专利名称：杯状平顶热管太阳能温差发电集热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能温差发电集热器，具体涉及一种杯状平顶热管太阳能温差发电集热器。
背景技术：
太阳能光热利用、光电利用已受到人们的高度重视，近几年得到了高速发展，因异径真空管及密排技术已经成熟，太阳能光热利用的效率已有重大突破，其效率已高达73% 左右，但热能的用途客观上有很大局限性，不具有电能使用的广泛性及灵活性；因受到技术发展水平等因素的制约，太阳能光电利用的效率仅仅1 左右，使得发电成本居高不下，推广困难。将太阳能的光热利用和光电利用综合为一体的系统已有问世，但均存在采用等径真空管效率低、通过温差发电模块后的热量传递采用普通的散热器机构不便与水箱密切配合导热阻力大等问题。综合、高效、科学合理的太阳能利用系统已成为一项重大的研究课题。补充的本领域公知常识半导体温差发电模块是根据塞贝克效应制成的，即把两种半导体的接合端置于高温，处于低温环境的另一端就可得到电动势 E:E=As$T=As(T2-Tl)。式中As为塞贝克系数，其单位为V K或LV K.塞贝克系数AS是由材料本身的电子能带结构决定的。半导体温度发电模块，是一种利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置，它无需化学反应且无机械移动部分，因而具有无噪音，无污染，无磨损，重量轻，使用寿命长等种种优点。补充的现有技术半导体温差发电模块外形尺寸有多种，常用的为 40mmX40mmX4mm,共有127对PN结，具有一定的耐高温特性(热端稳定工作温度可达 180°C，最高短时冲击温度220°C )，热电转化效率为11.7%。该扁平半导体器件带正负引出线的直流，其两平面分别为冷端平面和热端平面，若两面温差能达到摄氏60度，则发电电压可达到3. 5V，短路电流可达到3-5A。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种竖排式内联水箱集热器，该集热器集太阳能温差发电与生产热水于一体，在提供热水的同时提供一定的电能，克服以往热水器发电效率低、应用单一的问题。为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的，该杯状平顶热管集热器包括防护外箱、内联水箱、若干异径或等径玻璃真空管和支架，内联水箱置于防护外箱内腔，内联水箱与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，玻璃真空管封闭端置于支架尾部，防护外箱底部设有通孔，各玻璃真空管开口端插入通孔处，在对应防护外箱通孔处的内联水箱外壁安装有若干发电模块总成，所述发电模块总成包括以一定厚度的集热体作为上平面的平顶热管、扁平发电模块、金属杯状散热体、防护套、若干压紧螺栓；所述平顶热管为漏斗状封闭腔体，热管顶部与发电模块下平面热端紧密贴合，热管下端伸入玻璃真空管内，热管内放有热转化介质；所述金属散热体安装于内联水箱上，两者通过密封圈密闭，杯状结构的散热体浸入内联水箱水体内；发电模块置于平顶热管上平面集热体与金属散热体之间，所述发电模块是一个扁平带正负引出线的直流半导体器件，其上下两平面分别为冷端平面和热端平面，所述发电模块的热端平面紧贴所述平顶热管的上平面集热体，所述金属散热体基部紧贴所述发电模块的冷端平面， 热管上平面集热体与散热体之间通过若干压紧螺栓将平顶热管、发电模块、金属散热体三者固定；所述防护套设于发电总成与玻璃真空管之间间隙部分，防止发电总成与玻璃真空管开口处刚性接触损坏真空管并防止管内热量外逸。所述保温填充物层为聚氨酯发泡聚氨酯发泡结构。所述金属集热体与平顶热管两者焊接形成密封腔体，扁平金属集热体为3— 20mm 厚度的扁平紫铜金属块。所述发电模块为单层的发电模块；或者所述发电模块为由多层的发电模块组成，相互间采用串联或者并联或串并复合连接方式。所述杯状散热体具有杯状储水结构，底部密封。还可以设有集热翅片，集热翅片与热管下端密切接触并一起伸入玻璃真空管内。 即在真空玻璃管内还设有翅片，该翅片沿轴向设于玻璃真空管内并与平顶热管紧密接触。平顶热管的顶部集热体为圆形或矩形，集热体四周分别开孔。为了更好均勻导热，有利于保护发电模块，在平顶热管上平面集热体与发电模块之间还可以设有导热板，导热板分别与平顶热管上平面集热体、发电模块之间的接触面紧密贴合。本实用新型是将半导体温差发电技术与太阳能热水器合理巧妙地相结合，在提供 10%的左右的光-热-电转换效率的同时还提供高达63%左右的光-热转换效率，其综合光利用率达73%左右，具国际领先水平。
图1为实施例竖排式集热器结构示意图。图2为图1径向的剖视图。图3为图2的局部放大示意图。图4a、4b-l、4b-23c为例举的各类杯状散热体的截面结构示意图，图4d为杯状散热体设有辐射筋结构。标记说明1-支架，11支架尾托，2-防护外箱，22-保温层，3_玻璃真空管，4_内联水箱，5-发电总成，51-扁平金属集热体，511-集热翅片，512-平顶热管，52-杯状金属散热体，53-发电模块，543-压紧螺栓，55-防护套，564-主水管，57-密封圈。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型技术方案不限于下述优选实施例，在技术方案内所作的任何改动或变异均应属于本实用新型保护范围。实施例如图1、图2、图3所示，该集热器包括防护外箱2、内联水箱4、若干异径或等径玻璃真空管3和支架1，内联水箱4置于防护外箱2内壁，内联水箱4与防护外箱间填充有保温层22，防护外箱以及若干异径或等径玻璃真空管固定于支架1上，玻璃真空管封闭端置于支架尾部11，防护外箱2底部设有通孔，各玻璃真空管开口端插入通孔处，在对应防护外箱通孔处的内联水箱外壁安装有若干发电模块总成5。每个发电模块总成5包括平顶热管 512 (具有一定厚度的集热体51作为平顶热管512上平面)、扁平发电模块53、杯状散热体 52、防护套55、若干压紧螺栓M3 ；所述平顶热管的顶部呈漏斗状，热管顶部的集热体51是圆形或矩形。热管顶部的扁平集热体51与发电模块53下平面紧密贴合，还设有集热翅片 511紧密贴合在热管下端并一起伸入玻璃真空管内，热管内放有热转化介质；所述杯状的散热体52安装于内联水箱4上，两者通过密封圈57密闭，散热体浸入内联水箱水体内；发电模块置于平顶热管512上平面金属集热体51与金属散热体52之间，所述发电模块是一个扁平带正负引出线的直流半导体器件，其上下两平面分别为冷端平面和热端平面，所述发电模块的热端平面紧贴所述平顶热管512的上平面集热体51，所述金属散热体52基部紧贴所述发电模块的冷端平面，平顶热管512的上平面集热体51及金属散热体基部四周分别开孔，并通过若干压紧螺栓将平顶热管、发电模块、金属散热体三者固定；所述防护套55 设于发电总成与玻璃真空管之间的接触部分，防止发电总成与玻璃真空管开口处刚性接触引起玻璃真空管损坏并防止管内热量外逸。金属外箱作为防护箱2，用于加固内联水箱4，同时在防护外箱与金属流道内联水箱之间填充优良的保温材料，加强对金属流道内联水箱的保温作用。所述保温材料作为保温层选择由聚氨酯发泡形成或其它优质保温材料。内联水箱4为金属铁皮制成的封闭箱体，两端与主水管564连接。内联水箱其其材质优选铝合金、钢铁、铜，其截面形状不局限于如图2所示的矩形，也可以圆筒形，任何形状可储水的容器。如图4所示，散热体52可选择形状各异的储水的杯状结构，底部密封可以储水，该散热体浸入内联水箱4介质水体内一方面增加接触面积更好得吸收热(还可以在杯状散热体里外设有辐射筋结构，进一步增加表面积)，另一方面具有安全保障作用，杯状散热体底部封闭可以储存水，万一集热器工作中出现缺水不利的情况，杯中储水能缓解一定时间保证发电总成5内的半导体发电模块53不至于高温下被烧坏。本实用新型有关杯状散热体 52的结构介绍不限于附图所示的结构。该散热体52安装于内联水箱4上，两者通过密封圈 57密闭。所述平顶热管512的顶部即为具一定厚度的集热体51，热管顶部与集热体51下平面密封，热管下端伸入玻璃真空管3内，热管内放有相变热转化介质；集热体51作为平顶热管512顶部呈圆形或矩形，集热体51设有与散热体52螺孔相对应的固定用孔。需要说明的是，该平顶热管512与扁平金属集热体51两者焊接成一体，内部形成密封的腔体。扁平的金属集热体须具有一定厚度的金属块，非金属薄片，以防止温度过高出现变形凸起，变形凸起的集热体与发电模块之间接触紧密度不够，影响热传导效果。金属集热体厚度可选择在6—10mm。平顶热管512与扁平金属集热体51材质可选择紫铜、不锈钢等金属，优选紫铜保证较长的使用寿命。[0027]所述热转化介质，该热转化介质吸热后发生相变，例如水、酒精等以及混合物，沸点25-30度左右。也可以选择腊、油或者其混合物。所述发电模块还可以由多层发电模块组成，相互间采用串联或者并联或复合连接方式以适应实际工程需要(对电流、电压、功率场合有相关限定的)。在内联水箱4外壁上设置若干温差电总成5，温差电总成主要由集热翅片511、平顶热管512、半导体发电模块53、金属散热体52构成，玻璃真空管接收太阳光后转换为热能并形成相对“高温环境”，平顶热管吸收热量(集热翅片511增强吸热效率)并通过其顶部集热体51传递至发电模块热端面，散热体安装于内联水箱内并与水充分接触处于相对“低温环境”，从而保持发电模块两侧绝对的温差条件，发电模块两个引出线持续输出直流电，内联水箱接受热量后水温升高，内联水箱两端与主水管连接输出热水供日常生活或工业用。 本实用新型是将半导体温差发电技术与太阳能热水器合理巧妙地相结合，在提供10%的左右的光-热-电转换效率的同时还可提供高达63%左右的光-热转换效率，其综合光利用率达73%左右，具国际领先水平。
权利要求1.一种杯状平顶热管太阳能温差发电集热器，其特征在于，包括防护外箱、内联水箱、 若干异径或等径玻璃真空管和支架，内联水箱置于防护外箱内腔，内联水箱与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，玻璃真空管封闭端置于支架尾部，防护外箱底部设有通孔，各玻璃真空管开口端插入通孔处，在对应防护外箱通孔处的内联水箱外壁安装有若干发电模块总成，所述发电模块总成包括以一定厚度的集热体作为上平面的平顶热管、扁平发电模块、 金属杯状散热体、防护套、若干压紧螺栓；所述平顶热管为漏斗状封闭腔体，热管顶部与发电模块下平面热端紧密贴合，热管下端伸入玻璃真空管内，热管内放有热转化介质；所述金属散热体安装于内联水箱上，两者通过密封圈密闭，杯状结构的散热体浸入内联水箱水体内；发电模块置于平顶热管上平面集热体与金属散热体之间，所述发电模块是一个扁平带正负引出线的直流半导体器件，其上下两平面分别为冷端平面和热端平面，所述发电模块的热端平面紧贴所述平顶热管的上平面集热体，所述金属散热体基部紧贴所述发电模块的冷端平面，热管上平面集热体与散热体之间通过若干压紧螺栓将平顶热管、发电模块、 金属散热体三者固定；所述防护套设于发电总成与玻璃真空管之间间隙部分。
2.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述保温填充物层为聚氨酯发泡结构。
3.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述金属集热体与平顶热管两者焊接形成密封腔体，扁平金属集热体为3—20mm厚度的扁平紫铜金属块。
4.如权利要求1所述集热器，其特征在于，在真空玻璃管内还设有翅片，该翅片沿轴向设于玻璃真空管内并与平顶热管紧密接触。
5.如权利要求1所述集热器，其特征在于，所述发电模块为单层的发电模块；或者所述发电模块为由多层的发电模块组成，相互间采用串联或者并联或串并复合连接方式。
6.如权利要求1所述集热器，其特征在于，所述杯状散热体具有杯状储水结构，底部密封。
专利摘要本实用新型公开了一种杯状平顶热管太阳能温差发电集热器，包括防护外箱、内联水箱、支架、外箱、玻璃真空管，内联水箱底部连接有若干玻璃真空管，内联水箱与防护外箱之间填充有优良的保温材料，防护外箱以及玻璃真空管固定于支架上，在内联水箱壁上安装有若干发电模块总成，包括平顶热管、扁平发电模块、杯状的金属散热体、防护套、若干压紧螺栓；所述平顶热管的顶部呈锥形漏斗状，热管顶部与发电模块下平面紧密贴合，热管下端伸入玻璃真空管内，热管内放有热转化介质等。本集热器集太阳能温差发电与生产热水于一体，在提供热水的同时提供电能，克服以往热水器发电效率低、应用单一的问题。
文档编号F24J2/00GK202076968SQ20112005741
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月7日 优先权日2010年6月7日
发明者李佳雪, 李春信, 汪志刚, 贾传杰 申请人:李佳雪