專利名稱：光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及能源和材料領域，具體為一種光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置。該裝置利用納米材料全光譜吸太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，地熱和工廠余熱，通過轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成交流電。
背景技術(shù)：
太陽輻射中輻射能按波長的分布，稱為太陽輻射光譜，太陽輻射峰值的波長Xmax為0.475 μ m,這個波長在可見光的青光部分。太陽輻射主要集中在可見光部分(0.4
0.76 μ m),波長大于可見光的紅外線(> 0.76 μ m)和小于可見光的紫外線(< 0.4 μ m)的部分少。在全部輻射能中，波長在0.15 4μπι之間的占99%以上，且主要分布在可見光區(qū)和紅外區(qū)，前者占太陽輻射總能量的約50%，后者占約43%，紫外區(qū)的太陽輻射能很少，只占總量的約7%。1981年世界氣象組織推薦的太陽常數(shù)值Rsc=1367±7 (W/m2)，通常采用1367W/
m2o太陽輻射通過大氣層后到達地球表面。由于大氣對太陽輻射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大氣上界的輻射不能完全到達地表面。圖7最下面的實曲線c表示太陽輻射通過大氣層被吸收、散射、反射后到達地表的太陽輻射光譜。與大氣上界的太陽輻射光譜相比較，可以看出:通過大氣層后，太陽總輻射能有明顯地減弱；波長短的輻射能減弱得最為顯著；輻射能隨波長的分布變得極不規(guī)則。產(chǎn)生這些變化有以下幾方面原因:1大氣對太陽輻射的吸收太陽輻射穿過大氣層到達地面時，要受到一定程度的減弱，這是因為大氣中某些成分具有選擇吸收一定波長輻射能的特性。大氣中吸收太陽輻射的成分主要有水汽、液態(tài)水、二氧化碳、氧、臭氧及塵埃等固體雜質(zhì)等。太陽輻射被吸收后變成了熱能，因而使太陽輻射減弱。水汽吸收最強的波段是位于紅外區(qū)的0.93 2.85 μ m,據(jù)估計，太陽輻射因水汽的吸收可減弱約4% 15%。氧只對波長小于
0.2μπι的紫外線吸收很強，在可見光區(qū)雖然也有吸收，但較弱。臭氧在大氣中的含量很少，但在紫外區(qū)和可見光區(qū)都有吸收帶，在0.2 0.3 μ m波段的吸收帶很強，由于臭氧的吸收，使小于0.29 μ m波段的太陽輻射不能到達地面，因而保護了地球上的一切生物免遭紫外線過度輻射的傷害。臭氧在0.44 0.75 μ m還有吸收，雖不強，但因這一波段正好位于太陽輻射最強的區(qū)域內(nèi)，所以吸收的太陽輻射量相當多。二氧化碳對太陽輻射的吸收比較弱，僅對紅外區(qū)2.7μπι和4.3μπι附近的輻射吸收較強，但該區(qū)域的太陽輻射較弱，被吸收后對整個太陽輻射的影響可忽略。懸浮在大氣中的水滴、塵埃、污染物等雜質(zhì)，對太陽輻射也有吸收作用，大氣中這些物質(zhì)含量越高，對太陽輻射吸收越多，如在工業(yè)區(qū)、森林火災、火山爆發(fā)、沙塵暴等，太陽輻射都有明顯減弱。我國年輻射總量最高地區(qū)在西藏，為212.3—252.1瓦/平方米。青海、新疆和黃河流域次之，為159.2—212.3瓦/平方米。而長江流域與大部分華南地區(qū)則反而減少，為119.4—159.2瓦/平方米。這是因為西北、華北地區(qū)晴朗干燥的天氣較多，總輻射也較大。長江中、下游云量多，總輻射較小，西藏海拔高度大，總輻射量也大。這些數(shù)據(jù)把緯度，日夜，季節(jié)，氣候變化都包含在內(nèi)的年平均數(shù)。我國陸地表面每年接受太陽輻射能相當于約49，000億噸標準煤，全國三分之二的國土面積年日照在2200小時以上，年太陽輻射量超過5000兆焦/ m2 (相當于170千克標準煤/m2).太陽能資源豐富。將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能這一能源高端產(chǎn)品的光伏發(fā)電技術(shù)目前已經(jīng)成熟，發(fā)展勢頭迅猛，正在努力突破高成本的制約瓶頸，有望在30年內(nèi)成為重要的電力能源之一。本裝置利用納米材料全光譜吸太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，再將熱能通過轉(zhuǎn)換裝置換成交流電，也可直接將地熱和工廠余熱、火力發(fā)電廠熱能轉(zhuǎn)換成交流電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于利用納米材料全光譜吸太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，再將熱能通過轉(zhuǎn)換裝置換成交流電，或直接將地熱和工廠余熱、火力發(fā)電廠熱能轉(zhuǎn)換成交流電，提供一種光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明目的采用下述技術(shù)方案實現(xiàn):
一種光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、發(fā)電機、冷凝器、抽氣機、引力排水管和冷水回收裝置；其供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、冷凝器、引力排水管及冷水回收裝置依次管道相連通，冷凝器與冷循環(huán)水管道相連，冷凝管與抽氣機管道相連通、渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機輸出電路上裝有電壓表和電流表，蒸發(fā)器和冷凝器分別裝有壓力表，供熱水系統(tǒng)、冷凝器和引力排水管分別裝有溫度表，供熱水系統(tǒng)出熱水口裝有流量控制裝置。本發(fā)明的裝置中，所述的蒸發(fā)器為平面多層板蒸發(fā)器、錐形多層板蒸發(fā)器或噴頭蒸發(fā)器。 本發(fā)明的裝置中，所述的供熱水系統(tǒng)的熱水來自太陽能加熱轉(zhuǎn)換的熱水、地下熱水或工廠余熱熱水。本發(fā)明裝置中，所述的引力排水管為在集水箱底部連接一根垂直高度為9米至10米抗大氣壓排水管。本發(fā)明的裝置中，所述的太陽能加熱轉(zhuǎn)換器利用納米材料制作吸熱板，所述的納米材料包含有碳納米管。本發(fā)明中采用了高效光熱轉(zhuǎn)換納米材料進行光熱轉(zhuǎn)換，效率大于80%，本熱電轉(zhuǎn)換裝置由于巧妙利用真空技術(shù)、地球引力和渦流技術(shù)，熱電效率可達50%，光電轉(zhuǎn)換效率至少可達40%，與目前廣泛使用的硅太陽能電池比較，光電轉(zhuǎn)換效率可提高I倍，與美國麻省理工學院的熱電轉(zhuǎn)換材料比較，熱電轉(zhuǎn)換效率至少提高8倍。在相同功率輸出的情況下，本裝置的成本更低。


圖1、本發(fā)明的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置原理框圖.圖2、平板多層蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖
圖3、錐形多層蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意4、噴頭蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意5、潤輪機示意圖
圖6、本發(fā)明的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置中冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖 圖7、大氣上界和地面的太陽輻射光譜圖中:1_集水箱，2-冷循環(huán)水管，3- 9 10米垂直引力排水管，4-抽空氣管，5.冷凝管，6.冷凝器；A-6000k絕對黑體輻射曲線，B-大氣上界的太陽輻射曲線，C-到達地面的太陽輻射曲線。
具體實施方案下面結(jié)合附圖進一步詳述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和效果
本發(fā)明的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置原理框圖如圖1所示，該裝置包括供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、發(fā)電機、冷凝器、抽氣機、引力排水管、冷水回收裝置、電壓表、電流表、壓力表，溫度表和流量控制裝置，其供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、冷凝器、冷凝管、引力排水管及冷水回收裝置依次管道相連通，冷凝器與冷循環(huán)水管道相連，冷凝管與抽氣機管道相連通、渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機輸出電路上裝有電壓表和電流表，蒸發(fā)器和冷凝器分別裝有壓力表，供熱水系統(tǒng)、冷凝器和引力排水管分別裝有溫度表，供熱水系統(tǒng)出熱水口裝有流量控制裝置。本裝置利用納米材料(其中包含有碳納米管)全光譜吸太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，利用真空技術(shù)除去水中的氣體、利用地球引力形成末端真空和渦流技術(shù)將光能和熱能通過轉(zhuǎn)換裝置換成電能，其工藝過程是:
1、將熱水在低真空下通過多層平面蒸發(fā)器、錐面蒸發(fā)器或噴頭蒸發(fā)器蒸發(fā)為蒸汽；多層平面蒸發(fā)器、錐面蒸發(fā)器或噴頭蒸發(fā)器可在低真空下將100°c及以下的熱水蒸發(fā)為蒸汽，其結(jié)構(gòu)如圖2、3、4所示；
2、將步驟I中的蒸汽推動渦輪機(膨脹式汽輪機)帶動發(fā)電機發(fā)電；渦輪機結(jié)構(gòu)如圖4所示；
3、利用冷凝管和小功率抽氣機除去渦輪機末端空氣；冷凝管結(jié)構(gòu)如圖6中的5所示；
4、利用冷凝器將末端低壓水蒸汽冷凝成液態(tài)水；
5、在集水箱底部的地球引力方向安裝9 10米長的圓柱形管道(圓柱形管道要求能抵抗大氣壓力，圓柱形管道不變形)，圓柱形管道的一端接入渦輪機末端集水箱的底部，另一端插入水池的水面以下，在圓柱形管道中形成接近9 10米高的水柱，通過地球引力和小功率抽氣機在汽輪機末端形成真空；排水管將冷凝水排除和形成低真空，并極大增加了汽輪機兩端的氣壓差。本發(fā)明利用平面多層板或錐形多層板將熱水在低真空下蒸發(fā)為蒸汽的方法，其多層板蒸發(fā)增加了蒸發(fā)面積，可在低真空下將100°c及以下的熱水蒸發(fā)為蒸汽。利用冷凝裝置和小功率抽氣機除去末端空氣的方法，在末端可形成更低的真空。利用冷凝裝置將末端的低壓水蒸氣冷凝成液態(tài)水。利用地球引力排除末端的冷凝水，在冷凝水箱底部連接一根垂直高度為9米至10米抗大氣壓排水管將冷凝水排除和形成低真空，這樣地球引力與渦輪機結(jié)合，極大增加了汽輪機兩端的氣壓差。利用納米材料制作太陽能吸熱板，可將太陽能全光譜轉(zhuǎn)換成熱能。將光、熱能量轉(zhuǎn)換效率可達到80%，熱、電能量轉(zhuǎn)換效率可達到50%，光、電能量轉(zhuǎn)換效率可達到40%。
權(quán)利要求
1.一種光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，該裝置包括供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、發(fā)電機、冷凝器、冷凝管、抽氣機、引力排水管和冷水回收裝置；其供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、冷凝器、冷凝管、引力排水管及冷水回收裝置依次以管道相連通，冷凝器與冷循環(huán)水管道相連，冷凝管與抽氣機管道相連通、渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機輸出電路上裝有電壓表和電流表，蒸發(fā)器和冷凝器分別裝有壓力表，供熱水系統(tǒng)、冷凝器和引力排水管分別裝有溫度表，供熱水系統(tǒng)出熱水口裝有流量控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的蒸發(fā)器為平面多層板蒸發(fā)器、錐形多層板蒸發(fā)器或噴頭蒸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求1所述的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的供熱水系統(tǒng)的熱水來自太陽能加熱轉(zhuǎn)換器的熱水、地下熱水或工廠余熱熱水。
4.如權(quán)利要求1所述的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的引力排水管為在冷凝器水箱底部連接一根垂直高度為9米至10米抗大氣壓排水管。
5.如權(quán)利要求3所述的光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的太陽能加熱轉(zhuǎn)換器利用納米材料制作吸熱板，所述的納米材料中包含有碳納米管。
全文摘要
一種光、熱、電轉(zhuǎn)換裝置，包括供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、發(fā)電機、冷凝器、抽氣機、引力排水管和冷水回收裝置。其供熱水系統(tǒng)、蒸發(fā)器、渦輪機、冷凝器、引力排水管及冷水回收裝置依次管道相連通，冷凝器與冷循環(huán)水管道相連，冷凝管與抽氣機管道相連。渦輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機輸出電路上裝有電壓表和電流表，蒸發(fā)器和冷凝器分別裝有壓力表，供熱水系統(tǒng)、冷凝器和引力排水管分別裝有溫度表，供熱水系統(tǒng)出熱水口裝有流量控制裝置。本裝置采用高效光熱轉(zhuǎn)換納米材料、真空技術(shù)、地球引力和渦流技術(shù)，其光電轉(zhuǎn)換效率達40%，熱電效率達50%。與硅太陽能電池比較，光電轉(zhuǎn)換效率提高1倍，與美國麻省理工學院的熱電轉(zhuǎn)換材料比較，熱電轉(zhuǎn)換效率提高8倍。成本更低。
文檔編號F03G4/00GK103206275SQ201210348540
公開日2013年7月17日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者高建明, 蔡武寧 申請人:廣西南寧市派宇能源科技開發(fā)有限公司, 華中師范大學