專利名稱：豎排式復(fù)合熱管太陽能溫差發(fā)電集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能溫差發(fā)電集熱器，具體涉及一種豎排式復(fù)合熱管太陽能溫差發(fā)電集熱器。
背景技術(shù)：
太陽能光熱利用、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，太陽能光熱利用的效率已有重大突破，其效率已高達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，太陽能光電利用的效率僅僅12%左右，使得發(fā)電成本居高不下，推廣困難。將太陽能的光熱利用和光電利用綜合為一體的系統(tǒng)已有問世，但均存在采用等徑真空管效率低、通過溫差發(fā)電模塊后的熱量傳遞采用普通的散熱器機構(gòu)不便與水箱密切配合導(dǎo)熱阻力大等問題。綜合、高效、科學(xué)合理的太陽能利用系統(tǒng)已成為一項重大的研究課題。補充的本領(lǐng)域公知常識半導(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勢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，它無需化學(xué)反應(yīng)且無機械移動部分，因而具有無噪音，無污染， 無磨損，重量輕，使用壽命長等種種優(yōu)點。補充的現(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PN結(jié)，具有一定的耐高溫特性(熱端穩(wěn)定工作溫度可達 180°C，最高短時沖擊溫度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，若兩面溫差能達到攝氏60度，則發(fā)電電壓可達到3. 5V，短路電流可達到3-5A。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種內(nèi)聯(lián)水箱雙翼集熱器，該集熱器集太陽能溫差發(fā)電與生產(chǎn)熱水于一體，在提供熱水的同時提供一定的電能，克服以往熱水器結(jié)構(gòu)不合理、實用性差、發(fā)電效率低、應(yīng)用單一的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，該集熱體包括防護外箱、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)水箱置于防護外箱內(nèi)腔，內(nèi)聯(lián)水箱與防護外箱間填充有保溫層，防護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，防護外箱底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管開口端插入通孔處， 在對應(yīng)防護外箱通孔處的內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成，包括內(nèi)部開有孔洞的金屬集熱體、熱管、扁平發(fā)電模塊、金屬散熱體、若干壓緊螺栓，所述金屬集熱體包括有基部和錐形部，錐形部內(nèi)開設(shè)有與熱管端部形狀相匹配的孔洞；所述熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)，熱管一端插入金屬集熱體錐形部內(nèi)的孔洞，另一端伸入玻璃真空管內(nèi)；所述金屬散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)；發(fā)電模塊置于集熱體與散熱體之間，所述發(fā)電模塊是一個扁平帶正負引出線的直流半導(dǎo)體器件，其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金屬集熱體的基部平面，所述金屬散熱體基部平面緊貼所述發(fā)電模塊的冷端平面； 金屬集熱體基部、金屬散熱體基部四周分別開孔，并通過若干壓緊螺栓將金屬集熱體、發(fā)電模塊、金屬散熱體固定；所述密封防護外套于發(fā)電總成與玻璃真空管接觸部分，防止發(fā)電總成與玻璃真空管開口處剛性接觸并防止管內(nèi)熱量外逸。所述金屬散熱體可替換為由金屬集熱體、熱管構(gòu)成，所述金屬集熱體包括有基部和錐形部，錐形部內(nèi)開設(shè)有與熱管端部形狀相匹配的孔洞；所述熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)，熱管一端插入金屬集熱體錐形部內(nèi)的孔洞，另一端浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)。為了更好均勻?qū)幔欣诒Ｗo發(fā)電模塊，在集熱器與發(fā)電模塊之間還可以設(shè)有導(dǎo)熱板，導(dǎo)熱板分別與集熱體、發(fā)電模塊之間的接觸面緊密貼合。本發(fā)明是將半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)與太陽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)換效率的同時還提供高達63 %左右的光-熱轉(zhuǎn)換效率，其綜合光利用率達73 %左右，具國際領(lǐng)先水平。


圖1為實施例1豎排式組合熱管集熱器結(jié)構(gòu)示意2為圖1徑向的剖視3為圖2的局部放大示意4為散熱體的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4a、4b為杯狀，圖4c、4d為指狀結(jié)構(gòu)，圖4e、4f 為扁平狀結(jié)構(gòu)，圖4g為扁平的柵結(jié)構(gòu)，圖4i為帶輻射筋結(jié)構(gòu)，圖4j為金屬散熱體及其由兩個異徑拼接的組合熱管，圖4k為金屬散熱體及其同徑熱管圖5為組合熱管為金屬集熱體與熱管的結(jié)合，其中圖5a為金屬集熱體與兩個異徑管拼接熱管的組合熱管，圖5b金屬集熱體與同徑熱管的組合熱管。圖6為實施例2 “雙組合熱管”徑向的剖視局部放大示意圖標記說明1_支架，11支架尾托，2-防護外箱，22-保溫層，3-異徑或等徑玻璃真空管，4-內(nèi)聯(lián)水箱，5-發(fā)電總成，51-集熱體，512-同徑熱管或者由兩個異徑拼接的組合熱管，52-金屬散熱體，53-發(fā)電模塊，543-壓緊螺栓，564-主水管，57-密封圈
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明技術(shù)方案不限于下述優(yōu)選實施例，在技術(shù)方案內(nèi)所作的任何改動或變異均應(yīng)屬于本發(fā)明保護范圍。實施例1(單組合)如圖1至圖4所示，該包括防護外箱、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)水箱置于防護外箱內(nèi)腔，內(nèi)聯(lián)水箱與防護外箱間填充有保溫層，防護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，防護外箱底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管開口端插入通孔處，在對應(yīng)防護外箱通孔處的內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成，包括內(nèi)部開有孔洞的金屬集熱體、熱管、扁平發(fā)電模塊、金屬散熱體、若干壓緊螺栓，所述金屬集熱體包括有基部和錐形部，錐形部內(nèi)開設(shè)有與熱管端部形狀相匹配的孔洞；所述熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)，熱管一端插入金屬集熱體錐形部內(nèi)的孔洞，另一端伸入玻璃真空管內(nèi)；所述金屬散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)；發(fā)電模塊置于集熱體與散熱體之間，所述發(fā)電模塊是一個扁平帶正負引出線的直流半導(dǎo)體器件，其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金屬集熱體的基部平面，所述金屬散熱體基部平面緊貼所述發(fā)電模塊的冷端平面；金屬集熱體基部、金屬散熱體基部四周分別開孔，并通過若干壓緊螺栓將金屬集熱體、發(fā)電模塊、金屬散熱體固定；所述密封防護外套于發(fā)電總成與玻璃真空管接觸部分，防止發(fā)電總成與玻璃真空管開口處剛性接觸并防止管內(nèi)熱量夕卜逸。金屬外箱作為防護箱2，用于加固內(nèi)聯(lián)水箱4，同時在防護外箱與內(nèi)聯(lián)水箱之間填充優(yōu)良的保溫材料，加強對內(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)選不銹鋼、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， 任何形狀可儲水的容器。所述散熱體52可選擇形狀各異的結(jié)構(gòu)，增加接觸面積更好的吸收熱，該散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱4介質(zhì)水體內(nèi)。散熱體52或呈杯狀如圖4a、4b，或者呈指狀體如圖4c、4d、 4c’ (4c 中間實心錐形指狀結(jié)構(gòu)，4d 中間錐形體或柱形體而其四周指型體的復(fù)合指狀結(jié)構(gòu)，4c’ 單指，且指腔中灌裝非相變導(dǎo)熱介質(zhì))，該指狀體也可是多棱圓柱體錐；或者呈扁平狀如圖4e、4f，(為進一步增加表面積，還可以在該扁平狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再進一步柵化如圖4g 所示)，或者進一步帶輻射筋結(jié)構(gòu)如圖4i，散熱體52浸入內(nèi)聯(lián)水箱4水體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計目的是為了增加表面積更好得進行熱交換，本發(fā)明有關(guān)散熱體52的結(jié)構(gòu)介紹不限于本實施例及附圖所示的結(jié)構(gòu)，本實施例并未窮舉，任何其他形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計出于增加集熱體表面接觸面積，都將視為本發(fā)明的等同替換。該散熱體52安裝于內(nèi)聯(lián)水箱4上，兩者通過密封圈57密閉。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)實際工程需要(對電流、電壓、功率場合有相關(guān)限定的)。在真空玻璃管3內(nèi)還可設(shè)有翅片511，該翅片沿軸向設(shè)于玻璃真空管內(nèi)并與金屬集熱體51緊密接觸，翅片結(jié)構(gòu)不限，用以增加吸熱面積，增強熱導(dǎo)效率。所述金屬集熱體及其熱管512為同徑熱管如圖5b所示，或者由兩個異徑拼接的組合熱管如圖5a所示。熱管是由紫銅或其他金屬制成的管狀體，管內(nèi)的熱轉(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25-30度左右。也可以選擇臘、油或者其它材料的混合物。在內(nèi)聯(lián)水箱4外壁上設(shè)置若干溫差發(fā)電總成5，溫差電總成主要由熱管512、半導(dǎo)體發(fā)電模塊53、金屬散熱體52構(gòu)成，玻璃真空管固定太陽熱能形成“高溫環(huán)境”，熱管吸收熱量(翅片增強吸熱效率)并通過金屬集熱體傳遞至發(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“低溫環(huán)境”，從而保持發(fā)電模塊兩側(cè)絕對的溫差條件，發(fā)電模塊兩個引出線持續(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。本發(fā)明是將半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)與太陽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)換效率的同時還提供高達63 %左右的光_熱轉(zhuǎn)換效率，其綜合光利用率達73 %左右，具國際領(lǐng)先水平。實施例2 (雙組合)本實施例集熱器結(jié)構(gòu)類似于實施例1，但所述金屬散熱體改為如圖5j、圖5k所示的結(jié)構(gòu)，圖6所示，所述金屬散熱體內(nèi)部也開設(shè)有與熱管端部形狀相匹配的孔洞，熱管一端插入孔洞內(nèi)，另一端浸入內(nèi)聯(lián)箱4水體內(nèi)，該熱管512內(nèi)也放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)。熱管512為同徑熱管如圖5j所示，或者由兩個異徑拼接的組合熱管如圖5k所示。
權(quán)利要求
1.一種豎排式復(fù)合熱管太陽能溫差集熱器，其特征在于，包括防護外箱、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)水箱置于防護外箱內(nèi)腔，內(nèi)聯(lián)水箱與防護外箱間填充有保溫層，防護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，防護外箱底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管開口端插入通孔處，在對應(yīng)防護外箱通孔處的內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成，包括內(nèi)部開有孔洞的金屬集熱體、熱管、 扁平發(fā)電模塊、金屬散熱體、若干壓緊螺栓，所述金屬集熱體包括有基部和錐形部，錐形部內(nèi)開設(shè)有與熱管端部形狀相匹配的孔洞；所述熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)，熱管一端插入金屬集熱體錐形部內(nèi)的孔洞，另一端伸入玻璃真空管內(nèi)；所述金屬散熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)； 發(fā)電模塊置于集熱體與散熱體之間，所述發(fā)電模塊是一個扁平帶正負引出線的直流半導(dǎo)體器件，其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金屬集熱體的基部平面，所述金屬散熱體基部平面緊貼所述發(fā)電模塊的冷端平面；金屬集熱體基部、 金屬散熱體基部四周分別開孔，并通過若干壓緊螺栓將金屬集熱體、發(fā)電模塊、金屬散熱體固定；所述密封防護外套于發(fā)電總成與玻璃真空管接觸部分，防止發(fā)電總成與玻璃真空管開口處剛性接觸并防止管內(nèi)熱量外逸。
2.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述保溫填充物為聚氨酯發(fā)泡。
3.如權(quán)利要求1所述集熱體，其特征在于，該金屬散熱體形狀為指狀、杯狀、扁平狀或者帶輻射筋狀結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述集熱體，其特征在于，所述扁平狀還進一步帶柵結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述集熱體，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)并與金屬集熱體緊密接觸。
6.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述金屬散熱體改為由金屬集熱體、熱管構(gòu)成，所述金屬集熱體為實心金屬塊，其內(nèi)部開設(shè)有與熱管端部形狀相匹配的孔洞；所述熱管內(nèi)放有熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)，熱管一端插入金屬集熱體錐形部內(nèi)的孔洞，另一端浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1或者6所述集熱體，其特征在于，所述熱管為同徑熱管或者由兩個異徑拼接的組合熱管。
8.如權(quán)利要求7所述集熱體，其特征在于，所述熱轉(zhuǎn)化介質(zhì)為水、酒精或其混合物異或是其它材料的混合物。
9.如權(quán)利要求1或者6所述集熱體，其特征在于，所述發(fā)電模塊由多層發(fā)電模塊組成， 相互間采用串聯(lián)或者并聯(lián)或復(fù)合的連接方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種豎排式復(fù)合熱管太陽能溫差發(fā)電集熱器，包括防護外箱、內(nèi)聯(lián)水箱、支架、外箱和內(nèi)聯(lián)水箱底部連接有若干玻璃真空管，內(nèi)聯(lián)水箱與防護外箱之間填充有優(yōu)良的保溫材料，防護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，包括熱管、錐形金屬集熱體、扁平發(fā)電模塊、金屬散熱體、密封防護套、若干壓緊螺栓；所述熱管頂部插入錐形集熱體內(nèi)，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。本集熱器集太陽能溫差發(fā)電與生產(chǎn)熱水于一體，在提供熱水的同時提供電能，克服以往熱水器結(jié)構(gòu)不合理、實用性差、發(fā)電效率低、應(yīng)用單一的問題。
文檔編號H02N11/00GK102270944SQ20101019361
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6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 申請人:李佳雪