專利名稱：杯狀平頂熱管太陽(yáng)能溫差發(fā)電集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能溫差發(fā)電集熱器，具體涉及一種杯狀平頂熱管太陽(yáng)能溫差發(fā)電集熱器。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能光熱利用、光電利用已受到人們的高度重視，近幾年得到了高速發(fā)展，因異徑真空管及密排技術(shù)已經(jīng)成熟，太陽(yáng)能光熱利用的效率已有重大突破，其效率已高達(dá)73% 左右，但熱能的用途客觀上有很大局限性，不具有電能使用的廣泛性及靈活性；因受到技術(shù)發(fā)展水平等因素的制約，太陽(yáng)能光電利用的效率僅僅1 左右，使得發(fā)電成本居高不下，推廣困難。將太陽(yáng)能的光熱利用和光電利用綜合為一體的系統(tǒng)已有問(wèn)世，但均存在采用等徑真空管效率低、通過(guò)溫差發(fā)電模塊后的熱量傳遞采用普通的散熱器機(jī)構(gòu)不便與水箱密切配合導(dǎo)熱阻力大等問(wèn)題。綜合、高效、科學(xué)合理的太陽(yáng)能利用系統(tǒng)已成為一項(xiàng)重大的研究課題。補(bǔ)充的本領(lǐng)域公知常識(shí)半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊是根據(jù)塞貝克效應(yīng)制成的，即把兩種半導(dǎo)體的接合端置于高溫，處于低溫環(huán)境的另一端就可得到電動(dòng)勢(shì) E:E=As$T=As(T2-Tl)。式中As為塞貝克系數(shù)，其單位為V K或LV K.塞貝克系數(shù)AS是由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定的。半導(dǎo)體溫度發(fā)電模塊，是一種利用溫差直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的全固態(tài)能量轉(zhuǎn)化發(fā)電裝置，它無(wú)需化學(xué)反應(yīng)且無(wú)機(jī)械移動(dòng)部分，因而具有無(wú)噪音，無(wú)污染，無(wú)磨損，重量輕，使用壽命長(zhǎng)等種種優(yōu)點(diǎn)。補(bǔ)充的現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體溫差發(fā)電模塊外形尺寸有多種，常用的為 40mmX40mmX4mm,共有127對(duì)PN結(jié)，具有一定的耐高溫特性(熱端穩(wěn)定工作溫度可達(dá) 180°C，最高短時(shí)沖擊溫度220°C )，熱電轉(zhuǎn)化效率為11.7%。該扁平半導(dǎo)體器件帶正負(fù)引出線的直流，其兩平面分別為冷端平面和熱端平面，若兩面溫差能達(dá)到攝氏60度，則發(fā)電電壓可達(dá)到3. 5V，短路電流可達(dá)到3-5A。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種豎排式內(nèi)聯(lián)水箱集熱器，該集熱器集太陽(yáng)能溫差發(fā)電與生產(chǎn)熱水于一體，在提供熱水的同時(shí)提供一定的電能，克服以往熱水器發(fā)電效率低、應(yīng)用單一的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，該杯狀平頂熱管集熱器包括防護(hù)外箱、內(nèi)聯(lián)水箱、若干異徑或等徑玻璃真空管和支架，內(nèi)聯(lián)水箱置于防護(hù)外箱內(nèi)腔，內(nèi)聯(lián)水箱與防護(hù)外箱間填充有保溫層，防護(hù)外箱以及若干異徑或等徑玻璃真空管固定于支架上，玻璃真空管封閉端置于支架尾部，防護(hù)外箱底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管開(kāi)口端插入通孔處，在對(duì)應(yīng)防護(hù)外箱通孔處的內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成，所述發(fā)電模塊總成包括以一定厚度的集熱體作為上平面的平頂熱管、扁平發(fā)電模塊、金屬杯狀散熱體、防護(hù)套、若干壓緊螺栓；所述平頂熱管為漏斗狀封閉腔體，熱管頂部與發(fā)電模塊下平面熱端緊密貼合，熱管下端伸入玻璃真空管內(nèi)，熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)；所述金屬散熱體安裝于內(nèi)聯(lián)水箱上，兩者通過(guò)密封圈密閉，杯狀結(jié)構(gòu)的散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)；發(fā)電模塊置于平頂熱管上平面集熱體與金屬散熱體之間，所述發(fā)電模塊是一個(gè)扁平帶正負(fù)引出線的直流半導(dǎo)體器件，其上下兩平面分別為冷端平面和熱端平面，所述發(fā)電模塊的熱端平面緊貼所述平頂熱管的上平面集熱體，所述金屬散熱體基部緊貼所述發(fā)電模塊的冷端平面， 熱管上平面集熱體與散熱體之間通過(guò)若干壓緊螺栓將平頂熱管、發(fā)電模塊、金屬散熱體三者固定；所述防護(hù)套設(shè)于發(fā)電總成與玻璃真空管之間間隙部分，防止發(fā)電總成與玻璃真空管開(kāi)口處剛性接觸損壞真空管并防止管內(nèi)熱量外逸。所述保溫填充物層為聚氨酯發(fā)泡聚氨酯發(fā)泡結(jié)構(gòu)。所述金屬集熱體與平頂熱管兩者焊接形成密封腔體，扁平金屬集熱體為3— 20mm 厚度的扁平紫銅金屬塊。所述發(fā)電模塊為單層的發(fā)電模塊；或者所述發(fā)電模塊為由多層的發(fā)電模塊組成，相互間采用串聯(lián)或者并聯(lián)或串并復(fù)合連接方式。所述杯狀散熱體具有杯狀儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)，底部密封。還可以設(shè)有集熱翅片，集熱翅片與熱管下端密切接觸并一起伸入玻璃真空管內(nèi)。 即在真空玻璃管內(nèi)還設(shè)有翅片，該翅片沿軸向設(shè)于玻璃真空管內(nèi)并與平頂熱管緊密接觸。平頂熱管的頂部集熱體為圓形或矩形，集熱體四周分別開(kāi)孔。為了更好均勻?qū)?，有利于保護(hù)發(fā)電模塊，在平頂熱管上平面集熱體與發(fā)電模塊之間還可以設(shè)有導(dǎo)熱板，導(dǎo)熱板分別與平頂熱管上平面集熱體、發(fā)電模塊之間的接觸面緊密貼合。本實(shí)用新型是將半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)與太陽(yáng)能熱水器合理巧妙地相結(jié)合，在提供 10%的左右的光-熱-電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)還提供高達(dá)63%左右的光-熱轉(zhuǎn)換效率，其綜合光利用率達(dá)73%左右，具國(guó)際領(lǐng)先水平。

圖1為實(shí)施例豎排式集熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1徑向的剖視圖。圖3為圖2的局部放大示意圖。圖4a、4b-l、4b-23c為例舉的各類杯狀散熱體的截面結(jié)構(gòu)示意圖，圖4d為杯狀散熱體設(shè)有輻射筋結(jié)構(gòu)。標(biāo)記說(shuō)明1-支架，11支架尾托，2-防護(hù)外箱，22-保溫層，3_玻璃真空管，4_內(nèi)聯(lián)水箱，5-發(fā)電總成，51-扁平金屬集熱體，511-集熱翅片，512-平頂熱管，52-杯狀金屬散熱體，53-發(fā)電模塊，543-壓緊螺栓，55-防護(hù)套，564-主水管，57-密封圈。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型技術(shù)方案不限于下述優(yōu)選實(shí)施例，在技術(shù)方案內(nèi)所作的任何改動(dòng)或變異均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。實(shí)施例如圖1、圖2、圖3所示，該集熱器包括防護(hù)外箱2、內(nèi)聯(lián)水箱4、若干異徑或等徑玻璃真空管3和支架1，內(nèi)聯(lián)水箱4置于防護(hù)外箱2內(nèi)壁，內(nèi)聯(lián)水箱4與防護(hù)外箱間填充有保溫層22，防護(hù)外箱以及若干異徑或等徑玻璃真空管固定于支架1上，玻璃真空管封閉端置于支架尾部11，防護(hù)外箱2底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管開(kāi)口端插入通孔處，在對(duì)應(yīng)防護(hù)外箱通孔處的內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成5。每個(gè)發(fā)電模塊總成5包括平頂熱管 512 (具有一定厚度的集熱體51作為平頂熱管512上平面)、扁平發(fā)電模塊53、杯狀散熱體 52、防護(hù)套55、若干壓緊螺栓M3 ；所述平頂熱管的頂部呈漏斗狀，熱管頂部的集熱體51是圓形或矩形。熱管頂部的扁平集熱體51與發(fā)電模塊53下平面緊密貼合，還設(shè)有集熱翅片 511緊密貼合在熱管下端并一起伸入玻璃真空管內(nèi)，熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)；所述杯狀的散熱體52安裝于內(nèi)聯(lián)水箱4上，兩者通過(guò)密封圈57密閉，散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)；發(fā)電模塊置于平頂熱管512上平面金屬集熱體51與金屬散熱體52之間，所述發(fā)電模塊是一個(gè)扁平帶正負(fù)引出線的直流半導(dǎo)體器件，其上下兩平面分別為冷端平面和熱端平面，所述發(fā)電模塊的熱端平面緊貼所述平頂熱管512的上平面集熱體51，所述金屬散熱體52基部緊貼所述發(fā)電模塊的冷端平面，平頂熱管512的上平面集熱體51及金屬散熱體基部四周分別開(kāi)孔，并通過(guò)若干壓緊螺栓將平頂熱管、發(fā)電模塊、金屬散熱體三者固定；所述防護(hù)套55 設(shè)于發(fā)電總成與玻璃真空管之間的接觸部分，防止發(fā)電總成與玻璃真空管開(kāi)口處剛性接觸引起玻璃真空管損壞并防止管內(nèi)熱量外逸。金屬外箱作為防護(hù)箱2，用于加固內(nèi)聯(lián)水箱4，同時(shí)在防護(hù)外箱與金屬流道內(nèi)聯(lián)水箱之間填充優(yōu)良的保溫材料，加強(qiáng)對(duì)金屬流道內(nèi)聯(lián)水箱的保溫作用。所述保溫材料作為保溫層選擇由聚氨酯發(fā)泡形成或其它優(yōu)質(zhì)保溫材料。內(nèi)聯(lián)水箱4為金屬鐵皮制成的封閉箱體，兩端與主水管564連接。內(nèi)聯(lián)水箱其其材質(zhì)優(yōu)選鋁合金、鋼鐵、銅，其截面形狀不局限于如圖2所示的矩形，也可以圓筒形，任何形狀可儲(chǔ)水的容器。如圖4所示，散熱體52可選擇形狀各異的儲(chǔ)水的杯狀結(jié)構(gòu)，底部密封可以儲(chǔ)水，該散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱4介質(zhì)水體內(nèi)一方面增加接觸面積更好得吸收熱(還可以在杯狀散熱體里外設(shè)有輻射筋結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加表面積)，另一方面具有安全保障作用，杯狀散熱體底部封閉可以儲(chǔ)存水，萬(wàn)一集熱器工作中出現(xiàn)缺水不利的情況，杯中儲(chǔ)水能緩解一定時(shí)間保證發(fā)電總成5內(nèi)的半導(dǎo)體發(fā)電模塊53不至于高溫下被燒壞。本實(shí)用新型有關(guān)杯狀散熱體 52的結(jié)構(gòu)介紹不限于附圖所示的結(jié)構(gòu)。該散熱體52安裝于內(nèi)聯(lián)水箱4上，兩者通過(guò)密封圈 57密閉。所述平頂熱管512的頂部即為具一定厚度的集熱體51，熱管頂部與集熱體51下平面密封，熱管下端伸入玻璃真空管3內(nèi)，熱管內(nèi)放有相變熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)；集熱體51作為平頂熱管512頂部呈圓形或矩形，集熱體51設(shè)有與散熱體52螺孔相對(duì)應(yīng)的固定用孔。需要說(shuō)明的是，該平頂熱管512與扁平金屬集熱體51兩者焊接成一體，內(nèi)部形成密封的腔體。扁平的金屬集熱體須具有一定厚度的金屬塊，非金屬薄片，以防止溫度過(guò)高出現(xiàn)變形凸起，變形凸起的集熱體與發(fā)電模塊之間接觸緊密度不夠，影響熱傳導(dǎo)效果。金屬集熱體厚度可選擇在6—10mm。平頂熱管512與扁平金屬集熱體51材質(zhì)可選擇紫銅、不銹鋼等金屬，優(yōu)選紫銅保證較長(zhǎng)的使用壽命。[0027]所述熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)，該熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)吸熱后發(fā)生相變，例如水、酒精等以及混合物，沸點(diǎn)25-30度左右。也可以選擇臘、油或者其混合物。所述發(fā)電模塊還可以由多層發(fā)電模塊組成，相互間采用串聯(lián)或者并聯(lián)或復(fù)合連接方式以適應(yīng)實(shí)際工程需要(對(duì)電流、電壓、功率場(chǎng)合有相關(guān)限定的)。在內(nèi)聯(lián)水箱4外壁上設(shè)置若干溫差電總成5，溫差電總成主要由集熱翅片511、平頂熱管512、半導(dǎo)體發(fā)電模塊53、金屬散熱體52構(gòu)成，玻璃真空管接收太陽(yáng)光后轉(zhuǎn)換為熱能并形成相對(duì)“高溫環(huán)境”，平頂熱管吸收熱量(集熱翅片511增強(qiáng)吸熱效率)并通過(guò)其頂部集熱體51傳遞至發(fā)電模塊熱端面，散熱體安裝于內(nèi)聯(lián)水箱內(nèi)并與水充分接觸處于相對(duì)“低溫環(huán)境”，從而保持發(fā)電模塊兩側(cè)絕對(duì)的溫差條件，發(fā)電模塊兩個(gè)引出線持續(xù)輸出直流電，內(nèi)聯(lián)水箱接受熱量后水溫升高，內(nèi)聯(lián)水箱兩端與主水管連接輸出熱水供日常生活或工業(yè)用。 本實(shí)用新型是將半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)與太陽(yáng)能熱水器合理巧妙地相結(jié)合，在提供10%的左右的光-熱-電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)還可提供高達(dá)63%左右的光-熱轉(zhuǎn)換效率，其綜合光利用率達(dá)73%左右，具國(guó)際領(lǐng)先水平。
權(quán)利要求1.一種杯狀平頂熱管太陽(yáng)能溫差發(fā)電集熱器，其特征在于，包括防護(hù)外箱、內(nèi)聯(lián)水箱、 若干異徑或等徑玻璃真空管和支架，內(nèi)聯(lián)水箱置于防護(hù)外箱內(nèi)腔，內(nèi)聯(lián)水箱與防護(hù)外箱間填充有保溫層，防護(hù)外箱以及若干異徑或等徑玻璃真空管固定于支架上，玻璃真空管封閉端置于支架尾部，防護(hù)外箱底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管開(kāi)口端插入通孔處，在對(duì)應(yīng)防護(hù)外箱通孔處的內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成，所述發(fā)電模塊總成包括以一定厚度的集熱體作為上平面的平頂熱管、扁平發(fā)電模塊、 金屬杯狀散熱體、防護(hù)套、若干壓緊螺栓；所述平頂熱管為漏斗狀封閉腔體，熱管頂部與發(fā)電模塊下平面熱端緊密貼合，熱管下端伸入玻璃真空管內(nèi)，熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)；所述金屬散熱體安裝于內(nèi)聯(lián)水箱上，兩者通過(guò)密封圈密閉，杯狀結(jié)構(gòu)的散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)；發(fā)電模塊置于平頂熱管上平面集熱體與金屬散熱體之間，所述發(fā)電模塊是一個(gè)扁平帶正負(fù)引出線的直流半導(dǎo)體器件，其上下兩平面分別為冷端平面和熱端平面，所述發(fā)電模塊的熱端平面緊貼所述平頂熱管的上平面集熱體，所述金屬散熱體基部緊貼所述發(fā)電模塊的冷端平面，熱管上平面集熱體與散熱體之間通過(guò)若干壓緊螺栓將平頂熱管、發(fā)電模塊、 金屬散熱體三者固定；所述防護(hù)套設(shè)于發(fā)電總成與玻璃真空管之間間隙部分。
2.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述保溫填充物層為聚氨酯發(fā)泡結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述金屬集熱體與平頂熱管兩者焊接形成密封腔體，扁平金屬集熱體為3—20mm厚度的扁平紫銅金屬塊。
4.如權(quán)利要求1所述集熱器，其特征在于，在真空玻璃管內(nèi)還設(shè)有翅片，該翅片沿軸向設(shè)于玻璃真空管內(nèi)并與平頂熱管緊密接觸。
5.如權(quán)利要求1所述集熱器，其特征在于，所述發(fā)電模塊為單層的發(fā)電模塊；或者所述發(fā)電模塊為由多層的發(fā)電模塊組成，相互間采用串聯(lián)或者并聯(lián)或串并復(fù)合連接方式。
6.如權(quán)利要求1所述集熱器，其特征在于，所述杯狀散熱體具有杯狀儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)，底部密封。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種杯狀平頂熱管太陽(yáng)能溫差發(fā)電集熱器，包括防護(hù)外箱、內(nèi)聯(lián)水箱、支架、外箱、玻璃真空管，內(nèi)聯(lián)水箱底部連接有若干玻璃真空管，內(nèi)聯(lián)水箱與防護(hù)外箱之間填充有優(yōu)良的保溫材料，防護(hù)外箱以及玻璃真空管固定于支架上，在內(nèi)聯(lián)水箱壁上安裝有若干發(fā)電模塊總成，包括平頂熱管、扁平發(fā)電模塊、杯狀的金屬散熱體、防護(hù)套、若干壓緊螺栓；所述平頂熱管的頂部呈錐形漏斗狀，熱管頂部與發(fā)電模塊下平面緊密貼合，熱管下端伸入玻璃真空管內(nèi)，熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)等。本集熱器集太陽(yáng)能溫差發(fā)電與生產(chǎn)熱水于一體，在提供熱水的同時(shí)提供電能，克服以往熱水器發(fā)電效率低、應(yīng)用單一的問(wèn)題。
文檔編號(hào)F24J2/00GK202076968SQ20112005741
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者李佳雪, 李春信, 汪志剛, 賈傳杰 申請(qǐng)人:李佳雪