专利名称：竖排式复合热管太阳能温差发电集热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能温差发电集热器，具体涉及一种竖排式复合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12%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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种内联水箱双翼集热器，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，克服以往热水器结构不合理、实用性差、发电效率低、应用单一的问题。为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的，该集热体包括防护外箱、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，包括内部开有孔洞的金属集热体、热管、扁平发电模块、金属散热体、若干压紧螺栓，所述金属集热体包括有基部和锥形部，锥形部内开设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体锥形部内的孔洞，另一端伸入玻璃真空管内；所述金属散热体浸入内联水箱水体内；发电模块置于集热体与散热体之间，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金属集热体的基部平面，所述金属散热体基部平面紧贴所述发电模块的冷端平面； 金属集热体基部、金属散热体基部四周分别开孔，并通过若干压紧螺栓将金属集热体、发电模块、金属散热体固定；所述密封防护外套于发电总成与玻璃真空管接触部分，防止发电总成与玻璃真空管开口处刚性接触并防止管内热量外逸。所述金属散热体可替换为由金属集热体、热管构成，所述金属集热体包括有基部和锥形部，锥形部内开设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体锥形部内的孔洞，另一端浸入内联水箱水体内。为了更好均勻导热，有利于保护发电模块，在集热器与发电模块之间还可以设有导热板，导热板分别与集热体、发电模块之间的接触面紧密贴合。本发明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1竖排式组合热管集热器结构示意2为图1径向的剖视3为图2的局部放大示意4为散热体的结构示意图，其中图4a、4b为杯状，图4c、4d为指状结构，图4e、4f 为扁平状结构，图4g为扁平的栅结构，图4i为带辐射筋结构，图4j为金属散热体及其由两个异径拼接的组合热管，图4k为金属散热体及其同径热管图5为组合热管为金属集热体与热管的结合，其中图5a为金属集热体与两个异径管拼接热管的组合热管，图5b金属集热体与同径热管的组合热管。图6为实施例2 “双组合热管”径向的剖视局部放大示意图标记说明1_支架，11支架尾托，2-防护外箱，22-保温层，3-异径或等径玻璃真空管，4-内联水箱，5-发电总成，51-集热体，512-同径热管或者由两个异径拼接的组合热管，52-金属散热体，53-发电模块，543-压紧螺栓，564-主水管，57-密封圈
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明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发明保护范围。实施例1(单组合)如图1至图4所示，该包括防护外箱、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，包括内部开有孔洞的金属集热体、热管、扁平发电模块、金属散热体、若干压紧螺栓，所述金属集热体包括有基部和锥形部，锥形部内开设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体锥形部内的孔洞，另一端伸入玻璃真空管内；所述金属散热体浸入内联水箱水体内；发电模块置于集热体与散热体之间，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金属集热体的基部平面，所述金属散热体基部平面紧贴所述发电模块的冷端平面；金属集热体基部、金属散热体基部四周分别开孔，并通过若干压紧螺栓将金属集热体、发电模块、金属散热体固定；所述密封防护外套于发电总成与玻璃真空管接触部分，防止发电总成与玻璃真空管开口处刚性接触并防止管内热量夕卜逸。金属外箱作为防护箱2，用于加固内联水箱4，同时在防护外箱与内联水箱之间填充优良的保温材料，加强对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不锈钢、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。所述散热体52可选择形状各异的结构，增加接触面积更好的吸收热，该散热体浸入内联水箱4介质水体内。散热体52或呈杯状如图4a、4b，或者呈指状体如图4c、4d、 4c’ (4c 中间实心锥形指状结构，4d 中间锥形体或柱形体而其四周指型体的复合指状结构，4c’ 单指，且指腔中灌装非相变导热介质)，该指状体也可是多棱圆柱体锥；或者呈扁平状如图4e、4f，(为进一步增加表面积，还可以在该扁平状结构基础上再进一步栅化如图4g 所示)，或者进一步带辐射筋结构如图4i，散热体52浸入内联水箱4水体内，其结构设计目的是为了增加表面积更好得进行热交换，本发明有关散热体52的结构介绍不限于本实施例及附图所示的结构，本实施例并未穷举，任何其他形式的结构设计出于增加集热体表面接触面积，都将视为本发明的等同替换。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)。在真空玻璃管3内还可设有翅片511，该翅片沿轴向设于玻璃真空管内并与金属集热体51紧密接触，翅片结构不限，用以增加吸热面积，增强热导效率。所述金属集热体及其热管512为同径热管如图5b所示，或者由两个异径拼接的组合热管如图5a所示。热管是由紫铜或其他金属制成的管状体，管内的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、油或者其它材料的混合物。在内联水箱4外壁上设置若干温差发电总成5，温差电总成主要由热管512、半导体发电模块53、金属散热体52构成，玻璃真空管固定太阳热能形成“高温环境”，热管吸收热量(翅片增强吸热效率)并通过金属集热体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。本发明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。实施例2 (双组合)本实施例集热器结构类似于实施例1，但所述金属散热体改为如图5j、图5k所示的结构，图6所示，所述金属散热体内部也开设有与热管端部形状相匹配的孔洞，热管一端插入孔洞内，另一端浸入内联箱4水体内，该热管512内也放有热转化介质。热管512为同径热管如图5j所示，或者由两个异径拼接的组合热管如图5k所示。
权利要求
1.一种竖排式复合热管太阳能温差集热器，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，包括内部开有孔洞的金属集热体、热管、 扁平发电模块、金属散热体、若干压紧螺栓，所述金属集热体包括有基部和锥形部，锥形部内开设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体锥形部内的孔洞，另一端伸入玻璃真空管内；所述金属散热体浸入内联水箱水体内； 发电模块置于集热体与散热体之间，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金属集热体的基部平面，所述金属散热体基部平面紧贴所述发电模块的冷端平面；金属集热体基部、 金属散热体基部四周分别开孔，并通过若干压紧螺栓将金属集热体、发电模块、金属散热体固定；所述密封防护外套于发电总成与玻璃真空管接触部分，防止发电总成与玻璃真空管开口处刚性接触并防止管内热量外逸。
2.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述保温填充物为聚氨酯发泡。
3.如权利要求1所述集热体，其特征在于，该金属散热体形状为指状、杯状、扁平状或者带辐射筋状结构。
4.如权利要求3所述集热体，其特征在于，所述扁平状还进一步带栅结构。
5.如权利要求1所述集热体，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金属集热体紧密接触。
6.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述金属散热体改为由金属集热体、热管构成，所述金属集热体为实心金属块，其内部开设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体锥形部内的孔洞，另一端浸入内联水箱水体内。
7.如权利要求1或者6所述集热体，其特征在于，所述热管为同径热管或者由两个异径拼接的组合热管。
8.如权利要求7所述集热体，其特征在于，所述热转化介质为水、酒精或其混合物异或是其它材料的混合物。
9.如权利要求1或者6所述集热体，其特征在于，所述发电模块由多层发电模块组成， 相互间采用串联或者并联或复合的连接方式。
全文摘要
本发明公开了一种竖排式复合热管太阳能温差发电集热器，包括防护外箱、内联水箱、支架、外箱和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，包括热管、锥形金属集热体、扁平发电模块、金属散热体、密封防护套、若干压紧螺栓；所述热管顶部插入锥形集热体内，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，克服以往热水器结构不合理、实用性差、发电效率低、应用单一的问题。
文档编号H02N11/00GK102270944SQ20101019361
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6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