CN103836813B - 双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管 - Google Patents
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Abstract
双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，包括设置在太阳能热水器的联集箱下方的真空管，真空管一端封闭，另一端设有开口，且其管壁内设有封闭的真空夹层，所述真空管的开口端外部设有嵌套在联集箱底部的散热端，真空管的开口端内部依次设有温差发电片和金属冷凝端，所述金属冷凝端的外缘与真空管的内壁熔封连接，使真空管管内形成封闭的真空腔室，金属管冷凝端的端部伸入到真空管内部且与其内壁不接触，所述温差发电片的两个输出电极引出真空管，且不破坏真空夹层的封闭结构，所述真空腔室中设有传热工质。本发明的温差发电片产生电压，经两个输出电极输出到蓄电池或其它用电设备，实现了太阳的热电、光热双重转换，增强了太阳能的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能发电装置，具体的说是一种双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管。
背景技术
在太阳能的利用方式中，温差发电作为一种合理利用余热、太阳能、地热等能源转换为电能的有效方式，具有结构简单、坚固耐用、无运动部件和噪音等特点。鉴于此，可充分利用太阳的辐射热在热电模块两端建立温差，实现温差发电。目前，公知的太阳热水器包括联集箱、集热真空管和支架，联集箱上设有排气口、溢水口和进水口，集热真空管置于联集箱的下方，太阳能热水器中的水温可高达95℃，当水达到沸点温度后，太阳能继续照射也不会使水温升高，而集热真空管在管内无水且太阳照射的情况下，其温度高达250℃，导致了热量的浪费。而且现有太阳能热水器，其能源利用范围狭窄，在效率和成本上受到很多的限制。基于以上现状，提出把温差发电以及太阳能热利用联合起来的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，达到同时实现太阳的热电、光热双重转换的目的，以解决现有技术中太阳能热水器中热量浪费和能源利用范围狭窄的问题。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，包括设置在太阳能热水器的联集箱下方的真空管，所述的真空管一端封闭，另一端设有开口，且其管壁内设有封闭的真空夹层，所述真空管的开口端外部设有嵌套在联集箱底部的散热端，真空管的开口端内部依次设有温差发电片以及设在温差发电片下方的金属冷凝端，所述金属冷凝端的外缘与真空管的内壁熔封连接，使真空管管内形成封闭的真空腔室，金属管冷凝端的端部伸入到真空管内部且与其内壁不接触，所述温差发电片的两个输出电极引出真空管，且不破坏真空夹层的封闭结构，所述真空管的真空腔室中设有传热工质。
所述的金属冷凝端由圆形的金属板和固定在金属板下端面上的金属管组成，金属板的外缘与真空管的内壁熔封连接，金属板的上端面垂直焊接有螺钉，温差发电片和散热端上均设有与所述螺钉螺纹连接的通孔，所述金属板的上端面与温差发电片的下端面之间填充有导热胶。
本发明中，所述的散热端包括圆形的金属板以及与金属板的外缘熔封连接的隔热玻璃管，散热端的金属板上设有与所述螺钉螺纹连接的通孔，所述散热端的金属板的下端面与温差发电片的上端面之间填充有导热胶。进一步的，散热端的金属板的上端面上设有伸入到联集箱的水介质中的金属散热棒。
本发明中，真空管的开口端与隔热玻璃管下端的接触面之间设有隔热胶垫；所述的传热工质为低沸点工质。
本发明的一种实施方式是：两个输出电极通过一个导线玻璃管引出真空管，且导线玻璃管不破坏真空管的真空夹层的封闭结构，真空管开口端的内壁上设有用于容纳导线玻璃管的凸起，导线玻璃管的内径为4-5mm。
本发明的另一种实施方式是：真空管的内壁上熔封连接有两个与真空管内部形状相适应的压线螺丝，所述温差发电片的两个输出电极分别与两个压线螺丝导通，两个压线螺丝上均设有引出真空管且不破坏真空夹层的导线，真空管的外壁上设有玻璃罩，位于玻璃罩内部的真空管外壁上设有两个用于固定导线的压线螺丝。其中，压线螺丝包括导电接头管以及与导电接头管通过内螺纹连接的紧固螺钉，所述温差发电片的两个输出电极分别通过两个导电接头管管壁上设置的通孔引入到导电接头管管内，并通过紧固螺钉固定在导电接头管的内壁上，所述的两个导电接头管上均设有引出真空管且不破坏真空夹层的导线。
本发明中的真空管，是现有技术中作为太阳能热水器的组成元件的真空管，其内外层之间为真空夹层。在真空管的内壁上涂有如氧化铜、黑镍和黑锌等光谱选择性吸收涂层，用以最大限度的吸收太阳辐射能。
传统太阳能热水器的真空集热管由蒸发段和冷凝段组成，而冷凝段设在真空集热管的外部，本发明将金属冷凝端设置在真空管的管内，利用金属冷凝端的冷凝放热制热、发电。
有益效果：（1）本发明的集热管为双真空环境，即真空管的管壁内为真空夹层，以及真空管的内管内部为真空腔室，真空腔室中设有传热工质，真空管在太阳照射情况下，管内温度高达250℃；
（2）本发明的金属冷凝端设置在真空管管内，真空管中汽化的传热工质在冷凝端的作用下液化放热，放出的热量传递到温差发电片的下端面，利用温差发电片上、下端面的温度差发电，经两个输出电极输出到蓄电池或其它用电设备，从而扩大了太阳能的能源利用范围，提高了太阳能的综合利用水平；
（3）真空管将太阳辐射能转化为热能，其管内被汽化的传热工质上升到真空管的开口端，被设在真空管内部的金属冷凝端冷凝，冷凝后的传热工质在重力作用下回落至真空管的盲端，而冷凝放出的热量使金属冷凝端快速升温，多余的热量传递到散热端的金属板上，并通过散热端的金属板上设置的金属散热棒对联集箱中的水介质加热。实现了太阳的热电、光热双重转换的目的，避免太阳能热水器中热量浪费，实现了发电、制热、集热于一体。
附图说明
图1为本发明的分解图；
图2为本发明第一个实施例的结构示意图；
图3为本发明第二个实施例的结构示意图；
图4为本发明第二个实施例中压线螺丝的示意图；
图5为本发明的集热管与太阳能热水器组装实施图。
附图标记：1、真空管，101、真空夹层，102、真空腔室，103、凸起，2、金属冷凝端，3、螺钉，4、温差发电片，5、散热端，6、金属散热棒，7、螺母，8、隔热玻璃管，9、金属板，10、输出电极，11、通孔，12、金属管，13、导热胶，14、隔热胶垫，15、导线玻璃管，16、玻璃罩，17、紧固螺钉，18、导电接头管，19、导线，20、联集箱，21、隔热绝热垫，22、压线螺丝。
具体实施方式
如图1和图5所示，双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，包括设置在太阳能热水器的联集箱20下方的真空管1，所述的真空管1一端封闭，另一端设有开口，且其管壁内设有封闭的真空夹层101，所述真空管1的开口端外部设有嵌套在联集箱20底部的散热端5，真空管1的开口端内部依次设有温差发电片4以及设在温差发电片4下方的金属冷凝端2，所述金属冷凝端2的外缘与真空管1的内壁熔封连接，使真空管1管内形成封闭的真空腔室102，金属管冷凝端2的端部伸入到真空管1内部且与其内壁不接触，所述温差发电片4的两个输出电极10引出真空管1，且不破坏真空夹层101的封闭结构，所述真空管1的真空腔室102中设有传热工质，传热工质为低沸点工质。
金属冷凝端2由圆形的金属板和固定在金属板下端面上的金属管12组成，金属板的外缘与真空管1的内壁熔封连接，金属板的上端面垂直焊接有螺钉3，温差发电片4和散热端5上均设有与所述螺钉3螺纹连接的通孔，所述金属板的上端面与温差发电片4的下端面之间填充有导热胶。其中，本发明的散热端5包括圆形的金属板以及与金属板的外缘熔封连接的隔热玻璃管8，真空管1的开口端与隔热玻璃管8下端的接触面之间设有隔热胶垫14，散热端5的金属板上设有与所述螺钉3螺纹连接的通孔，螺钉3的螺母7上套设有隔热绝热垫21，所述散热端5的金属板的下端面与温差发电片4的上端面之间填充有导热胶，散热端5的金属板的上端面上设有伸入到联集箱20的水介质中的金属散热棒6。
如图2所示，为本发明的第一个实施例的示意图。其中，温差发电片4的两个输出电极10通过一个导线玻璃管15引出真空管1，且导线玻璃管15不破坏真空管1的真空夹层101的封闭结构。由于真空管1中真空夹层101的厚度较小，在真空管1开口端的内壁上设置一个用于容纳导线玻璃管15的凸起103。在具体实施时，与真空管1开口端相配合的金属冷凝端2的形状与凸起103的形状相适应，该凸起103可以设置为弧形结构。
如图3和图4所示，为本发明的第二个实施例的示意图。真空管1的内壁上熔封连接有两个与真空管1内部形状相适应的压线螺丝，所述温差发电片4的两个输出电极10分别与两个压线螺丝导通，两个压线螺丝上均设有引出真空管1且不破坏真空夹层101的导线19，真空管1的外壁上设有玻璃罩16，玻璃罩16设在距离真空管1开口端60mm处，位于玻璃罩16内部的真空管1外壁上设有两个用于固定导线19的压线螺丝。其中，压线螺丝包括导电接头管18以及与导电接头管18通过内螺纹连接的紧固螺钉17，所述温差发电片4的两个输出电极10分别通过两个导电接头管18管壁上设置的通孔引入到导电接头管18管内，并通过紧固螺钉17固定在导电接头管18的内壁上，所述的两个导电接头管18上均设有引出真空管1且不破坏真空夹层101的导线19。
本发明的真空管1为双真空玻璃管，采用高硼硅玻璃管加工而成，真空管1由内管和外管组成，内、外管之间为真空夹层101，内管由金属冷凝端2密封后形成真空腔室102。
本发明的螺钉3采用规格为M6螺钉，温差发电片4的厚度为3.8-4mm，隔热玻璃管8的高度为30mm，而太阳能热水器的联集箱20由水箱内胆和设在其外部的保温层组成，所述水箱内胆和保温层的总厚度为50-60mm。
在具体应用中，可统一将多个本发明的该装置设置在太阳能热水器的联集箱20的下方，如图5所示，即将散热端5通过密封橡胶圈嵌套在联集箱20的底部，使散热端5与联集箱20中盛放的水介质接触。根据需要将多个装置中的温差发电片4相互并联或串联，可用于大容量的家用太阳能热水器和热水系统。
本发明中，作为冷凝端的金属管12置于真空管1内，冷凝端也可以设置为金属棒。启动快，在太阳光照射几分钟即可启动输出热量，而且不易腐蚀，延长了使用寿命；被加热的水介质不流经真空管1，因此真空管1的安装较为简单，同时还能避免真空管走水和结垢，防冻、防裂。
Claims (8)
1.双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，包括设置在太阳能热水器的联集箱（20）下方的真空管（1），所述的真空管（1）一端封闭，另一端设有开口，且其管壁内设有封闭的真空夹层（101），所述真空管（1）的开口端外部设有嵌套在联集箱（20）底部的散热端（5），真空管（1）的开口端内部依次设有温差发电片（4）以及设在温差发电片（4）下方的金属冷凝端（2），其特征在于：所述金属冷凝端（2）的外缘与真空管（1）的内壁熔封连接，使真空管（1）管内形成封闭的真空腔室（102），金属管冷凝端（2）的端部伸入到真空管（1）内部且与其内壁不接触，所述温差发电片（4）的两个输出电极（10）引出真空管（1），且不破坏真空夹层（101）的封闭结构，所述真空管（1）的真空腔室（102）中设有传热工质，所述的金属冷凝端（2）由圆形的金属板和固定在金属板下端面上的金属管（12）组成，金属板的外缘与真空管（1）的内壁熔封连接，金属板的上端面垂直焊接有螺钉（3），温差发电片（4）和散热端（5）上均设有与所述螺钉（3）螺纹连接的通孔，所述金属板的上端面与温差发电片（4）的下端面之间填充有导热胶。
2.根据权利要求1所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述的散热端（5）包括圆形的金属板以及与金属板的外缘熔封连接的隔热玻璃管（8），散热端（5）的金属板上设有与所述螺钉（3）螺纹连接的通孔，所述散热端（5）的金属板的下端面与温差发电片（4）的上端面之间填充有导热胶。
3.根据权利要求2所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述散热端（5）的金属板的上端面上设有伸入到联集箱（20）的水介质中的金属散热棒（6）。
4.根据权利要求1所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述真空管（1）的开口端与隔热玻璃管（8）下端的接触面之间设有隔热胶垫（14）。
5.根据权利要求1所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述的两个输出电极（10）通过一个导线玻璃管（15）引出真空管（1），且导线玻璃管（15）不破坏真空管（1）的真空夹层（101）的封闭结构，真空管（1）开口端的内壁上设有用于容纳导线玻璃管（15）的凸起（103）。
6.根据权利要求1所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述真空管（1）的内壁上熔封连接有两个与真空管（1）内部形状相适应的压线螺丝，所述温差发电片（4）的两个输出电极（10）分别与两个压线螺丝导通，两个压线螺丝上均设有引出真空管（1）且不破坏真空夹层（101）的导线（19），真空管（1）的外壁上设有玻璃罩（16），位于玻璃罩（16）内部的真空管（1）外壁上设有两个用于固定导线（19）的压线螺丝。
7.根据权利要求6所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述的压线螺丝包括导电接头管（18）以及与导电接头管（18）通过内螺纹连接的紧固螺钉（17），所述温差发电片（4）的两个输出电极（10）分别通过两个导电接头管（18）管壁上设置的通孔引入到导电接头管（18）管内，并通过紧固螺钉（17）固定在导电接头管（18）的内壁上，所述的两个导电接头管（18）上均设有引出真空管（1）且不破坏真空夹层（101）的导线（19）。
8.根据权利要求1所述的双真空内冷凝式发电制热太阳能集热管，其特征在于：所述的传热工质为低沸点工质。
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