CN103983030B - 一种太阳能热电联产管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热电联产管，属于太阳能光热发电领域，包括集热装置与发电装置。集热装置部分采用广泛使用的石英玻璃集热管，发电装置采用半导体温差发电材料设计而成，材料的冷端与内侧导热绝缘材料相接触，热端与外侧集热材料相接触，较大的相对稳定的温差提供发电所需的温度势，在此温差下工作，发电装置得到电能。本发明太阳能热电联产管，具有更广泛的适应性，其结构简单，成本较低，可大幅度提高太阳能综合利用率。

Description

一种太阳能热电联产管
【技术领域】
本发明属于太阳能光热发电领域，具体涉及一种太阳能热电联产管，其可以同时进行生活热水供应以及电能生产。
【背景技术】
温差发电是利用塞贝克效应把热能转化为电能。当一对温差电池的两端处于不同温度时，两端的温差电动势就可作为电源。常用的是半导体温差电池，这是一个由一组半导体温差电电池串联和并联制成的直流发电装置。每个电池由一N型半导体和一P型半导体串联而成，两者联接着的一端和高温热源接触，而N型和P型半导体的非结端通过导线均与低温热源接触，由于热端与冷端间有温度差存在，使P的冷端有负电荷积累而成为发电器的阴极；N的冷端有正电荷积累而成为阳极。若与外电路相联就有电流流过。
太阳能是清洁能源，目前使用较多的领域为太阳能热水器，太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器为主，占据国内90％的市场份额，而中国的真空管式太阳能热水器又占到了世界总使用量的97％。
现阶段利用太阳能大多采用光伏的方式，效率较低，而已知的少数的采用光热方式也都采用的是在平面上布置PN半导体温差发电材料的方式，这种方式由于太阳照射的不同角度会影响发电且地面由于完全受不到太阳照射产生了成本上的浪费，且会对原有真空管的制作工艺产生影响，需要对制造工艺改进，产生额外的成本。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种太阳能热电联产管，其能很好的处理了温差发电电池的热端和冷端，保证了温差电池的良好运行，使太阳能热水器能够在为居民提供热水的同时产生电能，提高其利用率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
第一种方案：
一种太阳能热电联产管，包括玻璃水管，以及设置在玻璃水管外壁上的绝缘陶瓷层，绝缘陶瓷层的外壁上设置有若干PN结温差发电组件，且若干PN结温差发电组件中两个相邻的P型半导体和N型半导体之间通过绝缘材料层间隔，相邻两个PN结温差发电组件的P型半导体和N型半导体通过镶嵌在绝缘陶瓷外壁上的第一导电膜相连，单个PN结温差发电组件的P型半导体和N型半导体通过PN结温差发电组件外壁上的第二导电膜相连，相邻两个第二导电膜之间通过第二导电膜外壁上的第一太阳能集热层间隔。
本发明进一步改进在于：玻璃水管外壁上还设置有第二太阳能集热层(3b)，其布置在绝缘陶瓷层的两端。
本发明进一步改进在于：PN结温差发电组件通过喷涂或者电镀在绝缘陶瓷层的外壁上制成。
本发明进一步改进在于：绝缘陶瓷层、PN结温差发电组件、绝缘材料层、第一导电膜、第二导电膜、第一太阳能集热层以及第二太阳能集热层均为1/2圆弧状。
本发明进一步改进在于：PN结温差发电组件采用Bi2Te3、PbTe、GeTe或AgSbTe2中的一种或多种制成。
第二种方案：
一种太阳能热电联产管，包括玻璃水管，以及由内向外依次设置在玻璃水管外壁上的绝缘或玻璃纤维层和玻璃套管，玻璃套管的外壁上设置有若干PN结温差发电组件，且若干PN结温差发电组件中两个相邻的P型半导体和N型半导体之间通过绝缘材料层间隔，相邻两个PN结温差发电组件的P型半导体和N型半导体通过镶嵌在绝缘陶瓷外壁上的第一导电膜相连，单个PN结温差发电组件的P型半导体和N型半导体通过PN结温差发电组件外壁上的第二导电膜相连，相邻两个第二导电膜之间通过第二导电膜外壁上的第一太阳能集热层间隔。
本发明进一步改进在于：玻璃水管外壁上还设置有第二太阳能集热层，其布置在绝缘或玻璃纤维层的两端。
本发明进一步改进在于：PN结温差发电组件通过喷涂或者电镀在绝缘陶瓷层的上制成。
本发明进一步改进在于：PN结温差发电组件、绝缘材料层、第一导电膜、第二导电膜、第一太阳能集热层以及第二太阳能集热层均为1/2圆弧状。
本发明进一步改进在于：PN结温差发电组件采用Bi2Te3、PbTe、GeTe或AgSbTe2中的一种或多种制成。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明太阳能热电联产管的热端置于第一太阳能集热层的下方，可以获得足够大的比较恒定的高温，冷端置于导热层，从而加强冷端散热，从而使冷端保持一定的低温；
2、在保证使用热水的情况下，本发明太阳能热电联产管有效提高了能量利用率，同时供应电能；
3、本发明太阳能热电联产管结构简单，基本不破坏原有的比较成熟的真空管的制造工艺，易于批量生产和现行设备的改造。
【附图说明】
图1为本发明太阳能热电联产管具体实施例1的结构示意图；
图2为图1的A向视图；
图3为本发明太阳能热电联产管具体实施例2的结构示意图；
图4为图3的A向视图。
图中：1为玻璃水管，2为PN半导体温差发电组件，3a为第一太阳能集热层，3b为第二太阳能集热层，4为绝缘陶瓷层，5a为第一导电膜，5b为第二导电膜，6为绝缘材料层，7为绝缘或玻璃纤维层，8为玻璃套管。
【具体实施方式】
下面结合附图和具有实施例对本发明做进一步详细说明。
参见图1至图4，本发明一种太阳能热电联产管，其在传统真空集热管的基础上进行改进。
实施例1：
参见图1和图2，本发明一种太阳能热电联产管，包括玻璃水管1，以及设置在玻璃水管1外壁上的绝缘陶瓷层4，绝缘陶瓷层4的外壁上设置有若干PN结温差发电组件2，且若干PN结温差发电组件2中两个相邻的P型半导体和N型半导体之间通过绝缘材料层6间隔，使得其可以紧贴绝缘材料层6，保证良好接触。相邻两个PN结温差发电组件2的P型半导体和N型半导体通过镶嵌在绝缘陶瓷4外壁上的第一导电膜5a相连，相当于将不同的PN结温差发电组件2串联起来。单个PN结温差发电组件2的P型半导体和N型半导体通过PN结温差发电组件2外壁上的第二导电膜5b相连，相邻两个第二导电膜5b之间通过第二导电膜5b外壁上的第一太阳能集热层3a间隔，第一太阳能集热层3a收集太阳能的热能，使其温度上升，对内部进行加热，同时形成高温热源。
其中，玻璃水管1的外径为58mm，内部允许水流通过。绝缘陶瓷层4采用喷涂的工艺喷涂在玻璃水管1的外壁。
进一步地，玻璃水管1外壁上还设置有第二太阳能集热层3b，其布置在绝缘陶瓷层4的两端。PN结温差发电组件2通过喷涂或者电镀在绝缘陶瓷层4的外壁上制成。绝缘陶瓷层4、PN结温差发电组件2、绝缘材料层6、第一导电膜5a、第二导电膜5b、第一太阳能集热层3a以及第二太阳能集热层3b均为1/2圆弧状。
实施例2：
参见图3和图4，本发明一种太阳能热电联产管，包括玻璃水管1，以及由内向外依次设置在玻璃水管1外壁上的绝缘或玻璃纤维层7和玻璃套管8，玻璃套管8的外壁上设置有若干PN结温差发电组件2，且若干PN结温差发电组件2中两个相邻的P型半导体和N型半导体之间通过绝缘材料层6间隔，相邻两个PN结温差发电组件2的P型半导体和N型半导体通过镶嵌在绝缘陶瓷4外壁上的第一导电膜5a相连，单个PN结温差发电组件2的P型半导体和N型半导体通过PN结温差发电组件2外壁上的第二导电膜5b相连，相邻两个第二导电膜5b之间通过第二导电膜5b外壁上的第一太阳能集热层3a间隔。
其中，玻璃水管1的外径为58mm，内部允许水流通过。绝缘陶瓷层4采用喷涂的工艺喷涂在玻璃水管1的外壁。
进一步地，玻璃水管1外壁上还设置有第二太阳能集热层3b，其布置在绝缘陶瓷层4的两端。PN结温差发电组件2通过喷涂或者电镀在绝缘陶瓷层4的外壁上制成。PN结温差发电组件2、绝缘材料层6、第一导电膜5a、第二导电膜5b、第一太阳能集热层3a以及第二太阳能集热层3b均为1/2圆弧状。
其中，绝缘或玻璃纤维层7采用填充法直接填充到玻璃水管1的外壁，与外侧模块用玻璃套管8隔开。
在玻璃水管1中间部分管壁上增加绝缘或玻璃纤维层7，使得冷端能够保持一定温度，同时热端与集热材料保持接触，热端在有太阳时间将达到较高的温度。温差的存在保持使太阳能热电联产管工作，产生电能。
本发明对原有的温差发电技术进行了创新，采用直接与集热层、低温导热层接触方式控制温差，并且使用电镀或喷涂法使半导体材料达到一定的弯曲度，与装置紧密契合，提高效率。
实施例2在实施例1的基础上进一步改进，将模块的制造与真空管的制造分离开，可以分别在不同生产线上生产，提升效率，并可以根据不同地区的需要合理选配不同数量的模块，科学平衡热水与温差发电的比例，充分发挥优势。
综上所述，本发明的优点是：本发明一种太阳能热电联产管，其结构简单，易于安装维护，对现有结构破坏性小，成本低，有利于大幅度推广。

Claims (6)

1.一种太阳能热电联产管，其特征在于：包括玻璃水管(1)，以及设置在玻璃水管(1)外壁上的绝缘陶瓷层(4)，绝缘陶瓷层(4)的外壁上设置有若干PN结温差发电组件(2)，且若干PN结温差发电组件(2)中两个相邻的P型半导体和N型半导体之间通过绝缘材料层(6)间隔，相邻两个PN结温差发电组件(2)的P型半导体和N型半导体通过镶嵌在绝缘陶瓷层(4)外壁上的第一导电膜(5a)相连，单个PN结温差发电组件(2)的P型半导体和N型半导体通过PN结温差发电组件(2)外壁上的第二导电膜(5b)相连，相邻两个第二导电膜(5b)之间通过第二导电膜(5b)外壁上的第一太阳能集热层(3a)间隔；
玻璃水管(1)外壁上还设置有第二太阳能集热层(3b)，其布置在绝缘陶瓷层(4)的两端；
绝缘陶瓷层(4)、PN结温差发电组件(2)、绝缘材料层(6)、第一导电膜(5a)、第二导电膜(5b)、第一太阳能集热层(3a)以及第二太阳能集热层(3b)均为1/2圆弧状。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热电联产管，其特征在于：PN结温差发电组件(2)通过喷涂或者电镀在绝缘陶瓷层(4)的外壁上制成。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能热电联产管，其特征在于：PN结温差发电组件(2)采用Bi2Te3、PbTe、GeTe或AgSbTe2中的一种或多种制成。
4.一种太阳能热电联产管，其特征在于：包括玻璃水管(1)，以及由内向外依次设置在玻璃水管(1)外壁上的绝缘或玻璃纤维层(7)和玻璃套管(8)，玻璃套管(8)的外壁上设置有若干PN结温差发电组件(2)，且若干PN结温差发电组件(2)中两个相邻的P型半导体和N型半导体之间通过绝缘材料层(6)间隔，相邻两个PN结温差发电组件(2)的P型半导体和N型半导体通过镶嵌在玻璃套管(8)外壁上的第一导电膜(5a)相连，单个PN结温差发电组件(2)的P型半导体和N型半导体通过PN结温差发电组件(2)外壁上的第二导电膜(5b)相连，相邻两个第二导电膜(5b)之间通过第二导电膜(5b)外壁上的第一太阳能集热层(3a)间隔；
玻璃水管(1)外壁上还设置有第二太阳能集热层(3b)，其布置在绝缘或玻璃纤维层(7)的两端；
PN结温差发电组件(2)、绝缘材料层(6)、第一导电膜(5a)、第二导电膜(5b)、第一太阳能集热层(3a)以及第二太阳能集热层(3b)均为1/2圆弧状。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能热电联产管，其特征在于：PN结温差发电组件(2)通过喷涂或者电镀在玻璃套管(8)的上制成。
6.根据权利要求4所述的一种太阳能热电联产管，其特征在于：PN结温差发电组件(2)采用Bi2Te3、PbTe、GeTe或AgSbTe2中的一种或多种制成。
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