太阳能供热装置的制作方法

本发明属于太阳能供热领域，具体涉及一种太阳能供热装置。

背景技术：

近年来，随着人们对生活热水、采暖等的供热需求越来越大，太阳能作为一种清洁的可再生能源，已被广泛应用于各种供热需求中。太阳能供热装置用于将太阳能转化为热能，从而可将该部分热能应用于所需的场合。

目前，现有的太阳能供热装置(如图10所示)主要包括集热器30、储水箱40、辅助热源50、水泵和控制装置等。其工作原理为：水泵使水在集热器30与储水箱40之间循环，当集热器30顶端水温高于储水箱40底部水温若干度时，控制装置将启动水泵使水在集热器30与储水箱40之间循环流动；当集热器30顶端水温低于储水箱40底部水温时，控制装置将启动辅助热源50来加热储水箱40内的水，加热后的水自储水箱40经水泵加压送入用户供暖后再回到储水箱40。

然而，尽管现有的太阳能供热装置在一定程度上能够满足供热需求，但其依然存在较多的缺陷。例如现有的太阳能供热装置中集热器30与储水箱40间的循环介质通常使用水作为导热介质，其工作温度范围窄，并需要相应的水处理系统和设备，因此成本较高且热效率低下；另外，现有的太阳能供热装置中的辅助热源50直接加热储水箱40内的水，存在电能浪费的情况；此外，现有的太阳能供热装置也无法进行供热调节，因此在遇到例如光照强度不充足等情况下，其自身并不能实时满足正常的供热需求。

针对现有技术的不足之处，本领域的技术人员希望寻求一种能够实时满足供热需求的太阳能供热装置，从而使其在任何天气情况下都能满足对所需热能的供应。

技术实现要素：

为弥补现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够实时满足供热需求的太阳能供热装置，从而使其在任何天气情况下都能满足对所需热能的供应。

鉴于此，本发明提供了一种太阳能供热装置，包括：依次连接的太阳能集热器，第一换热器，储热水箱和补热装置，以及入口连接在第一换热器与储热水箱之间、出口连接在储热水箱与补热装置之间的管道，其中，第一换热器和补热装置分别对应连接外网的入口和外网的出口，从而使得太阳能供热装置至少形成有开环运行模式以对外网供热，开环运行模式包括：

开环模式一：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量大于外网需要热量时，外网回水首先进入第一换热器，并与太阳能集热器中的导热介质换热后同时经过储热水箱和管道以对外网供热，当储热水箱中温度值达到上限时，外网回水经第一换热器和管道后对外网供热；

开环模式二：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量小于外网所需热量时，外网回水依次经过第一换热器、储热水箱以对外网供热；

开环模式三：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度大于外网所需温度时，外网回水直接经储热水箱对外网供热；

开环模式四：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度小于外网所需温度时，外网回水经储热水箱、补热装置后对外网供热。

进一步地，太阳能供热装置还包括并联在连接储热水箱与补热装置之间的管路上的第二换热器，第二换热器同时与第一换热器和补热装置相连，从而使得太阳能供热装置还形成有闭环运行模式，闭环运行模式包括：

闭环模式一：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量大于外网需要热量时，第二换热器一次侧回水首先进入第一换热器，并与太阳能集热器换热后依次经过储热水箱及管道后回流至第二换热器一次侧，当储热水箱中温度值达到上限时，第二换热器一次侧回水经第一换热器、管道后回流至第二换热器一次侧；而第二换热器二次侧回水经第二换热器二次侧后直接对外网供热；

闭环模式二：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量小于外网所需热量时，第二换热器一次侧回水依次经第一换热器、储热水箱回流至第二换热器一次侧；而第二换热器二次侧回水经第二换热器二次侧后直接对外网供热；

闭环模式三：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度大于外网所需温度时，第二换热器一次侧回水直接经储热水箱后回流至第二换热器一次侧；而第二换热器二次侧回水经第二换热器二次侧后直接对外网供热；

闭环模式四：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度小于外网所需温度时，外网回水或补水直接经补热装置后对外网供热。

进一步地，太阳能集热器的出口与第一换热器的一次侧入口相连，第一换热器的一次侧出口与太阳能集热器的入口相连，第一换热器的二次侧出口同时与储热水箱的入口、管道的入口相连，储水箱的出口同时与管道的出口、第二换热器的一次侧入口、第二换热器的二次侧入口和补热装置的入口相连，第二换热器的一次侧出口同时与第一换热器的二次侧入口和外网的入口相连，第二换热器的二次侧出口与补热装置的入口相连，补热装置的出口与外网的出口相连。

进一步地，太阳能供热装置还包括开关阀组件，开关阀组件包括设置在第一换热器的二次侧出口、二次侧入口处的第一开关阀和第二开关阀，设置在储热水箱的入口和出口处的第三开关阀和第四开关阀，设置在补热装置的入口和出口处的第五开关阀和第六开关阀，设置在管道上的第七开关阀，设置在第一开关阀和第二开关阀之间并用于选择性接入第一换热器的第八开关阀，设置在第五开关阀和第六开关阀之间并用于选择性接入补热装置的第九开关阀，以及设置在外网的出口与入口之间的第十九开关阀，其中，

在开环模式一下，第五开关阀、第六开关阀、第八开关阀和第十九开关阀关闭，其余开关阀打开；当储热水箱中温度值达到上限时，第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第八开关阀和第十九开关阀关闭，其余开关阀打开；

在开环模式二下，第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀、第八开关阀和第十九开关阀关闭，其余开关阀打开；

在开环模式三下，第一开关阀、第二开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀和第十九开关阀关闭，其余开关阀打开；

在开环模式四下，第一开关阀、第二开关阀、第七开关阀、第九开关阀和第十九开关阀关闭，其余开关阀打开。

进一步地，开关阀组件还包括设置在第二换热器的一次侧入口、一次侧出口处的第十开关阀和第十一开关阀，设置在第二换热器的二次侧入口、二次侧出口处的第十二开关阀和第十三开关阀，设置在第二开关阀与第十一开关阀之间的第十四开关阀，设置在第十一开关阀与第十九开关阀之间的第十五开关阀，设置在第十二开关阀与第十三开关阀之间并用于接通第二换热器的二次侧的第十六开关阀，设置在第十开关阀与第十二开关阀之间的用于使第二换热器的一次侧和二次侧形成相互独立的回流通路的第十七开关阀，以及用于连通外部补水装置与补热装置的第十八开关阀，其中，

在闭环模式一下：第五开关阀、第六开关阀、第八开关阀、第十五开关阀、第十六开关阀和第十七开关阀关闭，其余阀门打开；当储热水箱中温度值达到上限时，第三开关阀、第四开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第八开关阀、第十五开关阀、第十六开关阀和第十七开关阀关闭，其余开关阀打开；

在闭环模式二下：第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀、第八开关阀、第十五开关阀、第十六开关阀和第十七开关阀关闭，其余阀门打开；

在闭环模式三下：第一开关阀、第二开关阀、第五开关阀、第六开关阀、第七开关阀、第十五开关阀、第十六开关阀和第十七开关阀关闭，其余阀门打开；

在闭环模式四下：第五开关阀、第六开关阀、第十六开关阀和第十八开关阀打开，其余开关阀关闭。

进一步地，第一换热器为油-水板式换热器，所述太阳能集热器中的导热介质为导热油。

进一步地，补热装置连接在靠近外网的出口的管路上。

进一步地，太阳能供热装置还包括用于检测第一换热器内的水温的第一传感器和用于检测储热水箱内的水温的第二传感器，以及同时与所述第一传感器、第二传感器和控制阀组件相连的控制器。

进一步地，太阳能集热器设置为与第一换热器并联的多个。

进一步地，太阳能集热器为平板太阳能集热器和/或槽式太阳能集热器和/或真空管太阳能集热器。

本发明的太阳能供热装置在使用时，可根据太阳高度角的大小、光照强度的强弱、太阳天气的阴晴等状况来自动调整太阳能集热器的角度、切换自身的循环供热模式，从而使太阳能供热装置能够不受限于外界的环境影响而实时有效地满足供热需求。与现有技术相比，本发明的太阳能供热装置主要具备以下优点：

1)本发明的太阳能供热装置具有多种运行模式，包括开环运行模式和闭环运行模式，可根据需要灵活切换不同的运行模式来适应不同的外界环境，其中的闭环模式有利于太阳能供热装置中水循环的平衡以及有利于对供热进行调节；

2)本发明的太阳能供热装置中的第一换热器采用油-水板式换热器，太阳能集热器采用导热油作为热载体，从而使得由太阳能集热器所收集的热量能够更多、更快地传递给第一换热器，从而极大地提高了热能的转化和传递效率；

3)本发明的太阳能供热装置将补热装置连接在靠近外网的管路上，实现外网需要多少热量，补热装置产生多少热量，从而不存在能源浪费的现象；

4)本发明的太阳能供热装置中的太阳能集热器能够设置为与第一换热器并联的多个，从而使得本装置能够运用于大面积集中供热的需求中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1显示了根据本发明的太阳能供热装置的结构示意图；

图2是根据本发明的太阳能供热装置在开环模式一下运行的工作原理图；

图3是根据本发明的太阳能供热装置在开环模式二下运行的工作原理图；

图4是根据本发明的太阳能供热装置在开环模式三下运行的工作原理图；

图5是根据本发明的太阳能供热装置在开环模式四下运行的工作原理图；

图6是根据本发明的太阳能供热装置在闭环模式一下运行的工作原理图；

图7是根据本发明的太阳能供热装置在闭环模式二下运行的工作原理图；

图8是根据本发明的太阳能供热装置在闭环模式三下运行的工作原理图；

图9是根据本发明的太阳能供热装置在闭环模式四下运行的工作原理图；

图10是现有技术中的太阳能供热装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1显示了根据发明提供的太阳能供热装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括：依次连接的太阳能集热器100，第一换热器200，储热水箱300和补热装置400，以及入口连接在第一换热器200与储热水箱300之间、出口连接在储热水箱300与补热装置400之间的管道600。其中，第一换热器200和补热装置400分别对应连接外网的入口和外网的出口，从而使得太阳能供热装置至少形成有开环运行模式以对外网供热，该开环运行模式包括：

开环模式一：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量大于外网需要热量时，外网回水首先进入第一换热器200，并与太阳能集热器100中的导热介质换热后同时经过储热水箱300和管道600以对外网供热，当储热水箱300中温度值达到上限时，外网回水经第一换热器200和管道600后对外网供热；

开环模式二：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量小于外网所需热量时，外网回水依次经过第一换热器200、储热水箱300以对外网供热；

开环模式三：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度大于外网所需温度时，外网回水直接经储热水箱300对外网供热；

开环模式四：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱300的温度小于外网所需温度时，外网回水经储热水箱300、补热装置400后对外网供热。

本发明的太阳能供热装置在使用时，可根据外界光照强度的强弱、天气的阴晴等状况来自动切换自身的循环供热模式，从而使太阳能供热装置能够不受限于外界的环境影响而实时有效地满足供热需求。

在一个优选地实施方式中，太阳能供热装置还包括并联在连接储热水箱300与补热装置400之间的管路上的第二换热器500，第二换热器500同时与第一换热器200和补热装置400相连，从而使得太阳能供热装置还形成有闭环运行模式，该闭环运行模式包括：

闭环模式一：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量大于外网需要热量时，第二换热器500的一次侧回水首先进入第一换热器200，并与太阳能集热器100换热后依次经过储热水箱300及管道600后回流至第二换热器500的一次侧，当储热水箱300中温度值达到上限时，第二换热器500的一次侧回水经第一换热器200、管道600后回流至第二换热器500的一次侧；而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后直接对外网供热；

闭环模式二：当太阳能集热器处于热量吸收状态且收集的热量小于外网所需热量时，第二换热器500的一次侧回水依次经第一换热器200、储热水箱300回流至第二换热器500的一次侧；而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后直接对外网供热；

闭环模式三：当太阳能集热器100处于无热量吸收状态且储热水箱300的温度大于外网所需温度时，第二换热器500的一次侧回水直接经储热水箱300后回流至第二换热器500的一次侧；而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后直接对外网供热；

闭环模式四：当太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱300的温度小于外网所需温度时，外网回水或补水直接经补热装置400后对外网供热。

本发明的闭环模式有利于太阳能供热装置中水循环的平衡以及有利于对供热进行调节。

下面将具体介绍本发明的太阳能供热装置的具体连接结构、在不同运行模式下的工作原理及作用。

一、连接结构

根据本发明，如图1所示，太阳能集热器的出口与第一换热器200的一次侧入口相连，第一换热器200的一次侧出口与太阳能集热器100的入口相连，第一换热器200的二次侧出口同时与储热水箱300的入口、管道600的入口相连，储热水箱300的出口同时与管道600的出口、第二换热器500的一次侧入口、第二换热器500的二次侧入口和补热装置400的入口相连，第二换热器500的一次侧出口同时与第一换热器200的二次侧入口和外网的入口相连，第二换热器500的二次侧出口与补热装置400的入口相连，补热装置400的出口与外网的出口相连。

相应地，如图1所示，太阳能供热装置还包括开关阀组件，开关阀组件包括设置在第一换热器200的二次侧出口、二次侧入口处的第一开关阀1和第二开关阀2，设置在储热水箱300的入口和出口处的第三开关阀3和第四开关阀4，设置在补热装置400的入口和出口处的第五开关阀5和第六开关阀6，设置在管道600上的第七开关阀7，设置在第一开关阀1和第二开关阀2之间并用于选择性接入第一换热器200的第八开关阀8，设置在第五开关阀5和第六开关阀6之间并用于选择性接入补热装置的第九开关阀9，以及设置在外网的出口与入口之间的第十九开关阀19。

此外，如图1所示，开关阀组件还包括设置在第二换热器500的一次侧入口、一次侧出口处的第十开关阀10和第十一开关阀11，设置在第二换热器500的二次侧入口、二次侧出口处的第十二开关阀12和第十三开关阀13，设置在第二开关阀2与第十一开关阀11之间的第十四开关阀14，设置在第十一开关阀11与第十九开关阀19之间的第十五开关阀15，设置在第十二开关阀12与第十三开关阀13之间并用于接通第二换热器500的二次侧的第十六开关阀16，设置在第十开关阀10与第十二开关阀12之间的用于使第二换热器500的一次侧和二次侧形成相互独立的回流通路的第十七开关阀17，以及用于连通外部补水装置700与补热装置400的第十八开关阀18。

二、工作原理及作用

结合图1和图2所示，在开环模式一下，太阳能集热器100处于热量吸收状态且收集的热量大于外网需要热量，也就是说此时光照较为充足，将第五开关阀5、第六开关阀6、第八开关阀8和第十九开关阀19关闭，其余开关阀打开。此时，太阳能集热器100收集的热能较多，该模式使外网回水从在经过第一换热器200后同时经储热水箱300与管道600为外网供热，从而可以更快速、更充分地将这些热能供给外网，这便极大地提高了供热效率。

当储热水箱300中温度值达到上限时，将第三开关阀3、第四开关阀4、第五开关阀5、第六开关阀6、第八开关阀8和第十九开关阀19关闭，其余开关阀打开。此时由于储热水箱300中温度已达上限值，为了保护储热水箱300的安全使用，因此控制外网回水在经第一换热器200进行换热后直接经管道600对外网供热。

结合图1和图3所示，在开环模式二下，当太阳能集热100器处于热量吸收状态且收集的热量小于外网所需热量时，也就是说此时的光照强度较开环模式一变弱，将第五开关阀5、第六开关阀6、第七开关阀7、第八开关阀8和第十九开关阀19关闭，其余开关阀打开。此时，由于经第一换热器200换热后继续经管道600的外网回水的温度已不满足外网的所需温度，因此将管道600断开，使外网回水经第一换热器200进行换热后直接通过储热水箱300对外网供热。

结合图1和图4所示，在开环模式三下，太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度大于外网所需温度，第一开关阀1、第二开关阀2、第五开关阀5、第六开关阀6、第七开关阀7和第十九开关阀19关闭，其余开关阀打开。此时由于太阳能集热器100已无热量吸收，使其无法与第一换热器200进行热量交换，因此在该模式下外网回水仅通过储热水箱300对外网供热。

结合图1和图5所示，在开环模式四下，太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱300的温度小于外网所需温度，将第一开关阀1、第二开关阀2、第七开关阀7、第九开关阀9和第十九开关阀19关闭，其余开关阀打开。此时由于经储热水箱300的外网回水的温度已不能满足外网的所需温度，因此，需要接通补热装置400对外网回水进行加热。

结合图1和图6所示，在闭环模式一下：太阳能集热器100处于热量吸收状态且收集的热量大于外网需要热量，也就是说此时光照较为充足，将第五开关阀5、第六开关阀6、第八开关阀8、第十五开关阀15、第十六开关阀16和第十七开关阀17关闭，其余阀门打开。此时，太阳能集热器100收集的热能较多，该模式使第二换热器500的一次侧回水在经过第一换热器200后同时经储热水箱300与管道600回流至第二换热器500的一次侧，从而可以更快速、更充分地将这些热能供给二级网，这便极大地提高了供热效率。而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后可直接对外网供热。

当储热水箱300中温度值达到上限时，将第三开关阀3、第四开关阀4、第五开关阀5、第六开关阀6、第八开关阀8、第十五开关阀15、第十六开关阀16和第十七开关阀17关闭，其余开关阀打开。此时由于储热水箱300中温度已达上限值，为了保护储热水箱300的安全使用，因此控制第二换热器200的一次侧回水在经第一换热器200进行换热后直接经管道600回流至第二换热器200的一次侧，以对二级网进行加热；而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后可直接对外网供热。

结合图1和图7所示，在闭环模式二下，太阳能集热器100处于热量吸收状态且收集的热量小于外网所需热量，也就是说此时的光照强度较闭环模式一变弱，将第五开关阀5、第六开关阀6、第七开关阀7、第八开关阀8、第十五开关阀15、第十六开关阀16和第十七开关阀17关闭，其余阀门打开。此时，由于经第一换热器200换热后继续经管道600的第二换热器500的一次侧回水的温度已不满足二级网的所需温度，因此将管道600断开，使第二换热器500的一次侧回水经第一换热器200进行换热后直接通过储热水箱300对二级网供热，而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后直接对外网供热。

结合图1和图8所示，在闭环模式三下，太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱的温度大于外网所需温度，将第一开关阀1、第二开关阀2、第五开关阀5、第六开关阀6、第七开关阀7、第十五开关阀15、第十六开关阀16和第十七开关阀17关闭，其余阀门打开。此时由于太阳能集热器100已无热量吸收，使其无法与第一换热器200进行热量交换，因此在该模式下第二换热器500的一次侧回水仅通过储热水箱300对二级网供热；而第二换热器500的二次侧回水经第二换热器500的二次侧后直接对外网供热。

结合图1和图9所示，在闭环模式四下，太阳能集热器处于无热量吸收状态且储热水箱300的温度小于外网所需温度，将第五开关阀5、第六开关阀6、第十六开关阀16和第十八开关阀18打开，其余开关阀关闭。此时由于经储热水箱300的第二换热器500的一次侧回水的温度已不能满足对二级网和外网的所需温度，因此，断开第二换热器500和储热水箱300来使外网回水或补水直接经补热装置400后对外网供热。

在一个优选地实施方式中，第一换热器200为油-水板式换热器，太阳能集热器100采用导热油作为热载体，从而使得由太阳能集热器所收集的热量能够更多、更快地传递给第一换热器，从而极大地提高了热能的转化和传输效率。还优选地，第二换热器500为水-水板式换热器。

优选地，太阳能集热器100可以设置为与第一换热器200并联的多个，即多个太阳能集热器100与第一换热器200并联，从而使得本发明的太阳能供热装置能够运用于大面积集中供热的需求中。

进一步优选地，太阳能集热器100可以选用平板太阳能集热器或槽式太阳能集热器或真空管太阳能集热器，也可以根据具体需要进行混合选用。

在另一个优选地实施方式中，补热装置400连接在靠近外网的出口的管路上，从而实现外网需要多少热量，补热装置400产生多少热量，从而不存在能源浪费的现象；

根据本发明，太阳能供热装置还包括用于检测第一换热器200内的水温的第一传感器和用于检测储热水箱内的水温的第二传感器，以及同时与第一传感器、第二传感器和控制阀组件相连的控制器。优选地，第一传感器与第二传感器将对应的温度信号传递给控制器，控制器根据温度信号的差值来判定太阳能供热装置的运行模式，以便进一步控制开关阀组件的开闭，从而实现太阳能供热装置的自动供热。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。