随后气液分离器28会将气态冷媒中的液体分离并送到膨胀阀26中，气态冷凝则会被压缩机29压缩，从而实现压缩热循环。
所述发电机12和蓄电池22之间还电性连接用于使得电压平稳的整流稳压模块，整流稳压模块如图4所示，图中整流电路输入侧为风机发电三相交流输出。基本电路还是以三相六臂结构为基础，每臂包含一开关器件，每相包括一上臂和一下臂；每个所述开关器件包括一三极管、与所述三极管反向并联的二极管。所述三相交流电源的三相电源输出端分别连于对应相的所述上臂和所述下臂之间。所述开关器件为电力场效晶体管POWER MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT、门极可关断晶闸管GTO、电力晶体管GTR中的任意一种或者多种。输出方面加入了耦合电路，其包括第一电容C1、第二电容C2、电感L和位于直流侧的负载电阻R load，所述第一电容C1和第二电容C2串联后分别与所述三相整流桥臂电路的两个输出端相连，所述电感L一端与所述三相交流电源的其中一相电源输出端相连，另一端连接在所述第一电容C1和第二电容C2之间，所述负载电阻R load的两端分别与所述三相整流桥臂电路的两个输出端相连；
整流电路主要作用：适用于不平衡电网中的三相整流电路，其用于将三相交流电源转换为直流电源，三相整流电路包括：三相整流桥臂电路，其与三相交流电源相连，用于对三相交流电源进行整流；耦合电路，其包括第一电容C1、第二电容C2、电感L和位于直流侧的负载电阻Rload，第一电容C1和第二电容C2串联后分别与三相整流桥臂电路的两个输出端相连，电感L一端与三相交流电源的其中一相电源输出端相连，另一端连接在第一电容C1和第二电容C2之间，负载电阻Rload的两端分别与三相整流桥臂电路的两个输出端相连。本设计提供一耦合电路将不平衡电网中产生的低次振荡功率转移到耦合电路中，保持直流侧电压稳定，改善直流侧的电能质量，维持直流侧负载的正常运行。
整流模块的加入使得输出电压的直流成分(较半波)增大，脉动程度减小，保证电流和电压质量达到压缩机要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
Claims (10)
1.一种基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，包括保温外箱(11)和设置在其内部用于存储热水的保温水箱(18)，所述水箱(18)外侧设有进水管(17)、出水管(口)和用于放水的排水管，其特征在于，所述外箱(11)内部设有用于对水进行加热的第一加热机构，所述外箱(11)外侧设有用于对水进行加热的第二加热机构；
所述第一加热机构包括设置在水箱(18)内部的冷凝换热器(30)，所述冷凝换热器(30)的冷媒进口与第二管体(20)上端连接，所述冷凝换热器(30)的冷媒出口与第一管体(19)的上端连接，所述第二管体(20)和第一管体(19)下端连接用于为冷凝换热器(30)提供热能的空气能组件(21)；
所述第二加热机构包括太阳能加热组件(16)；
所述第一加热机构电性连接控制器，控制器电性连接用于供电的风能发电模块。
2.根据权利要求1所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述冷凝换热器(30)为盘管结构。
3.根据权利要求2所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，冷凝换热器(30)采用铜材料制成。
4.根据权利要求1所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述控制器的输入端还电性连接设置在水箱(18)内部用于检测水温的温度计。
5.根据权利要求1或4所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述控制器电性连接用于与终端进行交互的无线模块。
6.根据权利要求1所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述风能发电模块包括设置在外箱(11)内部的蓄电池(22)，所述蓄电池(22)的供电端连接设置在外箱(11)上端的发电机(12)，所述发电机(12)的输出端设有一个竖直设置的旋转轴(14)，所述旋转轴(14)外侧阵列分布有若干个旋转叶片(15)，所述旋转叶片(15)与旋转轴(14)之间通过定位杆(13)连接固定。
7.根据权利要求1所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述空气能组件(21)包括安装箱(23)和设置在其内部的压缩机(29)，所述压缩机(29)的出料端与第二管体(20)下端连接，所述压缩机(29)一侧的安装箱(23)中设有与第一管体(19)下端连接的储液罐(24)，所述储液罐(24)的出料端连接干燥过滤器(25)，所述干燥过滤器(25)的出料端连接用于使得液态冷媒膨胀的膨胀阀(26)，所述膨胀阀(26)下端连接用于缓冲气态冷媒以使得其吸收空气中热量的蒸发器(27)，所述蒸发器(27)的出料端连接气液分离器(28)，所述气液分离器(28)的气体出料端与压缩机(29)的进料端连接。
8.根据权利要求7所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述气液分离器(28)的液体出料端与膨胀阀(26)的另一个进料端连接。
9.根据权利要求6所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述发电机(12)和蓄电池(22)之间还电性连接用于使得电压平稳的整流稳压模块。
10.根据权利要求7所述的基于风能辅助的太阳能双源一体化热水水箱，其特征在于，所述外箱(11)下侧设有与蒸发器(27)相对应的换热腔室，换热腔室所在外箱(11)表面设有通风百叶，满足空气能组件换热需求。
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