[發(fā)明專利]分布式、非蓄電、非逆變太陽光伏變功率蓄能電熱系統(tǒng)的熱水器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310438548.X
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103542448A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程崇鈞;程巍;宋文波;程曉龍;韓濱
• 申請（專利權(quán)）人: 蕪湖市科華新型材料應(yīng)用有限責(zé)任公司
• 主分類號: F24D11/00
• 分類號: F24D11/00;F24D19/10
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 張小虹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可再生能源利用及新型功能材料集成應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，本發(fā)明涉及分布式、非蓄電、非逆變太陽光伏變功率蓄能電熱系統(tǒng)的熱水器。

背景技術(shù)

隨著全球能源形勢的日益緊張，節(jié)能與環(huán)保成為當(dāng)今世界各國關(guān)注的熱點。而傳統(tǒng)的燃煤、燃?xì)夤岱绞揭约岸喾N恒功率電熱供熱方式等，已無法滿足現(xiàn)有城鄉(xiāng)區(qū)域（特別是尚無電力設(shè)施的偏遠地區(qū)）的建筑供熱（暖）的需要。

為了提高能源的利用效率和控制環(huán)境污染，近年來涌現(xiàn)出諸多供熱新技術(shù)和新模式，例如：利用低谷電的供熱供暖技術(shù)；利用可再生能源的太陽能熱利用集熱器；水源或空氣源熱泵供熱技術(shù)等。

上述的現(xiàn)有新型供熱方式也存在較多的技術(shù)問題，各自仍然存在一定缺陷，甚至是無法解決的致命缺陷，直接影響著可再生能源的利用和發(fā)展。例如：

1、利用低谷電供熱方式：雖然實現(xiàn)了能源的有效利用，但只能滿足冬季供暖需求，同時也還是完全應(yīng)用二次清潔能源。

2、太陽能利用的集熱技術(shù)：受地區(qū)、晝夜、氣候和日照采集率變化等因素的影響，致使所提供熱水的溫度不穩(wěn)定；即使采用大儲罐進行顯熱蓄水儲能，也達不到穩(wěn)定供熱的要求，只能再利用市電間接互補，中間傳輸及儲存熱效率較低，得不償失；同時也帶來幾十噸甚至上千噸水箱的過負(fù)荷，防凍、抗凍、分體與建筑結(jié)合難等問題，以及各種器件存在無法克服或長期尚未克服的技術(shù)瓶頸；

3、水源或空氣源熱泵技術(shù)：易受水源或空氣源的地區(qū)自然條件影響，特別是在低溫制熱、高溫制冷時，其整體水平COP（能效比）值并未達到“1︰1”，甚至在嚴(yán)寒、極寒地區(qū)或無市電情況的條件下，根本無法使用。另外，不斷創(chuàng)新的自動化控制系統(tǒng)愈來愈復(fù)雜。

現(xiàn)有的太陽能利用的熱水器技術(shù)分析：

目前，太陽能熱水器和太陽熱水系統(tǒng)，是太陽能熱利用的產(chǎn)物。目前太陽熱水器有悶曬式熱水器、全玻璃真空集熱管熱水器、玻璃金屬封裝的熱管式熱水器、平板式熱水器等多種形式；與之對應(yīng)的熱水系統(tǒng)有集熱管式熱水系統(tǒng)、熱管式熱水系統(tǒng)以及平板式熱水系統(tǒng)。

熱水器的基本構(gòu)成部件是太陽能集熱部件和儲熱水箱；按集熱部件和儲熱水箱的結(jié)合方式，熱水器可以分為緊湊式和分離式；按儲熱水箱是否與大氣連通，熱水器可以分為承壓式和非承壓式；按儲熱水箱中熱水的得熱方式可以分為直接式和間接式；按熱水的出水方式可以分為落水式、頂水式及增壓泵式。

太陽熱水系統(tǒng)主要由太陽集熱系統(tǒng)和熱水供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括太陽集熱器、儲熱水箱、循環(huán)管道、支架、控制系統(tǒng)、熱交換器和水泵等設(shè)備和附件。集熱系統(tǒng)與儲熱水箱換熱方式，可分為：直接式熱水系統(tǒng)（一次循環(huán)系統(tǒng)）和間接式熱水系統(tǒng)（二次循環(huán)系統(tǒng)）。直接式系統(tǒng)又可以細(xì)分為：直流系統(tǒng)、自然循環(huán)系統(tǒng)和強制循環(huán)系統(tǒng)。按集熱器中工質(zhì)是否承壓可分為：開式集熱熱水系統(tǒng)和閉式集熱熱水系統(tǒng)。按有無輔助熱源分類，可分為：有輔助熱源熱水系統(tǒng)和無輔助熱源熱水系統(tǒng)。有輔助熱源熱水系統(tǒng)根據(jù)加熱方式的不同又可以細(xì)分為：內(nèi)置式直接加熱方式、內(nèi)置盤管換熱器加熱方式、外置換熱器加熱方式、外部輔助熱源直接加熱方式、間歇式供熱水系統(tǒng)、連續(xù)式供熱水系統(tǒng)。所謂儲熱水箱（罐）也僅利用水的儲熱進行顯熱儲能，儲熱量有限，與采用相變儲能材料進行潛熱儲能差距較大。

目前太陽能熱水系統(tǒng)的分類還比較亂，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

1、太陽能熱水器：

太陽能熱水器的產(chǎn)品分類系統(tǒng)分類頻繁，十分混亂，無法統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜；

管路系統(tǒng)控制系統(tǒng)十分復(fù)雜，產(chǎn)品配件系統(tǒng)輔件繁多；

故障多、事故多，特別是偽劣非標(biāo)伴熱帶，加之誤用給進出水管路防凍、抗凍、化凍帶來的火災(zāi)惡性事故無法避免，所謂“水漫金山，火燒連營”；

集熱、輸送、儲水、使用四方面熱能不穩(wěn)定，熱損失較大；

太陽能熱水器，由于存在“集熱、輸送、儲存、使用”四方面不穩(wěn)定。為了達到全天候使用，也需要輔助電加熱。實質(zhì)是太陽光熱電熱水器，但其又未能嚴(yán)格做到現(xiàn)有電熱水器的安全要求和能效，只能是輔助電熱，預(yù)熱溫度為≤40℃，再補充太陽能光熱。熱能中間傳輸和存儲，能耗損失較大，使用能效≤50%，甚至更低，因此這種做法是欠科學(xué)的，是不得已而為之；

由于集熱器的熱交換是通過水流動進行，故無法在高寒嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)置；

無法與建筑結(jié)合，即使平板太陽能熱水系統(tǒng)也因集熱器需與儲罐進行二次循環(huán)換熱及室外大儲罐和繁雜的管路系統(tǒng)，無法與建筑進行緊湊、美觀、有效和諧的結(jié)合，更無法滿足所有用戶的需求。

2、電熱水器：