專利名稱：豎排內(nèi)聯(lián)水箱式太陽能溫差單發(fā)電集熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種太陽能溫差發(fā)電集熱器，具體涉及一種豎排內(nèi)聯(lián)水箱式太陽 能溫差單發(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(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(jī)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(bǔ)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(jī)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(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。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種豎排式集熱器，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，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，該豎排式杯狀插 入式溫差發(fā)電集熱器包括防護(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)外箱以及若干豎排的異 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，各玻璃真空管通過通孔與內(nèi)聯(lián)水箱連通，接口處密閉，在內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā) 電模塊總成，所述發(fā)電模塊總成包括有集熱體、發(fā)電模塊、冷卻水箱、壓簧、壓板、若干個螺 栓；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)電模塊是一個扁平帶正負(fù)引出線的直流半導(dǎo)體器 件，其兩個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，壓板開通孔及集熱體基部四周分別開羅紋孔，并通過若干個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。本實用新型是將半導(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(dá)63%左右的光-熱轉(zhuǎn)換效率，其綜合 光利用率達(dá)73%左右，具國際領(lǐng)先水平。

圖1為實施例1內(nèi)聯(lián)水箱豎排水冷集熱器結(jié)構(gòu)示意圖圖1-1為圖1剖面上的局部放大示意圖(順時針旋轉(zhuǎn)90度后)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4為集熱體的結(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為在扁平狀態(tài)的柵化結(jié)構(gòu)，圖4i為帶輻射筋結(jié)構(gòu)標(biāo)記說明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-玻 璃真空管，4-內(nèi)聯(lián)水箱，41-密封硅膠圈，5-發(fā)電總成，51-集熱體，53-發(fā)電模塊，541-壓 板，542-壓簧，543-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-密封圈具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本實用新型技術(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)屬于本實用新型保護(hù) 范圍。實施例如圖1、圖2、圖3所示，該包括防護(hù)外箱2、內(nèi)聯(lián)水箱4、若干豎排的異徑或等徑玻 璃真空管3和支架1，內(nèi)聯(lián)水箱4置于防護(hù)外箱內(nèi)腔，內(nèi)聯(lián)水箱4與防護(hù)外箱2間填充有保 溫層22，防護(hù)外箱以及若干豎排的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)外箱底部設(shè)有通孔，各玻璃真空管通過通孔與內(nèi)聯(lián)水箱連通，接 口處密閉(硅膠圈41密閉連接)，在內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成5。每個發(fā)電模 塊總成包括有集熱體51、發(fā)電模塊53、冷卻水箱563、壓簧542、壓板541、若干個螺栓543。所述集熱體51浸入內(nèi)聯(lián)水箱4內(nèi)部分的結(jié)構(gòu)及形態(tài)各異，目的增加接觸面積更好 得吸收熱，該集熱體浸入內(nèi)聯(lián)水箱4介質(zhì)水體內(nèi)。集熱體51或呈杯狀如圖4a、4b，或者呈指 狀突出如圖4c、4d，或者呈扁平狀如圖4e、4f，(為進(jìn)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(jìn)一步柵化如圖4g所示)，或者進(jìn)一步帶輻射筋結(jié)構(gòu)如圖4i，集熱體51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(jìn)行熱交換，本發(fā)明有關(guān)集熱 體51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。該集熱體51安裝于 內(nèi)聯(lián)水箱4上，兩者通過密封圈57密閉。冷卻水箱563左右開有進(jìn)出水管形成冷卻系統(tǒng)。發(fā)電模塊53置于集熱體51與冷卻水箱563之間，所述發(fā)電模塊是一個扁平帶正 負(fù)引出線的直流半導(dǎo)體器件，其兩個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542 —端壓住水箱563，另一端抵住壓板541，壓板及集熱體四周分別開孔，并通過若干個 壓緊螺栓543將壓板固定。需要說明的是，彈簧542、壓板541、螺栓543構(gòu)成的壓緊裝置僅 為固定壓緊使水箱563與發(fā)電模塊53之間緊密接觸。類似等同替換的技術(shù)手段還會有在 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，同時在防護(hù)外箱2與內(nèi)聯(lián)水箱4之 間填充優(yōu)良的保溫材料，加強(qiáng)對內(nèi)聯(lián)水箱的保溫作用。防護(hù)外箱可設(shè)有防護(hù)蓋21，蓋打開后 便于維修溫差發(fā)電總成5。所述保溫材料作為保溫層優(yōu)先選擇聚氨酯發(fā)泡料。所述玻璃真空管均為豎向排列與內(nèi)聯(lián)水箱之間通過硅膠圈41密閉連接。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。集熱體51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53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)。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)，滿足各種不同的用電要求。內(nèi)聯(lián)水箱4與玻璃真空管3之間密閉連通，真空管吸收光能后整個內(nèi)聯(lián)水箱水溫 升高，通過集熱體將高溫傳導(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?的熱量轉(zhuǎn)化成直流電，并通過電流引線輸出，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561，兩者通過冷卻分水管562連接。其中一個冷卻水管與自來水連接，自來 水通過分水管進(jìn)入冷卻水箱563內(nèi)，在箱內(nèi)進(jìn)行冷熱水交換，溫水通過另一側(cè)分水管562匯 入另一個冷卻水管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冷 卻水管使整個冷卻系統(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564與內(nèi)聯(lián)水箱4連接)，同時從主水管另一側(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(dá)63 %左右的光-熱轉(zhuǎn)換效 率，其綜合光利用率達(dá)73 %左右，具國際領(lǐng)先水平。
權(quán)利要求1.一種豎排內(nèi)聯(lián)水箱式太陽能溫差單發(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)外箱以及若干豎排的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，各玻璃真空管通過通孔與內(nèi)聯(lián)水箱連 通，接口處密閉，在內(nèi)聯(lián)水箱外壁安裝有若干發(fā)電模塊總成，所述發(fā)電模塊總成包括有集熱 體、發(fā)電模塊、冷卻水箱、壓簧、壓板、若干個螺栓；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 塊是一個扁平帶正負(fù)引出線的直流半導(dǎo)體器件，其兩個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壓緊螺栓壓緊 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)外箱對應(yīng)安裝的發(fā)電模塊總成 處設(shè)有防護(hù)蓋
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，所述保溫層選擇聚氨酯發(fā)泡料。
5.如權(quán)利要求1所述集熱體，其特征在于，該集熱體形狀為指狀、杯狀或者扁平狀。
6.如權(quán)利要求5所述集熱器，其特征在于，所述杯狀扁平狀還進(jìn)一步帶柵狀結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1或者5所述集熱器，其特征在于，所述集熱體進(jìn)一步帶輻射筋狀結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1至6任一所述集熱器，其特征在于，所述發(fā)電模塊由一層或者多層發(fā)電 模塊組成，相互間采用串聯(lián)或者并聯(lián)或復(fù)合的連接方式。
9.如權(quán)利要求1至6任一所述集熱器，其特征在于，所述異經(jīng)或等徑玻璃真空管為豎 向排列。
專利摘要本實用新型公開了一種豎排內(nèi)聯(lián)水箱式太陽能溫差單發(fā)電集熱器，包括防護(hù)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(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，通過若干個壓緊螺栓將壓板固定。本豎式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F24J2/46GK201789452SQ20102021793
公開日2011年4月6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