專利名稱：一種基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能熱水器余水管加熱系統(tǒng)，特別是一種基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，屬于太陽能供熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前市面上對于太陽能熱水器余水管更多只是對余水管進行各種保溫隔熱措施， 以減少余水管的熱量損失。但對余水管進行加熱還很少，幾乎是空白。目前，高層建筑在城市建設發(fā)展中的比例日益增大，樓頂?shù)膬崴涑鏊诘接脩糁g的余水管長達幾十甚至上百米，每當用戶使用熱水時，總要放走余水管中大量的冷水，造成水資源的大量浪費，給用戶帶來了非常多的麻煩和不便，也給用戶帶來了一定的經(jīng)濟損失。另外，特別是在北方寒冷地區(qū)，冬天太陽能熱水器戶外管線常常會被凍結(jié)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，使其投資少，安裝維護方便，節(jié)能節(jié)水。本實用新型的技術(shù)方案是包括風能與太陽能混合供電系統(tǒng)，保溫余水管6及裝于其上端的熱水閘閥5，通過三通裝于余水管6與各分戶熱水管之間的分戶球閥9，以及裝于保溫余水管6上的分戶閘閥7和分戶法蘭式電加熱器8 ；保溫余水管6的上端經(jīng)總閘閥5 與樓頂儲熱水箱3的出水口相連，各分戶法蘭式電加熱器8裝于各分戶三通下面的保溫余水管6上，閘閥7裝于各分戶三通與法蘭式電加熱器8之間的保溫余水管6上，風能與太陽能混合供電系統(tǒng)的輸出端與各分戶法蘭式電加熱器8相連。所述保溫余水管6是由表面包裹有聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層11和高密度聚乙烯外套管10的鋼管13，聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層11內(nèi)設置有用于檢測管道滲漏位置的檢測線12 (檢測管道滲漏時使用)。法蘭式電加熱器8由法蘭盤及焊于其上端面的多支電加熱管組14 和裝于其下端面的接線盒組成，法蘭式電加熱器8通過法蘭盤和余水管6側(cè)面上的法蘭、與余水管6固定連接(由法蘭襯墊和螺栓，經(jīng)法蘭、從側(cè)面與余水管固定連接)，其加熱管組14 從側(cè)面插入保溫余水管6中；電加熱器法蘭上設置接地裝置，保障使用的安全。所述風能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池列陣24、阻塞二極管23、風輪 22、傳動裝置21、風力發(fā)電機20、變壓器19、控制中心單元18、蓄電池組17、逆變器16和漏電斷路器15 ；蓄電池組17包括蓄電池36和37，風輪22經(jīng)傳動裝置21與風力發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸相連，風力發(fā)電機20經(jīng)變壓器M與控制中心單元18輸入端相連，太陽能電池列陣M 經(jīng)阻塞二極管23與控制中心單元18輸入端相連，控制中心單元18輸出端經(jīng)蓄電池組17、 逆變器16和漏電斷路器15、與法蘭式電加熱器8相連。阻塞二極管23的工作電流大于太陽能列陣對的最大輸出電流、反向耐壓高于蓄電池組17的電壓，以防止無光照時蓄電池組 17通過太陽能電池列陣M放電。所述控制中心單元18由單片機25，太陽能電池電壓傳感器沈，風力發(fā)電機電壓傳感器27，蓄電池電壓傳感器觀和29，以及6個MOS晶體管30、31、32、33、；34、35組成；電壓傳感器沈、27、觀、29的輸入端分別與太陽能電池列陣、風力發(fā)電機20和蓄電池36、37并聯(lián)， 輸出端接單片機25的輸入端；6個MOS晶體管30、31、32、33、34、35 (Kl K6)的柵極分別接單片機25的輸出端，源極分別接太陽能和風能發(fā)電系統(tǒng)的阻塞二極管23和變壓器19、以及蓄電池36和37的正極，漏極并聯(lián)后與蓄電池負極一并輸出、接逆變器16的輸入端。風能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池36、37的供電與充電，由控制中心單元18的6個MOS晶體管30、31、32、33、34、35的導通和關(guān)斷直接進行控制。本實用新型各設備和元器件均采用普通市售產(chǎn)品，單片機25可選用PIC16F877A 型單片機，風力發(fā)電機20可采用功率為5KW IOKW的普通小型直流風力發(fā)電機，蓄電池組 17可采用額定電壓為4V 24V的鉛酸蓄電池，法蘭式電加熱器8使用普通電加熱管。實施本實用新型時，風輪、風力發(fā)電機和太陽能電池方陣安置在高層建筑屋頂，控制中心單元可安置在室內(nèi)或屋頂避雨處，保溫余水管6可采用鋼管與聚氨酯硬質(zhì)泡沫和高密度聚乙烯材料進行預制。本實用新型工作時，風輪22旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的能量通過傳動裝置21到達風力發(fā)電機20， 風力發(fā)電機20的輸出經(jīng)變壓器19與控制中心單元18連接，太陽能電池方陣M經(jīng)阻塞二極管23與控制中心單元18連接。控制中心單元18通過太陽能電池電壓傳感器沈和風力發(fā)電機電壓傳感器27，對太陽能電池列陣和風力發(fā)電機20的輸出電壓進行檢測；通過蓄電池電壓傳感器28和四，對充電電池容量進行監(jiān)測；通過MOS晶體管Kl K6，對蓄電池36 和37的充電和供電狀態(tài)進行切換?？刂浦行膯卧?8對電池采用冗余模式，當一塊電池充電時，另一塊電池處于供電狀態(tài)。當單片機25由電壓傳感器檢測電路檢測到太陽能電池列陣M輸出功率大于風力發(fā)電機20輸出功率、蓄電池36電壓低于蓄電池37電壓時，K1、K3 和Κ6導通，Κ2、Κ4和Κ5關(guān)斷，蓄電池36太陽能充電，蓄電池37向負載法蘭式電加熱器8 供電；當單片機25由電壓傳感器檢測電路檢測到太陽能電池方陣M輸出功率小于風力發(fā)電機20輸出功率，蓄電池36電壓高于蓄電池37電壓時，Κ1、Κ3和Κ6關(guān)斷，Κ2、Κ4和Κ5導通，蓄電池36向負載供電，蓄電池37風能充電，以此類推。法蘭式電加熱器8安裝在余水管與每個用戶熱水進水管之間的三通接管下面，三通接管與電加熱器間設置有閘閥，便于維護檢修。本實用新型利用太陽能和風能發(fā)電來對太陽能熱水器余水管進行補熱，不僅可使得用戶用熱水時不需放掉余水管中殘存的冷水而節(jié)水，而且可對帶余熱的余水更快加熱到所需溫度而節(jié)能，采用分戶法蘭式電加熱器加熱可使加熱更充分，能保證整個余水管道的水溫度均勻。在北方寒冷地區(qū)的冬天，余水管補熱還可防止太陽能熱水器戶外余水管線被冷凍。具有節(jié)水、節(jié)能、可增加熱水供給量和增強太陽能供熱系統(tǒng)氣候適應性等優(yōu)點。

圖1為本實用新型余水管補熱系統(tǒng)示意圖；圖2為本實用新型保溫余水管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型太陽能與風能混合供電加熱系統(tǒng)示意圖；圖4為本實用新型控制中心單元電路示意圖；圖5為本實用新型蓄電池組充電與供電控制電路圖。[0016]圖中各標號依次表示1、避雷針，2、排氣口，3、儲熱水箱，4、接地裝置，5、閘閥，6、 保溫余水管，7、閘閥，8、法蘭式電加熱器，9、熱水球閥，10、聚乙烯外套管，11、聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層，12、報警線，13、鋼管，14、電加熱器加熱管，15、漏電斷路器，16、逆變器，17、蓄電池組，18、控制中心單元，19、變壓器，20、風力發(fā)電機，21、傳動裝置，22、風輪，23、阻塞二極管，24、太陽能電池方陣，25、單片機，26、太陽能電池電壓傳感器，27、風力發(fā)電機電壓傳感器，28、蓄電池36電壓傳感器，29、蓄電池37電壓傳感器，30、M0S晶體管K1，31、M0S晶體管 K2，32、MOS晶體管K3，33、MOS晶體管K4，34、MOS晶體管K5，35、MOS晶體管K6, 36、蓄電池 36，37、蓄電池37。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型作進一步闡述，但本實用新型的保護范圍不限于所述內(nèi)容。實施例1 參見圖1，本基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，包括風能與太陽能混合供電系統(tǒng)，保溫余水管6及裝于其上端的熱水閘閥5，通過三通裝于余水管6與各分戶熱水管之間的分戶球閥9，以及裝于保溫余水管6上的分戶閘閥7和分戶法蘭式電加熱器8。保溫余水管6的上端經(jīng)總閘閥5與樓頂儲熱水箱3的出水口相連，各分戶法蘭式電加熱器8裝于各分戶三通下面的保溫余水管6上，閘閥7裝于各分戶三通與法蘭式電加熱器8之間的保溫余水管6上，風能與太陽能混合供電系統(tǒng)的輸出端與各分戶法蘭式電加熱器8相連。參見圖2，保溫余水管6是由表面包裹有聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層11和高密度聚乙烯外套管10的鋼管13，聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層11內(nèi)設置有用于檢測管道滲漏位置的檢測線12。在安裝保溫余水管6前，先用鋼管和聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫及高密度聚乙烯材料，預制保溫余水管，然后進行安裝。參見圖3，法蘭式電加熱器8由法蘭盤及焊于其上端面的3支額定電壓MV的電加熱管組14和裝于其下端面的接線盒組成，法蘭式電加熱器8通過法蘭盤和余水管6側(cè)面上的法蘭、與余水管6固定連接(通過法蘭襯墊和螺栓，經(jīng)法蘭、從管體側(cè)面安裝于余水管6 上，呈“L”型)，其加熱管組14從側(cè)面插入保溫余水管6中。法蘭式電加熱器的法蘭上設置接地裝置，保障使用的安全。參見圖3，風能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池列陣24、阻塞二極管23、風輪22、傳動裝置21、風力發(fā)電機20、變壓器19、控制中心單元18、24V鉛酸蓄電池組17、逆變器16和漏電斷路器15。蓄電池組17包括蓄電池36和37，風輪22經(jīng)傳動裝置21與風力發(fā)電機20的轉(zhuǎn)軸相連，風力發(fā)電機20經(jīng)變壓器M與控制中心單元18輸入端相連，太陽能電池列陣M經(jīng)阻塞二極管23與控制中心單元18輸入端相連，控制中心單元18輸出端經(jīng)蓄電池組17、逆變器16和漏電斷路器15、與法蘭式電加熱器8相連。阻塞二極管23的工作電流大于太陽能列陣M的最大輸出電流、反向耐壓高于蓄電池組17的電壓。風力發(fā)電機20采用功率為5KW的小型直流風力發(fā)電機，風輪葉片要做好防雷接地保護。參見圖4、5，控制中心單元18由PIC16F877A型單片機25，太陽能電池電壓傳感器 26，風力發(fā)電機電壓傳感器27，蓄電池電壓傳感器28和29，以及6個MOS晶體管Kl K6 (30 35)組成。電壓傳感器沈 四的輸入端分別與太陽能電池列陣對、風力發(fā)電機20和蓄電池36、37并聯(lián)，輸出端接單片機25的輸入端；6個MOS晶體管Kl K6(30 35)的柵極分別接單片機25的輸出端，源極分別接太陽能和風能發(fā)電系統(tǒng)的阻塞二極管23和變壓器19、以及蓄電池36和37的正極，漏極并聯(lián)后與蓄電池負極一并輸出、接逆變器16的輸入端。風能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池36、37的供電與充電，由控制中心單元18的6 個MOS晶體管Kl Κ6 (30 35)的導通和關(guān)斷直接進行控制。本系統(tǒng)用于昆明地區(qū)的25層建筑，每單元50戶太陽能熱水用戶，使用余水管的內(nèi)徑為50mm。在屋頂安置風力發(fā)電機和太陽能電池方陣對，太陽能電池方陣離地面一定高度安裝，以免冬天積雪掩埋。儲熱水箱3裝在各單元的電梯井上，在儲熱水箱3上裝有避雷針 1，下面接有保護接地裝置4，余水管6安裝在專門的管道井中，安全隱蔽、又便于維護和檢修。儲熱水箱3通過余水管6、50個閘閥5及余水管6上的50個三通接管，由各分戶球閥 9將熱水輸送到本單元各用戶家中。每個單元余水管6上設置有50個法蘭式電加熱器8， 各電加熱器8分別安裝在余水管6與每個用戶熱水進水管之間的三通接管下面，三通接管與電加熱器8間設置有閘閥7，閘閥7安裝在電加熱器8的多支管狀電加熱元件的上方，便于維護檢修。本系統(tǒng)余水管中水的體積V=余水管的管內(nèi)截面積(S) X樓層的高度(H)，每層樓按3米計算，計算得體積V=O. 147噸，昆明水價4. 5元一噸，假設每天只放走一個余水管體積的水，那么這樣一年至少可節(jié)省水費Ml. 4元。實施例2 參見圖1、2、3，本基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)的構(gòu)成部分及連接關(guān)系與實施例1相同。系統(tǒng)用于40層建筑，每單元80戶太陽能熱水用戶， 使用余水管的內(nèi)徑為100mm。每個單元余水管6上設置有80個法蘭式電加熱器8、80個閘閥7，分別使用80個三通和分戶球閥9。法蘭式電加熱器8的法蘭盤上端面焊有6支額定電壓12V的電加熱管組14，鉛酸蓄電池組17的電壓為12V，風力發(fā)電機20采用功率為IOKW 的小型直流風力發(fā)電機。實施例3 參見圖1、2、3，本基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)的構(gòu)成部分及連接關(guān)系與實施例1相同。系統(tǒng)用于15層建筑，每單元30戶太陽能熱水用戶， 使用余水管的內(nèi)徑為30mm。每個單元余水管6上設置有30個法蘭式電加熱器8、30個閘閥7，分別使用30個三通和分戶球閥9。法蘭式電加熱器8的法蘭盤上端面焊有5支額定電壓4V的電加熱管組14，鉛酸蓄電池組17的電壓為4V，風力發(fā)電機20采用功率為8KW的小型直流風力發(fā)電機。
權(quán)利要求1.一種基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，其特征是包括風能與太陽能混合供電系統(tǒng)，保溫余水管(6)及裝于其上端的熱水閘閥(5)，通過三通裝于余水管 (6)與各分戶熱水管之間的分戶球閥(9)，以及裝于保溫余水管(6)上的分戶閘閥(7)和分戶法蘭式電加熱器(8);保溫余水管(6)的上端經(jīng)總閘閥(5)與樓頂儲熱水箱(3)的出水口相連，各分戶法蘭式電加熱器(8)裝于各分戶三通下面的保溫余水管(6)上，閘閥(7)裝于各分戶三通與法蘭式電加熱器(8)之間，風能與太陽能混合供電系統(tǒng)的輸出端與各分戶法蘭式電加熱器(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，其特征是保溫余水管(6)是由表面包裹有聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層(11)和高密度聚乙烯外套管 (10)的鋼管(13)，聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層(11)內(nèi)設置有用于檢測管道滲漏位置的檢測線 (12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，其特征是法蘭式電加熱器(8)由法蘭盤及焊于其上端面的多支電加熱管組(14)和裝于其下端面的接線盒組成，法蘭式電加熱器(8 )通過法蘭盤和余水管側(cè)面的法蘭、與余水管(6 )固定連接，其加熱管組(14 )插入保溫余水管(6 )中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)， 其特征是風能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池列陣(24)、阻塞二極管(23)、風輪 (22)、傳動裝置(21)、風力發(fā)電機(20)、變壓器(19)、控制中心單元(18)、蓄電池組(17)、逆變器(16 )和漏電斷路器(15 )；蓄電池組(17 )包括蓄電池(36、37 )，風輪(22 )經(jīng)傳動裝置 (21)與風力發(fā)電機(20)的轉(zhuǎn)軸相連，風力發(fā)電機(20)經(jīng)變壓器(24)與控制中心單元(18) 輸入端相連，太陽能電池列陣(24)經(jīng)阻塞二極管(23)與控制中心單元(18)輸入端相連，控制中心單元(18)輸出端經(jīng)蓄電池組(17)、逆變器(16)和漏電斷路器(15)、與法蘭式電加熱器(8)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，其特征是阻塞二極管(23)的工作電流大于太陽能電池列陣(24)的最大輸出電流，反向耐壓高于蓄電池組(17)的輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，其特征是控制中心單元(18)由單片機(25)，太陽能電池電壓傳感器(26)，風力發(fā)電機電壓傳感器(27)，蓄電池電壓傳感器(28 ；四)，以及6個MOS晶體管(30 35)組成；電壓傳感器 (26 四)的輸入端分別與太陽能電池列陣、風力發(fā)電機(20)和蓄電池(36 ；37)并聯(lián)，輸出端接單片機(25)的輸入端；6個MOS晶體管(30 35)的柵極分別接單片機(25)的輸出端，源極分別接太陽能和風能發(fā)電系統(tǒng)的阻塞二極管(23)和變壓器(19)、以及蓄電池(36 ； 37)的正極，漏極并聯(lián)后與蓄電池負極一并輸出、接逆變器(16)的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，其特征是風能與太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)和蓄電池(36、37)的供電與充電，由控制中心單元(18)的6 個MOS晶體管(30、31、32、33、34、35)的導通和關(guān)斷直接進行控制。
專利摘要本實用新型涉及一種基于太陽能和風能的太陽能熱水器余水管補熱系統(tǒng)，屬太陽能供熱技術(shù)領(lǐng)域。包括風能與太陽能混合供電系統(tǒng)，保溫余水管及裝于其上端的熱水閘閥，通過三通裝于余水管與各分戶熱水管之間的分戶球閥，以及裝于保溫余水管上的分戶閘閥和分戶法蘭式電加熱器；保溫余水管的上端經(jīng)總閘閥與樓頂儲熱水箱的出水口相連，各分戶法蘭式電加熱器裝于各分戶三通下面的保溫余水管上，閘閥裝于各分戶三通與法蘭式電加熱器之間的保溫余水管上，風能與太陽能混合供電系統(tǒng)的輸出端與各分戶法蘭式電加熱器相連。通過風力和太陽能發(fā)電，為法蘭式電加熱器提供電能，加熱余水管中的冷水。具有節(jié)水、節(jié)能、可增加熱水供給量和增強太陽能供熱系統(tǒng)氣候適應性等優(yōu)點。
文檔編號H02N6/00GK202254437SQ20112037512
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者羅小林, 羅雅楠, 鄧艷, 陳華山 申請人:昆明理工大學