指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器的製作方法

2023-05-22 21:03:56 1

專利名稱：指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種太陽能溫差發電集熱器，具體涉及一種指狀平頂熱管太陽能 溫差發電集熱器。
背景技術：
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展，因異 徑真空管及密排技術已經成熟，太陽能光熱利用的效率已有重大突破，其效率已高達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 發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已有問世，但均存在採用等徑 真空管效率低、通過溫差發電模塊後的熱量傳遞採用普通的散熱器機構不便與水箱密切配 合導熱阻力大等問題。綜合、高效、科學合理的太陽能利用系統已成為一項重大的研究課 題。補充的本領域公知常識半導體溫差發電模塊是根據塞貝克效應製成的，即把 兩種半導體的接合端置於高溫，處於低溫環境的另一端就可得到電動勢E:E = As$T = As(T2-Tl)。式中As為塞貝克係數，其單位為V K或LV K.塞貝克係數AS是由材料本身 的電子能帶結構決定的。半導體溫度發電模塊，是一種利用溫差直接將熱能轉化為電能的 全固態能量轉化發電裝置，它無需化學反應且無機械移動部分，因而具有無噪音，無汙染， 無磨損，重量輕，使用壽命長等種種優點。補充的現有技術半導體溫差發電模塊外形尺寸有多種，常用的為 40mmX40mmX4mm，共有127對PN結，具有一定的耐高溫特性(熱端穩定工作溫度可達 180°C，最高短時衝擊溫度220°C )，熱電轉化效率為11. 7%。該扁平半導體器件帶正負引出 線的直流，其兩平面分別為冷端平面和熱端平面，若兩面溫差能達到攝氏60度，則發電電 壓可達到3. 5V，短路電流可達到3-5A。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種豎排式內聯水箱集熱器，該集熱器集 太陽能溫差發電與生產熱水於一體，在提供熱水的同時提供一定的電能，克服以往熱水器 發電效率低、應用單一的問題。為解決上述技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的，該指狀平頂熱管 太陽能集熱器包括防護外箱、內聯水箱、若干異徑或等徑玻璃真空管和支架，內聯水箱置於 防護外箱內壁，內聯水箱與防護外箱間填充有保溫層，防護外箱以及若干異徑或等徑玻璃 真空管固定於支架上，玻璃真空管封閉端置於支架尾部，防護外箱底部設有通孔，各玻璃真 空管開口端插入通孔處，在對應防護外箱通孔處的內聯水箱外壁安裝有若干發電模塊總 成，所述發電模塊總成包括以一定厚度的金屬集熱體作為上平面的平頂熱管、扁平發電模塊、帶指狀伸出結構的金屬散熱體、防護套、若干壓緊螺栓；所述平頂熱管為漏鬥狀封 閉腔體，熱管下端伸入玻璃真空管內，熱管內放有熱轉化介質；所述金屬散熱體安裝於內聯 水箱上，兩者通過密封圈密閉，金屬散熱體浸入內聯水箱水體部分呈不定形指狀伸出結構 用以增加表面積；發電模塊置於熱管上平面扁平集熱體與金屬散熱體之間，所述發電模塊 是一個扁平帶正負引出線的直流半導體器件，其上下兩平面分別為冷端平面和熱端平面， 所述發電模塊的熱端平面緊貼所述平頂熱管的上平面集熱體，所述金屬散熱體基部緊貼所 述發電模塊的冷端平面，熱管上平面扁平集熱體與散熱體之間通過若干壓緊螺栓將平頂熱 管、發電模塊、金屬散熱體三者固定；所述防護套設於發電總成與玻璃真空管之間，防止發 電總成與玻璃真空管開口處剛性接觸損壞真空管並防止管內熱量外逸。所述保溫層為聚氨酯發泡結構。所述金屬集熱體與平頂熱管兩者焊接形成密封腔體，金屬集熱體為3_20mm厚度 的扁平紫銅金屬塊。在真空玻璃管內還設有翅片，該翅片沿軸向設於玻璃真空管內並與平頂熱管緊密 接觸。玻璃真空管內還可以設有集熱翅片，集熱翅片與熱管下端密切接觸並一起伸入
玻璃真空管內。平頂熱管頂部的扁平金屬集熱體為圓形或矩形，集熱體四周開孔。為了更好均勻導熱，有利於保護髮電模塊，在平頂熱管上平面集熱體與發電模塊 之間還可以設有導熱板，導熱板分別與平頂熱管上平面集熱體、發電模塊之間的接觸面緊 密貼合。本實用新型是將半導體溫差發電技術與太陽能熱水器合理巧妙地相結合，在提供 10%的左右的光-熱-電轉換效率的同時還提供高達63%左右的光-熱轉換效率，其綜合 光利用率達73%左右，具國際領先水平。

圖1為實施例豎排式集熱器結構示意圖圖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為帶有指狀伸出結構的散熱體的截面結構示意圖，其中圖4a、4b、4c為指狀結 構，圖4g為在扁平狀態的柵化結構，圖4i為帶輻射筋結構標記說明1-支架，11支架尾託，2-防護外箱，22-保溫層，3_玻璃真空管，4_金屬 流道內聯水箱，5-發電總成，51-扁平金屬集導熱體，511-集熱翅片，512-平頂熱管，52-指 狀金屬散熱體，53-發電模塊，543-壓緊螺栓，55-防護套，564-主水管，57-密封圈
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型技術方 案不限於下述優選實施例，在技術方案內所作的任何改動或變異均應屬於本實用新型保護 範圍。實施例[0022]如圖1、圖2、圖3所示，該集熱器包括防護外箱2、內聯水箱4、若干異徑或等徑玻 璃真空管3和支架1，內聯水箱4置於防護外箱2內壁，內聯水箱4與防護外箱2間填充有 保溫層22，防護外箱以及若干異徑或等徑玻璃真空管固定於支架1上，玻璃真空管封閉端 置於支架尾部11，防護外箱2底部設有通孔，各玻璃真空管開口端插入通孔處，在對應防 護外箱通孔處的內聯水箱外壁安裝有若干發電模塊總成5。每個發電模塊總成5包括集熱 翅片511、平頂熱管512(具有一定厚度的集熱體51作為平頂熱管512上平面)、扁平發電模 塊53、帶指狀伸出結構的金屬散熱體52、防護套55、若干壓緊螺栓543 ；所述平頂熱管的頂 部呈漏鬥狀，熱管頂部的集熱體51是圓形或矩形。熱管頂部的集熱體51與發電模塊53下 平面緊密貼合，集熱翅片511緊密貼合在熱管下端並一起伸入玻璃真空管3內，熱管內放有 熱轉化介質；所述金屬散熱體52安裝於內聯水箱4上，兩者通過密封圈57密閉，散熱體浸 入內聯水箱水體部分呈不定形指狀擴大其表面積；發電模塊置於平頂熱管512與金屬散熱 體52之間，所述發電模塊是一個扁平帶正負引出線的直流半導體器件，其上下兩平面分別 為冷端平面和熱端平面，所述發電模塊的熱端平面緊貼所述平頂熱管512的上平面集熱體 51，所述金屬散熱體52基部緊貼所述發電模塊的冷端平面，平頂熱管512的上平面集熱體 51及金屬散熱體基部四周分別開孔，並通過若干壓緊螺栓將平頂熱管、發電模塊、金屬散熱 體固定；所述防護套55設於發電總成與玻璃真空管之間的接觸部分，防止發電總成與玻璃 真空管開口處剛性接觸引起玻璃真空管損壞並防止管內熱量外逸。金屬外箱作為防護箱2，用於加固內聯水箱4，同時在防護外箱與金屬流道內聯水 箱之間填充優良的保溫材料，加強對金屬流道內聯水箱的保溫作用。所述保溫材料作為保溫層選擇由聚氨酯發泡形成或其它優質保溫材料。內聯水箱4為金屬鐵皮製成的封閉箱體，兩端與主水管564連接。內聯水箱其其 材質優選鋁合金、鋼鐵、銅，其截面形狀不局限於如圖2所示的矩形，也可以圓筒形，任何形 狀可儲水的容器。所述散熱體52伸出結構可選擇形狀各異的指狀結構，增加接觸面積更好得吸收 熱，該散熱體浸入內聯水箱4介質水體內。散熱體52或呈指狀體如圖圖4a、4b、4c (4a 中間 實心錐形指狀結構，4b 中間錐形體或柱形體而其四周指型體的複合指狀結構，4c 單指， 且指腔中灌裝非相變導熱介質)，該指狀體也可是多稜圓柱體錐；或者在如圖4e、4f所示的 扁平狀基礎上再進一步柵化形成指狀結構，如圖4g所示。形成的各類指狀結構還可以進一 步帶輻射筋結構如圖4i，散熱體52浸入內聯水箱4水體內，其結構設計目的是為了增加表 面積更好得進行熱交換，本實用新型有關散熱體52的指狀結構介紹不限於本實施例及附 圖所示的結構，本實施例並未窮舉。該散熱體52安裝於內聯水箱4上，兩者通過密封圈57 密閉。所述平頂熱管512的頂部即為具一定厚度的集熱體51，熱管頂部與集熱體51下平 面密封，熱管下端伸入玻璃真空管3內，熱管內放有相變熱轉化介質；集熱體51作為平頂熱 管512頂部呈圓形或矩形，集熱體51設有與散熱體52螺孔相對應的固定用孔。需要說明 的是，該平頂熱管512與扁平金屬集熱體51兩者焊接成一體，內部形成密封的腔體。扁平 的金屬集熱體須具有一定厚度的金屬塊，非金屬薄片，以防止溫度過高出現變形凸起，變形 凸起的集熱體與發電模塊之間接觸緊密度不夠，影響熱傳導效果。金屬集熱體厚度可選擇 在6-10mm。平頂熱管512與扁平金屬集熱體51材質可選擇紫銅、不鏽鋼等金屬，優選紫銅保證較長的使用壽命。所述熱轉化介質，該熱轉化介質吸熱後發生相變，例如水、酒精等以及混合物，沸 點25-30度左右。也可以選擇臘、油或者其混合物。所述發電模塊還可以由多層發電模塊組成，相互間採用串聯或者並聯或複合連接 方式以適應實際工程需要(對電流、電壓、功率場合有相關限定的)。在內聯水箱4外壁上設置若干溫差電總成5，溫差電總成主要由集熱翅片511、平 頂熱管512、半導體發電模塊53、金屬散熱體52構成，玻璃真空管接收太陽光後轉換為熱能 並形成相對「高溫環境」，平頂熱管吸收熱量(集熱翅片511增強吸熱效率)並通過其頂部 集熱體51傳遞至發電模塊熱端面，散熱體安裝於內聯水箱內並與水充分接觸處於相對「低 溫環境」，從而保持發電模塊兩側絕對的溫差條件，發電模塊兩個引出線持續輸出直流電， 內聯水箱接受熱量後水溫升高，內聯水箱兩端與主水管連接輸出熱水供日常生活或工業 用。本實用新型是將半導體溫差發電技術與太陽能熱水器合理巧妙地相結合，在提供10% 的左右的光-熱-電轉換效率的同時還可提供高達63%左右的光-熱轉換效率，其綜合光 利用率達73 %左右，具國際領先水平。
權利要求1.一種指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，包括防護外箱、內聯水箱、 若干異徑或等徑玻璃真空管和支架，內聯水箱置於防護外箱內壁，內聯水箱與防護外箱間 填充有保溫層，防護外箱以及若干異徑或等徑玻璃真空管固定於支架上，玻璃真空管封閉 端置於支架尾部，防護外箱底部設有通孔，各玻璃真空管開口端插入通孔處，在對應防護外 箱通孔處的內聯水箱外壁安裝有若干發電模塊總成，所述發電模塊總成包括以一定厚度的金屬集熱體作為上平面的平頂熱管、扁平發電模 塊、帶指狀伸出結構的金屬散熱體、防護套、若干壓緊螺栓；所述平頂熱管為漏鬥狀封閉腔 體，熱管下端伸入玻璃真空管內，熱管內放有熱轉化介質；所述金屬散熱體安裝於內聯水箱 上，兩者通過密封圈密閉，金屬散熱體浸入內聯水箱水體部分呈不定形指狀伸出結構用以 增加表面積；發電模塊置於熱管上平面扁平集熱體與金屬散熱體之間，所述發電模塊是一 個扁平帶正負引出線的直流半導體器件，其上下兩平面分別為冷端平面和熱端平面，所述 發電模塊的熱端平面緊貼所述平頂熱管的上平面集熱體，所述金屬散熱體基部緊貼所述發 電模塊的冷端平面，熱管上平面扁平集熱體與散熱體之間通過若干壓緊螺栓將平頂熱管、 發電模塊、金屬散熱體三者固定；所述防護套設於發電總成與玻璃真空管之間。
2.如權利要求1所述的指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，所述保溫 層為聚氨酯發泡結構。
3.如權利要求1所述的指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，所述金屬 集熱體與平頂熱管兩者焊接形成密封腔體，金屬集熱體為3-20mm厚度的扁平紫銅金屬塊。
4.如權利要求1所述指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，在真空玻璃 管內還設有翅片，該翅片沿軸向設於玻璃真空管內並與平頂熱管緊密接觸。
5.如權利要求1至4任一所述指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，所述 發電模塊由一層或者多層發電模塊組成，相互間採用串聯或者並聯或複合的連接方式。
6.如權利要求1所述指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，所述指狀散 熱體結構為或者中間實心錐形指狀結構，或者中間錐形體或柱形體而其四周指型體的復 合指狀結構，或者為單指且指腔中灌裝非相變導熱介質。
7.如權利要求1所述指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，其特徵在於，所述指狀散 熱體結構在扁平狀結構基礎上再進一步柵化形成指狀結構。
專利摘要一種指狀平頂熱管太陽能溫差發電集熱器，包括防護外箱、內聯水箱、支架、外箱、玻璃真空管，內聯水箱底部連接有若干玻璃真空管，內聯水箱與防護外箱之間填充有保溫材料，防護外箱以及玻璃真空管固定於支架上，在內聯水箱壁上安裝有若干發電模塊總成，每個發電模塊總成包括平頂熱管、扁平發電模塊、帶指狀伸出結構的金屬散熱體、防護套、若干壓緊螺栓；所述平頂熱管呈漏鬥狀，其頂部上平面為具有一定厚度的扁平金屬集熱體，熱管頂部、發電模塊、散熱體基部相互緊密貼合，熱管下端伸入玻璃真空管內，熱管內放有熱轉化介質。本集熱器集太陽能溫差發電與生產熱水於一體，在提供熱水的同時提供電能，克服以往熱水器發電效率低、應用單一的問題。
文檔編號H02N11/00GK201789450SQ201020217889
公開日2011年4月6日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者李佳雪, 李春信, 汪志剛, 賈傳傑 申請人:李佳雪