CN202769779U - 一种太阳能储能供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能储能供暖系统，包括集热单元，集热单元与储热单元构成循环回路，储热单元与用户连接，回路上安装有副循环泵，储热单元包括密封套装在一起的外罐和内罐，内罐和外罐之间设有隔热体，外罐上设有外接管，内罐上连接有间隔插装在外接管内的内接管，外接管上螺接有密封盖，密封盖内设有与内接管和外接管压紧密封配合的隔热密封件，隔热密封件上固设有进热管和出热管，进热管和出热管与供热管和回热管连接，外罐上安装有能使外罐和内罐之间的空腔保持真空的真空装置。本太阳能储能供暖系统，结构合理，既能将太能能进行换热，又能将换热后的热能进行存储，且存储时间长，特别适合夏季采热储能冬季供暖使用。

Description

一种太阳能储能供暖系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能储能供暖系统。

背景技术

太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电和换热。自地球形成生物就主要以太阳提供的热和光生存，而自古人类也懂得以阳光晒干物件，并作为保存食物的方法，如制盐和晒咸鱼等。但在化石燃料减少下，才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。其中，光热转换的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器、陶瓷太阳能集热器和聚焦集热器等4种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）、中温利用（200～800℃）和高温利用（>800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。

太阳能利用具有以下优点：（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，都处处皆有，可直接开发和利用，且无须开采和运输。（2）无害：开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。（4）长久：根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。 

但是，太阳能利用也存在如下缺点：（1）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1,000W左右；若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。（2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。 

目前，常见的太阳能换热或供暖系统一般包括将太阳能转化为热能的集热单元，集热单元将热媒加热后直接供向用户，这样的换热或供暖系统结构简单，成本低，但是，由于没有专用的储能装置，只能在白天使用，即热即用，且只能在光照条件较好的时段使用，因此使用局限性较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足提供一种结构合理，既能将太能能进行换热，又能将换热后的热能进行存储，且存储时间长的太阳能储能供暖系统。

为解决上述技术问题，本太阳能储能供暖系统包括将太阳能转化为热能的集热单元，其结构特点是：集热单元的两端通过供热管和回热管与储热单元构成循环回路，储热单元通过供暖管和回暖管与用户连接，供暖管或回暖管上安装有副循环泵，所述储热单元包括密封套装在一起的外罐和内罐，内罐外壁和外罐内壁之间设有将外罐和内罐间隔开来的隔热体，外罐上连接有向外延伸的外接管，内罐上连接有间隔插装在外接管内的内接管，外接管上螺接有密封盖，密封盖内设有既能与外接管口部压紧密封配合又能与内接管压紧密封配合的隔热密封件，隔热密封件上固设有延伸到内罐中的进热管和出热管，进热管和出热管通过对接件分别与供热管和回热管连接，外罐上安装有能使外罐和内罐之间的空腔保持真空的真空装置。

本太阳能储能供暖系统是通过光热转换结构和双层真空隔热保温结构来实现既能将太能能进行换热，又能将换热后的热能进行存储，且存储时间长的。

光热转换结构主要包括与储热单元连接的集热单元，集热单元是本太阳能储能供暖系统中的主要组成部分，其主要作用，是接收太阳照射出来的光线，并将太阳光的光能转化为集热单元内部热媒的热能。集热单元中的热媒会在温差作用下自动流动，通过供热管和回热管的连接，就可以实现集热单元与储热单元中热媒的自动交换，这样集热单元产生的热能也就会自动转移到储热单元中进行储存。需要供暖时，开启供暖管或回暖管上的副循环泵，储热单元中的热媒就会通过供暖管和回暖管供向用户，从而实现对用户的供暖。

双层真空隔热保温结构主要包括套装在一起的内罐和外罐，内罐外壁和外罐内壁之间均布有隔热体，这样，在隔热体的支撑下，内罐和外罐就间隔开来。隔热体，不但具有间隔支撑内罐和外罐的作用，还具有隔热作用，这样就保证了内罐的热量不会通过隔热体传递到外罐上。

外罐上连接有向外延伸的外接管，内罐上也连接有向外延伸的内接管，内接管的口径远小于外接管的口径，内接管间隔插装在外接管内腔中。外接管和内接管都为圆管，两者同轴设置。外接管的外壁上设有外螺纹，外接管的端口部螺接有将外接管口部进行封堵的密封盖。密封盖内腔底部设有隔热密封件，隔热密封件既具有较好的隔热性能，又具有较好的密封性。在密封盖的压紧力下，隔热密封件既可以与外接管端口密封压紧在一起，又可以与内接管端口密封压紧在一起。这样，通过一个隔热密封件不但起到了对内罐内腔的密封作用，还起到了对外罐与内罐之间空腔的密封作用。为了方便叙述，将内罐内腔称为内腔，将内罐和外罐之间的空腔称为外腔。

隔热密封件上设有进热管和出热管，进热管和出热管从内罐内腔一直延伸到密封盖外部，并通过对接件分别与供热管和回热管连接在一起。为了保证进热管、出热管分别与隔热密封件的连接密封性和隔热性，进热管和出热管的材料与隔热密封件的材料相同，而且在制作时为一体成型，大大提高了本储热单元的隔热密封性。

外罐上安装有能使外腔，也就是外罐和内罐之间的空腔保持真空的真空装置。将外腔保持成真空状态，可以利用真空不导热的特性，彻底杜绝内罐的热量通过外腔传递到外罐上，这样也就起到了保持内罐温度的作用。

综上所述，集热单元采集太阳能热量后，通过热媒将热量转移到储热单元的内罐中。因为内罐的罐体外壁不但通过具有隔热功能的隔热体与外罐内壁隔离开来，还通过不导热的真空外腔与外罐接触，而内罐口部的内接管被具有隔热功能的隔热密封件密封，所以内罐基本呈与外界隔热的状态。内罐中的热量只能通过导热系数极低的隔热体、隔热密封件及进热管和出热管内腔中的热媒向外界扩散少量热量，因此本储热单元的热损耗是非常低的，也就保证了本储热单元具有较长的保温时间，可以达到在夏季储热在冬季供暖的效果。

作为改进，所述隔热密封件呈与密封盖压紧配合的一端大于另一端的圆锥形，外接管和内接管的外端面为与隔热密封件外壁配合的锥环面，锥环面上均布有与锥环面同轴设置的锥齿环。

将隔热密封件设置成与密封盖压紧配合一端大而另一端较小的圆锥形，可以使隔热密封件具有一个倾斜且能与内接管和外接管同轴圆滑配合的外周壁。这样，在密封盖与外接管螺接配合时，可以保证隔热密封件与内接管和外接管保持同轴设置，有助于隔热密封件分别与内接管外端口和外接管外端口的压紧配合密封性。在本储热单元中，内接管外端面和外接管外端面都设置成与圆锥形隔热密封件外周壁配合的锥环面，这样不但可以增大隔热密封件分别与内接管外端口和外接管外端口的贴紧配合面积，而且在受到密封盖的轴向压紧力时，还可以增强隔热密封件被压缩后进入外接管和内接管中的量，有助于增强隔热密封件被压缩后的膨胀力所产生对内接管锥环面和外接管锥环面的密封性。在锥环面上设置有与锥环面同轴设置的锥齿环，其主要作用，是将隔热密封件压紧到内接管外端口和外接管外端口上时，锥齿环会切入隔热密封件外周壁中。这样，隔热密封件不但与锥环面具有压紧配合的密封关系，锥齿环与隔热密封件也具有压紧配合的密封关系，密封性更强。锥环面上锥齿环的数量越多，在内接管和外接管的纵剖面上，其与隔热密封件外周壁接触的外端口就会呈现锯齿状。这样，当隔热密封件与内接管和外接管压紧配合以后，内接管和外接管的外端口与隔热密封件的外周壁压之间的压紧密封面，就是一个锯齿状锥环面，接触面积更大，密封效果更好，大大提高了密封保温效果。

作为改进，外接管内壁外段为开口朝向密封盖的圆锥面，内接管外壁外段为开口朝向内罐的圆锥面，隔热密封件外壁上环设有塞入外接管内壁外段和内接管外壁外段并与之挤压密封配合的环塞。

将外接管内壁外段设置成开口朝向密封盖的圆锥面，可以使外接管内壁横截面从外向内逐渐变小。而将内接管外壁外段设置成开口朝向内罐的圆锥面，也会使内接管外壁的横截面从外向内逐渐变小。因此，外接管和内接管之间的外腔横截面从外向内也会逐渐变小，此时，其纵剖面呈两个从外向内逐渐变小的锥形或喇叭状。与所述锥状或喇叭状外腔对应的隔热密封塞外周壁上，固设有与锥形或喇叭状外腔对应的环塞。也就是说，环塞的纵剖面也呈两个从外向内逐渐变小的锥形或喇叭状。这样，当密封塞将隔热密封件向内接管和外接管压紧时，不但隔热密封件会与内接管和外接管的外端口压紧密封配合，所述环塞也会同时塞入内接管外段和外接管外段之间的外腔内，大大增强了外腔的密封性，有助于保持外腔的真空效果和保温效果。

作为进一步改进，供热管或回热管上安装有主循环泵和由主太阳能电池板单元或风力发电装置供电的主加热器，供热管和回热管之间连接有将内罐、主加热器和主循环泵构成循环回路的主循环管，主循环管上安装有主循环阀，供热管和回热管上分别安装有供热阀和回热阀，供热管上安装有供热温度计，外罐上安装有检测内罐内热媒温度的内罐温度计，还包括根据供热温度计和内罐温度计信号控制供热阀、回热阀、主循环阀、主加热器、主循环泵和副循环泵动作的主控制器。

在供热管或回热管上安装主循环泵，可以对集热单元向储热单元的供热的回路进行加压循环，有助于提高换热速度和太阳能利用率。通过设置在供热管或回热管上的主加热器，可以对热媒进行电辅助加热，特别适合在大风或晴朗天气使用。在供热管和回热管之间设置将两者连通的主循环管，可以将内罐、主加热器和主循环泵构成一个单独的循环回路。为方便叙述，将该循环回路称为热内循环回路。当储热单元达到储热温度且集热单元停止对该储热单元进行继续加热而对其他集热单元进行加热的保温储藏阶段内或集热单元维修时，可以开启该回路并通过主太阳能电池板单元或风力发电装置供电的主加热器对储热单元内的热媒进行加热，起到了保持或提升储热单元储热温度的作用，保证了冬季到来时进行供暖的需要。

在主循环管上安装有主循环阀，供热管和回热管上分别安装供热阀和回热阀，可以分别控制主循环管、供热管和回热管的通断，这样就可以决定由集热单元加热还是由主加热器加热，操控起来非常方便。供热管上安装有供热温度计，通过供热温度计可以检测集热单元加热后输出的热媒温度，并实时传输给主控制器。外罐上安装有内罐温度计，通过内罐温度计可以检测内罐中存储热媒的温度，并实时传输给主控制器。这样，主控制器就可以根据供热温度计和内罐温度计的信号来控制供热阀、回热阀、主循环阀、主加热器、主循环泵和副循环泵的动作。例如，当天气不好时，供热温度计检测的集热单元输出的热媒温度会低于内罐温度计检测的已存储到内罐中的热媒的温度，此时主控制器会控制供热阀和回热阀分别关断供热管和回热管，以关闭集热单元向储热单元供热的回路。同时开启主循环泵并控制主循环阀开启主循环管，这样也就开启了热内循环回路。最后开启由太阳能电池板单元或风力发电装置供电的主加热器，这样，主加热器就会对内罐内的热媒进行加热，直到内罐中的热媒温度达到设定温度。经过上述过程的不断循环，本储热单元可以使内罐中的热媒保持长时间的高温状态，而且使用的能量都是来自自然界的太阳能或风能，保温成本极低。

作为改进，所述密封盖位于内罐的顶部，进热管内端位于内罐的顶部，与进热管连接的供热管上连接有向上延伸的排气管，排气管上安装有与主控制器电连接的空气传感器和空气阀。

将密封盖设置在内罐顶部，并将进热管内端也设置在内罐顶部，可以在内罐中产生气体时，使气体通过进热管向外输出。将与进热管连接的供热管上连接的排气管向上延伸，可以引导产生的空气向上流动，有助于实现水气分离。排气管上安装的控制传感器可以实时监测排气管内是否存在空气，主控制器会根据该信号及时开启空气阀将空气排出，保证了本太阳能储能供暖系统的工作稳定性。

作为进一步改进，所述供暖管通过供热管与内罐连接，回暖管通过回热管与内罐连接，供暖管和回暖管上分别安装有由主控制器控制的供暖阀和回暖阀。

将供暖管和回暖管分别通过供热管和回热管与内罐连接，可以使供热管和供暖管共用一个进热管与内罐连接，同样也是回热管和回暖管共用一根出热管与内罐连接，减少了内罐与外界连接的连接点及连接件，有助于提高内罐的保温密封性和减少内罐的热损失。根据内罐温度计的感应信号，主控制器可以通过供暖阀和回暖阀来控制向用户供暖回路的通断，自动控制，无需人工干预。

作为改进，供暖管和回暖管上安装有换热器。

储热单元内存储的热媒都是在夏季高温时加热到90-100℃的高温热媒，经过秋季过度后储热单元内的热媒温度一般在80-90℃，而供暖入户的热媒温度一般在40℃左右，因此需要通过换热器进行换热后入户，否则不但会造成用户供暖过热，还会造成热量的白白浪费。为方便叙述，将换热器及其输出换热输出端至用户输入端之间的所有部分统称为换热单元。

作为进一步改进，换热器换热输出端的供暖管上安装有由副控制器控制工作的副加热器，副加热器由副太阳能电池板单元供电，副加热器输出端的供暖管上还连接有储暖单元。

在换热器换热输出端的供暖管上安装副加热器，用户可以根据实际需要对供暖管内的热媒进行额外加热，而副加热器是由副太阳能电池板单元供电加热的，因此不需要消耗民用电，额外加热的成本很低。在副加热器输出端的供暖管上连接出暖单元，可以将在白天好天气时加热的热媒进行暂时储存，这样不但可以起到延长高温供暖的时间，而且充分利用了太阳能，有助于降低供暖成本。

作为再进一步改进，换热器换热输出端的供暖管和回暖管上还连接有副循环管，副循环管上安装有由副控制器控制的副循环阀，换热器和副循环管之间的供暖管上安装有由副控制器控制的截止阀。

在换热器换热输出端的供暖管和回暖管之间连接副循环管，也就相当于在换热器的换热输出端并联了一根副循环管。因为副循环管与换热器是并联关系，因此副循环管与副加热器、出暖单元及用户就构成了一个新的循环回路。为了便于叙述，将该回路称为暖内循环回路。副循环管上安装有副循环阀，副控制器可以通过控制副循环阀来控制副循环管的通断。副循环管和换热器之间的供暖管上安装有截止阀，控制器通过控制截止阀就可以控制该段供暖管的通断。在实际工作中，截止阀和副循环阀为相反的工作状态，即截止阀开启时，副循环阀必须关闭，当副循环阀开启时，截止阀必须关闭。只有在维修时，截止阀和副循环阀才能同时关闭或同时开启。当截止阀开启而副循环阀关闭时，为换热供暖状态，此时副加热器可以工作也可以不工作。当副循环阀开启而截止阀关闭时，为暖内循环回路供暖状态，此时副加热器必须开启，此情况适合光照条件比较好的时候使用。在实际使用时，可以采用风力发电机构对发加热器供电，这样在有风的夜晚也可以使用暖内循环回路供暖状态。

作为一种实现方式，所述真空装置包括通过外罐上的真空管将外罐和内罐之间空腔吸成真空的真空泵，外罐或真空管上安装有真空表，真空管上安装有电控阀，还包括根据真空表输出信号控制真空泵和电控阀动作的真空控制器。

本真空装置是通过反馈控制结构来实现对外罐和内罐之间的外腔进行抽真空的。外罐或真空管上的真空表与真空控制器输入端连接在一起，其主要作用是实时检测外腔的真空度，并将该检测值传送给真空控制器。当外腔的真空度较低时，真空控制器会控制真空泵工作以增大外腔的真空度。当外腔真空度达到设定数值时，真空控制器会关闭真空管上的电控阀，以封闭外腔、保持外腔的真空度。本真空装置自动检测、自动抽真空，能够实时保持外腔的真空状态，有助于提高储热单元的密封保温性能。

综上所述，采用这种结构的太阳能储能供暖系统，结构合理，既能将太能能进行换热，又能将换热后的热能进行存储，且存储时间长，特别适合夏季采热储能冬季供暖使用。

附图说明

结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型整体的结构示意图；

图2为本实用新型中集热单元的结构示意图；

图3为本实用新型中储热单元的结构示意图；

图4为本实用新型中换热单元的结构示意图；

图5为本实用新型中密封盖部分放大的结构示意图。

图中：1为集热单元，2为供热管，3为回热管，4为外罐，5为内罐，6为隔热体，7为外接管，8为内接管，9为密封盖，10为隔热密封件，11为进热管，12为出热管，13为对接件，14为真空管，15为真空泵，16为真空表，17为电控阀，18为供暖管，19为回暖管，20为真空控制器，21为副循环泵，22为锥环面，23为锥齿环，24为环塞，25为储热单元，26为主加热器，27为主循环泵，28为主循环管，29为主循环阀，30为主控制器，31为主太阳能电池板单元，32为供热阀，33为回热阀，34为供热温度计，35为内罐温度计，36为排气管，37为空气传感器，38为空气阀，39为供暖阀，40为回暖阀，41为换热器，42为副控制器，43为副加热器，44为副太阳能电池板单元，45为储暖单元，46为副循环管，47为副循环阀，48为截止阀，49为换热单元，50为加水阀，51为加水管，52为泄气管，53为集热液位计，54为报警器，55为管架，56为太阳能集热管，57为储罐，58为泄气阀。

具体实施方式

如图所示，该太阳能储能供暖系统如图1所示，该太阳能储能供暖系统包括若干个集热单元1，集热单元1的主要作用，是将太阳能转化为热能。任一集热单元1的两端通过供热管2和回热管3与储热单元25构成循环回路，储热单元1通过换热单元49向用户供暖。各集热单元1输出端都通过管路并联在一起，各储热单元输出端也通过管路并联在一起，这样各集热单元1及各储热单元25都互为备用。各管路上都安装有控制阀，通过操作控制阀可以控制各管路的通断，从而实现各集热单元1及各储热单元25的互换。

如图2所示，集热单元1是本太阳能储能供暖系统中的主要组成部分，其主要作用，是接收太阳照射出来的光线，并将太阳光的光能转化为集热单元1内部热媒的热能。集热单元1包括均布在管架55上的太阳能集热管56，管架55上还安装有暂存热媒的储罐57。集热单元1中的热媒会在温差作用下自动流动，通过供热管2和回热管3的连接，就可以实现集热单元1与储热单元25中热媒的自动交换，这样集热单元1产生的热能也就会自动转移到储热单元25中进行储存。储热单元25输出端通过供暖管18和回暖管19与用户构成供暖回路，回路上安装有副循环泵21，副循环泵21工作时，储热单元25中的热媒就会通过供暖管18和回暖管19供向用户，从而实现对用户的供暖。管架55上安装有与自来水管连接的加水管51，加水管51上安装有加水阀50，通过控制加水阀50动作可以进行加水操作。管架55顶部安装有泄气管52和集热液位计53，泄气管52上安装有泄气阀58。加水阀50、泄气阀58和集热液位计53都与主控制器30电连接，根据集热液位计53的信号，主控制器30会控制加水阀50和泄气阀58动作，从而实现加水和泄气，保证了集热单元1的工作可靠性。主控制器30的输出端还连接有报警器54，当出现加不满水等意外情况时，主控制器会控制报警器报警，从而提醒人们及时维护。

如图3所示，储热单元25主要包括套装在一起的内罐5和外罐4，内罐5外壁和外罐4内壁之间均布有隔热体6，这样，在隔热体6的支撑下，内罐5和外罐4就间隔开来。隔热体6，不但具有间隔支撑内罐5和外罐4的作用，还具有隔热作用，这样就保证了内罐5的热量不会通过隔热体6传递到外罐4上。

外罐4上连接有向外延伸的外接管7，内罐5上也连接有向外延伸的内接管8，内接管8的口径远小于外接管7的口径，内接管8间隔插装在外接管7内腔中。外接管7和内接管8都为圆管，两者同轴设置。外接管7的外壁上设有外螺纹，外接管7的端口部螺接有将外接管7口部进行封堵的密封盖9。密封盖9内腔底部设有隔热密封件10，隔热密封件10既具有较好的隔热性能，又具有较好的密封性。在密封盖9的压紧力下，隔热密封件10既可以与外接管7端口密封压紧在一起，又可以与内接管8端口密封压紧在一起。这样，通过一个隔热密封件10不但起到了对内罐5内腔的密封作用，还起到了对外罐4与内罐5之间空腔的密封作用。为了方便叙述，将内罐5内腔称为内腔，将内罐5和外罐4之间的空腔称为外腔。

外罐4上安装有将外腔抽成真空的真空装置。外腔成为真空状态后，将具有隔热性，因此可以保证内罐的热量不会通过外腔向外罐传递，大大提高了本储热单元的储热性能和持久性。在本实施例中，真空装置包括通过外罐4上的真空管14将外罐4和内罐5之间空腔吸成真空的真空泵15，外罐4或真空管14上安装有真空表16，真空管14上安装有电控阀17，还包括根据真空表16输出信号控制真空泵15和电控阀17动作的真空控制器20。本真空装置是通过反馈控制结构来实现对外罐4和内罐5之间的外腔进行抽真空的。外罐4或真空管14上的真空表16与真空控制器20输入端连接在一起，其主要作用是实时检测外腔的真空度，并将该检测值传送给真空控制器20。当外腔的真空度较低时，真空控制器20会控制真空泵15工作以增大外腔的真空度。当外腔真空度达到设定数值时，真空控制器20会关闭真空管14上的电控阀17，以封闭外腔、保持外腔的真空度。本真空装置自动检测、自动抽真空，能够实时保持外腔的真空状态，有助于提高储热单元25的密封保温性能。

隔热密封件10上设有进热管11和出热管12，进热管11和出热管12从内罐5内腔一直延伸到密封盖9外部，并通过对接件13分别与供热管2和回热管3连接在一起。为了保证进热管11、出热管12分别与隔热密封件10的连接密封性和隔热性，进热管11和出热管12的材料与隔热密封件10的材料相同，而且在制作时为一体成型，大大提高了本储热单元25的隔热密封性。

外罐4上安装有能使外腔，也就是外罐4和内罐5之间的空腔保持真空的真空装置。将外腔保持成真空状态，可以利用真空不导热的特性，彻底杜绝内罐5的热量通过外腔传递到外罐4上，这样也就起到了保持内罐5温度的作用。

综上所述，集热单元1采集太阳能热量后，通过热媒将热量转移到储热单元25的内罐5中。因为内罐5的罐体外壁不但通过具有隔热功能的隔热体6与外罐4内壁隔离开来，还通过不导热的真空外腔与外罐4接触，而内罐5口部的内接管8被具有隔热功能的隔热密封件10密封，所以内罐5基本呈与外界隔热的状态。内罐5中的热量只能通过导热系数极低的隔热体6、隔热密封件10及进热管11和出热管12内腔中的热媒向外界扩散少量热量，因此本储热单元25的热损耗是非常低的，也就保证了本储热单元25具有较长的保温时间，可以达到在夏季储热在冬季供暖的效果。

如图5所示，所述隔热密封件10呈与密封盖9压紧配合的一端大于另一端的圆锥形，外接管7和内接管8的外端面为与隔热密封件10外壁配合的锥环面22，锥环面22上均布有与锥环面22同轴设置的锥齿环23。将隔热密封件10设置成与密封盖9压紧配合一端大而另一端较小的圆锥形，可以使隔热密封件10具有一个倾斜且能与内接管8和外接管7同轴圆滑配合的外周壁。这样，在密封盖9与外接管7螺接配合时，可以保证隔热密封件10与内接管8和外接管7保持同轴设置，有助于隔热密封件10分别与内接管8外端口和外接管7外端口的压紧配合密封性。在本储热单元25中，内接管8外端面和外接管7外端面都设置成与圆锥形隔热密封件10外周壁配合的锥环面22，这样不但可以增大隔热密封件10分别与内接管8外端口和外接管7外端口的贴紧配合面积，而且在受到密封盖9的轴向压紧力时，还可以增强隔热密封件10被压缩后进入外接管7和内接管8中的量，有助于增强隔热密封件10被压缩后的膨胀力所产生对内接管8锥环面22和外接管7锥环面22的密封性。在锥环面22上设置有与锥环面22同轴设置的锥齿环23，其主要作用，是将隔热密封件10压紧到内接管8外端口和外接管7外端口上时，锥齿环23会切入隔热密封件10外周壁中。这样，隔热密封件10不但与锥环面22具有压紧配合的密封关系，锥齿环23与隔热密封件10也具有压紧配合的密封关系，密封性更强。锥环面22上锥齿环23的数量越多，在内接管8和外接管7的纵剖面上，其与隔热密封件10外周壁接触的外端口就会呈现锯齿状。这样，当隔热密封件10与内接管8和外接管7压紧配合以后，内接管8和外接管7的外端口与隔热密封件10的外周壁压之间的压紧密封面，就是一个锯齿状锥环面22，接触面积更大，密封效果更好，大大提高了密封保温效果。

外接管7内壁外段为开口朝向密封盖9的圆锥面，内接管8外壁外段为开口朝向内罐5的圆锥面，隔热密封件10外壁上环设有塞入外接管7内壁外段和内接管8外壁外段并与之挤压密封配合的环塞24。将外接管7内壁外段设置成开口朝向密封盖9的圆锥面，可以使外接管7内壁横截面从外向内逐渐变小。而将内接管8外壁外段设置成开口朝向内罐5的圆锥面，也会使内接管8外壁的横截面从外向内逐渐变小。因此，外接管7和内接管8之间的外腔横截面从外向内也会逐渐变小，此时，其纵剖面呈两个从外向内逐渐变小的锥形或喇叭状。与所述锥状或喇叭状外腔对应的隔热密封塞外周壁上，固设有与锥形或喇叭状外腔对应的环塞24。也就是说，环塞24的纵剖面也呈两个从外向内逐渐变小的锥形或喇叭状。这样，当密封塞将隔热密封件10向内接管8和外接管7压紧时，不但隔热密封件10会与内接管8和外接管7的外端口压紧密封配合，所述环塞24也会同时塞入内接管8外段和外接管7外段之间的外腔内，大大增强了外腔的密封性，有助于保持外腔的真空效果和保温效果。

回热管3上安装有主循环泵27和由主太阳能电池板单元31或风力发电装置供电的主加热器26，通过主循环泵27可以对集热单元1向储热单元25的供热的回路进行加压循环，有助于提高换热速度和太阳能利用率。通过设置在供热管2或回热管3上的主加热器26，可以对热媒进行电辅助加热，特别适合在大风或晴朗天气使用。供热管2和回热管3之间连接有将内罐5、主加热器26和主循环泵27构成循环回路的主循环管28，通过主循环管28的连接，可以将内罐5、主加热器26和主循环泵27构成一个单独的循环回路。为方便叙述，将该循环回路称为热内循环回路。当储热单元25达到储热温度且集热单元1停止对该储热单元25进行继续加热而对其他集热单元1进行加热的保温储藏阶段内或集热单元1维修时，可以开启该回路并通过主太阳能电池板单元31或风力发电装置供电的主加热器26对储热单元25内的热媒进行加热，起到了保持或提升储热单元25储热温度的作用，保证了冬季到来时进行供暖的需要。

在主循环管28上安装有主循环阀29，供热管2和回热管3上分别安装供热阀32和回热阀33，可以分别控制主循环管28、供热管2和回热管3的通断，这样就可以决定由集热单元1加热还是由主加热器26加热，操控起来非常方便。供热管2上安装有供热温度计34，通过供热温度计34可以检测集热单元1加热后输出的热媒温度，并实时传输给主控制器30。外罐4上安装有内罐温度计35，通过内罐温度计35可以检测内罐5中存储热媒的温度，并实时传输给主控制器30。这样，主控制器30就可以根据供热温度计34和内罐温度计35的信号来控制供热阀32、回热阀33、主循环阀29、主加热器26、主循环泵27和副循环泵21的动作。例如，当天气不好时，供热温度计34检测的集热单元1输出的热媒温度会低于内罐温度计35检测的已存储到内罐5中的热媒的温度，此时主控制器30会控制供热阀32和回热阀33分别关断供热管2和回热管3，以关闭集热单元1向储热单元25供热的回路。同时开启主循环泵27并控制主循环阀29开启主循环管28，这样也就开启了热内循环回路。最后开启由太阳能电池板单元或风力发电装置供电的主加热器26，这样，主加热器26就会对内罐5内的热媒进行加热，直到内罐5中的热媒温度达到设定温度。经过上述过程的不断循环，本储热单元25可以使内罐5中的热媒保持长时间的高温状态，而且使用的能量都是来自自然界的太阳能或风能，保温成本极低。

在本实施例中，密封盖9位于内罐5的顶部，进热管11内端位于内罐5的顶部，与进热管11连接的供热管2上连接有向上延伸的排气管36，排气管36上安装有与主控制器30电连接的空气传感器37和空气阀38。将密封盖9设置在内罐5顶部，并将进热管11内端也设置在内罐5顶部，可以在内罐5中产生气体时，使气体通过进热管11向外输出。将与进热管11连接的供热管2上连接的排气管36向上延伸，可以引导产生的空气向上流动，有助于实现水气分离。排气管36上安装的控制传感器可以实时监测排气管36内是否存在空气，主控制器30会根据该信号及时开启空气阀38将空气排出，保证了本太阳能储能供暖系统的工作稳定性。

所述供暖管18通过供热管2与内罐5连接，回暖管19通过回热管3与内罐5连接，供暖管18和回暖管19上分别安装有由主控制器30控制的供暖阀39和回暖阀40。将供暖管18和回暖管19分别通过供热管2和回热管3与内罐5连接，可以使供热管2和供暖管18共用一个进热管11与内罐5连接，同样也是回热管3和回暖管19共用一根出热管12与内罐5连接，减少了内罐5与外界连接的连接点及连接件，有助于提高内罐5的保温密封性和减少内罐5的热损失。根据内罐温度计35的感应信号，主控制器30可以通过供暖阀39和回暖阀40来控制向用户供暖回路的通断，自动控制，无需人工干预。

如图4所示，供暖管18和回暖管19上安装有换热器41。储热单元25内存储的热媒都是在夏季高温时加热到90-100℃的高温热媒，经过秋季过度后储热单元25内的热媒温度一般在80-90℃，而供暖入户的热媒温度一般在40℃左右，因此需要通过换热器41进行换热后入户，否则不但会造成用户供暖过热，还会造成热量的白白浪费。为方便叙述，将换热器41及其输出换热输出端至用户输入端之间的所有部分统称为换热单元49。

换热器41换热输出端的供暖管18上安装有由副控制器42控制工作的副加热器43，副加热器43由副太阳能电池板单元44供电，副加热器43输出端的供暖管18上还连接有储暖单元45。在换热器41换热输出端的供暖管18上安装副加热器43，用户可以根据实际需要对供暖管18内的热媒进行额外加热，而副加热器43是由副太阳能电池板单元44供电加热的，因此不需要消耗民用电，额外加热的成本很低。在副加热器43输出端的供暖管18上连接出暖单元，可以将在白天好天气时加热的热媒进行暂时储存，这样不但可以起到延长高温供暖的时间，而且充分利用了太阳能，有助于降低供暖成本。

换热器41换热输出端的供暖管18和回暖管19上还连接有副循环管46，副循环管46上安装有由副控制器42控制的副循环阀47，换热器41和副循环管46之间的供暖管18上安装有由副控制器42控制的截止阀48。在换热器41换热输出端的供暖管18和回暖管19之间连接副循环管46，也就相当于在换热器41的换热输出端并联了一根副循环管46。因为副循环管46与换热器41是并联关系，因此副循环管46与副加热器43、出暖单元及用户就构成了一个新的循环回路。为了便于叙述，将该回路称为暖内循环回路。副循环管46上安装有副循环阀47，副控制器42可以通过控制副循环阀47来控制副循环管46的通断。副循环管46和换热器41之间的供暖管18上安装有截止阀48，控制器通过控制截止阀48就可以控制该段供暖管18的通断。在实际工作中，截止阀48和副循环阀47为相反的工作状态，即截止阀48开启时，副循环阀47必须关闭，当副循环阀47开启时，截止阀48必须关闭。只有在维修时，截止阀48和副循环阀47才能同时关闭或同时开启。当截止阀48开启而副循环阀47关闭时，为换热供暖状态，此时副加热器43可以工作也可以不工作。当副循环阀47开启而截止阀48关闭时，为暖内循环回路供暖状态，此时副加热器43必须开启，此情况适合光照条件比较好的时候使用。在实际使用时，可以采用风力发电机构对发加热器供电，这样在有风的夜晚也可以使用暖内循环回路供暖状态。

Claims (10)

1.一种太阳能储能供暖系统，包括将太阳能转化为热能的集热单元（1），其特征是：集热单元（1）的两端通过供热管（2）和回热管（3）与储热单元（25）构成循环回路，储热单元（25）通过供暖管（18）和回暖管（19）与用户连接，供暖管（18）或回暖管（19）上安装有副循环泵（21），所述储热单元（25）包括密封套装在一起的外罐（4）和内罐（5），内罐（5）外壁和外罐（4）内壁之间设有将外罐（4）和内罐（5）间隔开来的隔热体（6），外罐（4）上连接有向外延伸的外接管（7），内罐（5）上连接有间隔插装在外接管（7）内的内接管（8），外接管（7）上螺接有密封盖（9），密封盖（9）内设有既能与外接管（7）口部压紧密封配合又能与内接管（8）压紧密封配合的隔热密封件（10），隔热密封件（10）上固设有延伸到内罐（5）中的进热管（11）和出热管（12），进热管（11）和出热管（12）通过对接件（13）分别与供热管（2）和回热管（3）连接，外罐（4）上安装有能使外罐（4）和内罐（5）之间的空腔保持真空的真空装置。

2.如权利要求1所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：所述隔热密封件（10）呈与密封盖（9）压紧配合的一端大于另一端的圆锥形，外接管（7）和内接管（8）的外端面为与隔热密封件（10）外壁配合的锥环面（22），锥环面（22）上均布有与锥环面（22）同轴设置的锥齿环（23）。

3.如权利要求2所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：外接管（7）内壁外段为开口朝向密封盖（9）的圆锥面，内接管（8）外壁外段为开口朝向内罐（5）的圆锥面，隔热密封件（10）外壁上环设有塞入外接管（7）内壁外段和内接管（8）外壁外段并与之挤压密封配合的环塞（24）。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：供热管（2）或回热管（3）上安装有主循环泵（27）和由主太阳能电池板单元（31）或风力发电装置供电的主加热器（26），供热管（2）和回热管（3）之间连接有将内罐（5）、主加热器（26）和主循环泵（27）构成循环回路的主循环管（28），主循环管（28）上安装有主循环阀（29），供热管（2）和回热管（3）上分别安装有供热阀（32）和回热阀（33），供热管（2）上安装有供热温度计（34），外罐（4）上安装有检测内罐（5）内热媒温度的内罐温度计（35），还包括根据供热温度计（34）和内罐温度计（35）信号控制供热阀（32）、回热阀（33）、主循环阀（29）、主加热器（26）、主循环泵（27）和副循环泵（21）动作的主控制器（30）。

5.如权利要求4所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：所述密封盖（9）位于内罐（5）的顶部，进热管内端位于内罐的顶部，与进热管（11）连接的供热管（2）上连接有向上延伸的排气管（36），排气管（36）上安装有与主控制器（30）电连接的空气传感器（37）和空气阀（38）。

6.如权利要求5所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：所述供暖管（18）通过供热管（2）与内罐（5）连接，回暖管（19）通过回热管（3）与内罐（5）连接，供暖管（18）和回暖管上分别安装有由主控制器（30）控制的供暖阀（39）和回暖阀（40）。

7.如权利要求6所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：供暖管（18）和回暖管（19）上安装有换热器（41）。

8.如权利要求7所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：换热器（41）换热输出端的供暖管（18）上安装有由副控制器（42）控制工作的副加热器（43），副加热器（43）由副太阳能电池板单元（44）供电，副加热器（43）输出端的供暖管（18）上还连接有储暖单元（45）。

9.如权利要求8所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：换热器（41）换热输出端的供暖管（18）和回暖管（19）上还连接有副循环管（46），副循环管（46）上安装有由副控制器（42）控制的副循环阀（47），换热器（41）和副循环管（46）之间的供暖管（18）上安装有由副控制器（42）控制的截止阀（48）。

10.如权利要求9所述的太阳能储能供暖系统，其特征是：所述真空装置包括通过外罐（4）上的真空管（14）将外罐（4）和内罐（5）之间空腔吸成真空的真空泵（15），外罐（4）或真空管（14）上安装有真空表（16），真空管（14）上安装有电控阀（17），还包括根据真空表（16）输出信号控制真空泵（15）和电控阀（17）动作的真空控制器（20）。

Images