專利名稱：雙翼插入式太陽(yáng)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(yáng)能溫差發(fā)電集熱器，具體涉及一種雙翼插入式太陽(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12%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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙翼發(fā)電集熱器，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，克服以往熱水器結(jié)構(gòu)不合理、 實(shí)用性差、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，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，該雙翼集熱器包括防護(hù)外箱、內(nèi)聯(lián)水箱、支架、對(duì)稱設(shè)于防護(hù)外箱兩側(cè)的若干異徑或等徑玻璃真空管，內(nèi)聯(lián)水箱與防護(hù)外箱間填充有保溫層，防護(hù)外箱以及兩側(cè)的若干異徑或等徑玻璃真空管固定于支架上，防護(hù)外箱及內(nèi)聯(lián)水箱兩側(cè)都開(kāi)有通孔，異徑或等徑玻璃真空管插入防護(hù)外箱及內(nèi)聯(lián)水箱兩側(cè)通孔內(nèi)，各玻璃真空管通過(guò)通孔與內(nèi)聯(lián)水箱連通，接口處密閉，在內(nèi)聯(lián)水箱壁上安裝有若干發(fā)電模塊總成，所述發(fā)電模塊總成包括有集熱體、發(fā)電模塊、冷卻水箱、壓簧、壓板、 若干個(gè)螺栓；該集熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱介質(zhì)水體內(nèi)；冷卻水箱左右側(cè)有進(jìn)出水管形成冷卻系統(tǒng)；發(fā)電模塊置于集熱體與冷卻水箱之間，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，其兩個(gè)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相鄰平面，所述發(fā)電模塊的冷端平面緊貼冷卻水箱平面；壓簧一端壓住水箱， 另一端抵住壓板，壓板開(kāi)通孔及集熱體基部四周分別開(kāi)螺紋孔，并通過(guò)若干個(gè)壓緊螺栓將壓板壓緊固定。為了更好均勻?qū)?，有利于保護(hù)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(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1內(nèi)聯(lián)水箱雙翼水冷集熱器整體結(jié)構(gòu)示意1-1為圖1的局部放大2為實(shí)施例1(單發(fā)電)徑向的剖視示意圖(玻璃真空管采用省略形式)圖3為實(shí)施例2(雙發(fā)電)徑向的剖視示意圖(玻璃真空管采用省略形式)圖4為集熱體的截面結(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為扁平且進(jìn)一步的柵化結(jié)構(gòu)，圖4h、圖4i為帶輻射筋結(jié)構(gòu)標(biāo)記說(shuō)明1-支架，11支架尾托，2-防護(hù)外箱，21-防護(hù)外箱蓋，22-保溫層，3-等徑或異徑玻璃真空管，4-內(nèi)聯(lián)水箱，41-密封硅膠圈，5-發(fā)電模塊總成，51-集熱體，53-發(fā)電模塊，壓板，討2_壓簧，M3-壓緊螺栓，561-冷卻水管，562-冷卻分水管，563-冷卻水箱，564-主水管，57-密封圈
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明技術(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)屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。實(shí)施例1(單發(fā)電)如圖1、圖1-1、圖2所示，該雙翼集熱器包括防護(hù)外箱2、內(nèi)聯(lián)水箱4、支架1、對(duì)稱設(shè)于防護(hù)外箱兩側(cè)的若干異徑或等徑玻璃真空管3，內(nèi)聯(lián)水箱4置于防護(hù)外箱2內(nèi)腔，在內(nèi)聯(lián)水箱與防護(hù)外箱間填充有隔熱保溫層22，保溫層優(yōu)先選擇聚氨酯發(fā)泡料。防護(hù)外箱以及兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置的若干異徑或等徑玻璃真空管3固定于支架1上，防護(hù)外箱及內(nèi)聯(lián)水箱兩側(cè)都開(kāi)有通孔，異徑或等徑玻璃真空管插入防護(hù)外箱及內(nèi)聯(lián)水箱兩側(cè)通孔內(nèi)，各玻璃真空管3 通過(guò)通孔與內(nèi)聯(lián)水箱4連通，接口處密閉(采用硅膠圈41密閉連接)，在內(nèi)聯(lián)水箱上或下外壁安裝有若干對(duì)發(fā)電模塊總成5。每個(gè)發(fā)電模塊總成5包括有集熱體51、發(fā)電模塊53、 冷卻水箱563、壓簧M2、壓板Ml、四若干個(gè)螺栓M3。所述集熱體呈柵狀結(jié)構(gòu)，以增加接觸面積更好的吸收熱，該集熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱介質(zhì)水體內(nèi)。冷卻水箱左右開(kāi)有進(jìn)出水管形成冷卻系統(tǒng)。發(fā)電模塊置于集熱體與冷卻水箱之間，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，其兩個(gè)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相鄰平面，所述發(fā)電模塊的冷端平面緊貼冷卻水箱平面。壓簧一端壓住水箱，另一端抵住壓板，壓板及集熱體四周分別開(kāi)孔，并通過(guò)四若干個(gè)壓緊螺栓將壓板固定。需要說(shuō)明的是，所述壓簧M2、壓板Ml、四個(gè)螺栓543組件以及它們之間的連接關(guān)系， 作為發(fā)電總成的固定安裝形式目的是實(shí)現(xiàn)發(fā)電總成5中集熱體51、發(fā)電模塊53、冷卻水箱 563之間的緊密接觸，保證熱傳導(dǎo)效果。類似等同替換的技術(shù)手段還會(huì)有在水箱563四周設(shè)有延伸結(jié)構(gòu)直接固定于集熱器凸起，同樣也保證水箱與發(fā)電模塊之間緊密接觸。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)外箱與內(nèi)聯(lián)水箱之間填充優(yōu)良的保溫材料，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)聯(lián)水箱的保溫作用。防護(hù)外箱對(duì)應(yīng)發(fā)電總成5處可設(shè)有防護(hù)蓋21，蓋打開(kāi)后便于維修溫差發(fā)電總成5。金屬鐵皮制作的所述保溫材料作為保溫層優(yōu)先選擇聚氨酯發(fā)泡料。內(nèi)聯(lián)水箱其材質(zhì)還可以優(yōu)選選擇不銹鋼、鋁合金、銅等，該內(nèi)聯(lián)水箱4的截面形狀不局限于附圖所示的矩形，例如還可以設(shè)計(jì)成圓筒形，任意可儲(chǔ)水的封閉式容器。內(nèi)聯(lián)水箱 4兩端設(shè)有封閉端蓋并與冷卻系統(tǒng)的主水管564連接。所述集熱體51或呈杯狀如圖^、4b，或者呈指狀突出如圖k、4d，或者呈扁平狀如圖4e、4f，(為增加表面積，還可以在該扁平狀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上再進(jìn)一步柵化如圖4g所示)，或者帶輻射筋結(jié)構(gòu)如圖4h、圖4i，集熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的是為了增加表面積更好的進(jìn)行熱交換，本發(fā)明有關(guān)集熱體的結(jié)構(gòu)介紹不限于本實(shí)施例及附圖所示的結(jié)構(gòu)。集熱體51安裝于內(nèi)聯(lián)水箱4上，兩者通過(guò)密封圈57密閉。所述發(fā)電模塊還可以由一層或者多層發(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)。內(nèi)聯(lián)水箱4與玻璃真空管3之間密閉連通，真空管吸收光能(真空管將整個(gè)內(nèi)聯(lián)水箱水體加熱)后整個(gè)內(nèi)聯(lián)水箱水溫升高，通過(guò)集熱體將高溫傳導(dǎo)至發(fā)電模塊熱端面，發(fā)電模塊在有溫差條件下，將熱端面?zhèn)鱽?lái)的熱量轉(zhuǎn)化成直流電，并通過(guò)電流引線輸出，多余的熱量由冷端面?zhèn)鲗?dǎo)至其背后的冷卻水箱563中，水箱兩側(cè)設(shè)有冷卻水管，通過(guò)交換箱內(nèi)的介質(zhì)水，使冷卻系統(tǒng)中央的冷卻水箱能保持在較低溫度狀態(tài)，從而保證發(fā)電模塊兩側(cè)溫差條件一直存在。冷卻水箱563兩側(cè)分別設(shè)有冷卻水管561，兩者通過(guò)冷卻分水管562連接。 其中一個(gè)冷卻水管與自來(lái)水連接，自來(lái)水通過(guò)分水管進(jìn)入冷卻水箱563內(nèi)，在箱內(nèi)進(jìn)行冷熱水交換，溫水通過(guò)另一側(cè)分水管562匯入另一個(gè)冷卻水管561，該冷卻水管內(nèi)的溫水根據(jù)需要要么散熱至常溫后再回入第一個(gè)冷卻水管使整個(gè)冷卻系統(tǒng)進(jìn)入新一輪的流轉(zhuǎn)；要么溫水進(jìn)入主水管564入口后流入內(nèi)聯(lián)水箱4混合加熱(主水管與內(nèi)聯(lián)水箱4連接)，同時(shí)從主水管另一側(cè)出口流出高溫水，然后引入日常生活或工業(yè)用。本發(fā)明是將半導(dǎo)體溫差發(fā)電技術(shù)與太陽(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。該實(shí)施例光轉(zhuǎn)化熱量效率高，匹配雙發(fā)電模塊總成以加快熱-電轉(zhuǎn)化，發(fā)電模塊還可以由多層發(fā)電模塊組成，輸出較大電量，同時(shí)生產(chǎn)大量的熱水。實(shí)施例2 (雙發(fā)電)結(jié)構(gòu)類似于實(shí)施例1，在內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干成對(duì)的發(fā)電模塊總成5，例如在內(nèi)聯(lián)水箱的上外壁及下外壁均同時(shí)安裝若干發(fā)電模塊總成5，如圖3所示。本實(shí)施例適用于采用長(zhǎng)、大直徑真空管集熱器。需要說(shuō)明的是，發(fā)電模塊總成5安裝的數(shù)量取決于玻璃真空管的光熱轉(zhuǎn)化的效率和規(guī)模，其安裝位置取決于工程的施工便利性和成本，任何在本發(fā)明基礎(chǔ)上作的任何變通， 都視為本發(fā)明等同替換，仍然落入本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙翼插入式太陽(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、支架、對(duì)稱設(shè)于防護(hù)外箱兩側(cè)的若干異徑或等徑玻璃真空管，內(nèi)聯(lián)水箱與防護(hù)外箱間填充有保溫層，防護(hù)外箱以及兩側(cè)的若干異徑或等徑玻璃真空管固定于支架上，防護(hù)外箱及內(nèi)聯(lián)水箱兩側(cè)都開(kāi)有通孔，異徑或等徑玻璃真空管插入防護(hù)外箱及內(nèi)聯(lián)水箱兩側(cè)通孔內(nèi)，各玻璃真空管通過(guò)通孔與內(nèi)聯(lián)水箱連通，接口處密閉，在內(nèi)聯(lián)水箱壁上安裝有若干發(fā)電模塊總成，所述發(fā)電模塊總成包括有集熱體、發(fā)電模塊、冷卻水箱、壓簧、壓板、若干個(gè)螺栓；該集熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱介質(zhì)水體內(nèi)；冷卻水箱左右側(cè)有進(jìn)出水管形成冷卻系統(tǒng)；發(fā)電模塊置于集熱體與冷卻水箱之間，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，其兩個(gè)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相鄰平面，所述發(fā)電模塊的冷端平面緊貼冷卻水箱平面；壓簧一端壓住水箱，另一端抵住壓板，壓板與集熱體之間通過(guò)壓緊螺栓實(shí)現(xiàn)壓緊固定。
2.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述防護(hù)外箱對(duì)應(yīng)發(fā)電總成處設(shè)有防護(hù)蓋結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述玻璃真空管與內(nèi)聯(lián)水箱之間通過(guò)硅膠圈密閉連接。
4.如權(quán)利要求1所述的集熱器，其特征在于，所述保溫層填充物選擇聚氨酯發(fā)泡料。
5.如權(quán)利要求1所述集熱器，其特征在于，該集熱體形狀為指狀、杯狀、扁平狀或者帶輻射筋狀結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求5所述集熱器，其特征在于，所述扁平狀還進(jìn)一步帶柵結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述集熱器，其特征在于，所述發(fā)電模塊總成設(shè)于內(nèi)聯(lián)水箱上方位置。
8.如權(quán)利要求1或者7所述集熱器，其特征在于，所述發(fā)電模塊由一層至多層發(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。
9.如權(quán)利要求1所述集熱器，其特征在于，在內(nèi)聯(lián)水箱壁上安裝有若干單元發(fā)電模塊總成。
10.如權(quán)利要求9所述集熱器，其特征在于，在內(nèi)聯(lián)水箱壁上安裝兩個(gè)單元的發(fā)電模塊總成，分別安裝于內(nèi)聯(lián)水箱壁的上下壁位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙翼插入式太陽(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、對(duì)稱設(shè)于外箱兩側(cè)的若干玻璃真空管，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，各玻璃真空管與內(nèi)聯(lián)水箱連通，在內(nèi)聯(lián)水箱壁上安裝有若干發(fā)電模塊總成，發(fā)電模塊總成包括集熱體、發(fā)電模塊、冷卻水箱、彈簧、壓板、若干個(gè)螺栓，集熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱水體內(nèi)，冷卻水箱左右設(shè)有進(jìn)出水管形成冷卻系統(tǒng)，發(fā)電模塊置于集熱體與冷卻水箱之間，彈簧一端壓住水箱，另一端抵住壓板，通過(guò)若干個(gè)壓緊螺栓將壓板固定。本雙翼溫差發(fā)電集熱器集太陽(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，克服以往熱水器結(jié)構(gòu)不合理、實(shí)用性差、發(fā)電效率低、應(yīng)用單一的問(wèn)題。
文檔編號(hào)F24J2/24GK102270948SQ201010193650
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)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(qǐng)人:李佳雪