CN201789452U

CN201789452U - 竖排内联水箱式太阳能温差单发电集热器

Info

Publication number: CN201789452U
Application number: CN2010202179333U
Authority: CN
Inventors: 李春信; 汪志刚; 李佳雪; 贾传杰
Original assignee: 李佳雪
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-06-07

Abstract

本实用新型公开了一种竖排内联水箱式太阳能温差单发电集热器，包括防护外箱、内联水箱、支架、外箱和内联水箱底部连接有若干玻璃真空管，内联水箱与防护外箱之间填充有优良的保温材料，防护外箱以及玻璃真空管固定于支架上，各玻璃真空管与内联水箱连通，在内联水箱壁上安装有若干发电模块总成，发电模块总成包括集热体、发电模块、冷却水箱、弹簧、压板、若干个螺栓，集热体浸入内联水箱水体内，冷却水箱左右设有进出水管形成冷却系统，发电模块置于集热体与冷却水箱之间，弹簧一端压住水箱，另一端抵住压板，通过若干个压紧螺栓将压板固定。本竖式集热器集太阳能温差发电与生产热水于一体，在提供热水的同时提供电能，克服以往热水器结构不合理、实用性差、发电效率低、应用单一的问题。

Description

竖排内联水箱式太阳能温差单发电集热器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能温差发电集热器，具体涉及一种竖排内联水箱式太阳能温差单发电集热器。

背景技术

太阳能光热利用、光电利用已受到人们的高度重视，近几年得到了高速发展，因异径真空管及密排技术已经成熟，太阳能光热利用的效率已有重大突破，其效率已高达73％左右，但热能的用途客观上有很大局限性，不具有电能使用的广泛性及灵活性；因受到技术发展水平等因素的制约，太阳能光电利用的效率仅仅12％左右，使得发电成本居高不下，推广困难。将太阳能的光热利用和光电利用综合为一体的系统已有问世，但均存在采用等径真空管效率低、通过温差发电模块后的热量传递采用普通的散热器机构不便与水箱密切配合导热阻力大等问题。综合、高效、科学合理的太阳能利用系统已成为一项重大的研究课题。

补充的本领域公知常识：半导体温差发电模块是根据塞贝克效应制成的，即把两种半导体的接合端置于高温，处于低温环境的另一端就可得到电动势E:E＝As$T＝As(T2-T1)。式中：As为塞贝克系数，其单位为V K或LV K.塞贝克系数AS是由材料本身的电子能带结构决定的。半导体温度发电模块，是一种利用温差直接将热能转化为电能的全固态能量转化发电装置，它无需化学反应且无机械移动部分，因而具有无噪音，无污染，无磨损，重量轻，使用寿命长等种种优点。

补充的现有技术：半导体温差发电模块外形尺寸有多种，常用的为40mm×40mm×4mm，共有127对PN结，具有一定的耐高温特性(热端稳定工作温度可达180℃，最高短时冲击温度220℃)，热电转化效率为11.7％。该扁平半导体器件带正负引出线的直流，其两平面分别为冷端平面和热端平面，若两面温差能达到摄氏60度，则发电电压可达到3.5V，短路电流可达到3-5A。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种竖排式集热器，该集热器集太阳能温差发电与生产热水于一体，在提供热水的同时提供一定的电能，克服以往热水器结构不合理、实用性差、发电效率低、应用单一的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的，该竖排式杯状插入式温差发电集热器包括防护外箱、内联水箱、若干异径或等径玻璃真空管和支架，内联水箱置于防护外箱内腔，内联水箱与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及若干竖排的异径或等径玻璃真空管固定于支架上，玻璃真空管封闭端置于支架尾部，防护外箱底部设有通孔，各玻璃真空管通过通孔与内联水箱连通，接口处密闭，在内联水箱外壁安装有若干发电模块总成，所述发电模块总成包括有集热体、发电模块、冷却水箱、压簧、压板、若干个螺栓；集热体浸入内联水箱介质水体内；冷却水箱左右侧有进出水管形成冷却系统；发电模块置于集热体与冷却水箱之间，所述发电模块是一个扁平带正负引出线的直流半导体器件，其两个平面分别为冷端平面和热端平面，所述发电模块的热端平面紧贴所述金属集热体的相邻平面，所述发电模块的冷端平面紧贴冷却水箱平面；压簧一端压住水箱，另一端抵住压板，压板开通孔及集热体基部四周分别开罗纹孔，并通过若干个压紧螺栓将压板压紧固定。

为了更好均匀导热，有利于保护发电模块，在集热器与发电模块之间还可以设有导热板，导热板分别与集热体、发电模块之间的接触面紧密贴合。

本实用新型是将半导体温差发电技术与太阳能热水器合理巧妙地相结合，在提供10％的左右的光-热-电转换效率的同时还提供高达63％左右的光-热转换效率，其综合光利用率达73％左右，具国际领先水平。

附图说明

图1为实施例1内联水箱竖排水冷集热器结构示意图

图1-1为图1剖面上的局部放大示意图(顺时针旋转90度后)

图2为图1径向的剖视图

图3为图2的局部放大示意图

图4为集热体的结构示意图，其中图4a、4b为杯状，图4c、4d为指状结构，图4e、4f为扁平状结构，图4g为在扁平状态的栅化结构，图4i为带辐射筋结构

标记说明：1-支架，11支架尾托，2-防护外箱，21-防护外箱盖，22-保温层，3-玻璃真空管，4-内联水箱，41-密封硅胶圈，5-发电总成，51-集热体，53-发电模块，541-压板，542-压簧，543-压紧螺栓，561-冷却水管，562-冷却分水管，563-冷却水箱，564-主水管，57-密封圈

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型技术方案不限于下述优选实施例，在技术方案内所作的任何改动或变异均应属于本实用新型保护范围。

实施例

如图1、图2、图3所示，该包括防护外箱2、内联水箱4、若干竖排的异径或等径玻璃真空管3和支架1，内联水箱4置于防护外箱内腔，内联水箱4与防护外箱2间填充有保温层22，防护外箱以及若干竖排的异径或等径玻璃真空管固定于支架1上，玻璃真空管封闭端置于支架尾部11，防护外箱底部设有通孔，各玻璃真空管通过通孔与内联水箱连通，接口处密闭(硅胶圈41密闭连接)，在内联水箱外壁安装有若干发电模块总成5。每个发电模块总成包括有集热体51、发电模块53、冷却水箱563、压簧542、压板541、若干个螺栓543。

所述集热体51浸入内联水箱4内部分的结构及形态各异，目的增加接触面积更好得吸收热，该集热体浸入内联水箱4介质水体内。集热体51或呈杯状如图4a、4b，或者呈指状突出如图4c、4d，或者呈扁平状如图4e、4f，(为进一步增加表面积，还可以在该扁平状结构基础上再进一步栅化如图4g所示)，或者进一步带辐射筋结构如图4i，集热体51浸入内联水箱4水体内，其结构设计目的是为了增加表面积更好得进行热交换，本发明有关集热体51的结构介绍不限于本实施例及附图所示的结构，本实施例并未穷举，任何其他形式的结构设计出于增加集热体表面接触面积，都将视为本发明的等同替换。该集热体51安装于内联水箱4上，两者通过密封圈57密闭。

冷却水箱563左右开有进出水管形成冷却系统。

发电模块53置于集热体51与冷却水箱563之间，所述发电模块是一个扁平带正负引出线的直流半导体器件，其两个平面分别为冷端平面和热端平面，所述发电模块的热端平面紧贴所述金属集热体的相邻平面，所述发电模块的冷端平面紧贴冷却水箱平面。压簧542一端压住水箱563，另一端抵住压板541，压板及集热体四周分别开孔，并通过若干个压紧螺栓543将压板固定。需要说明的是，弹簧542、压板541、螺栓543构成的压紧装置仅为固定压紧使水箱563与发电模块53之间紧密接触。类似等同替换的技术手段还会有：在水箱563四周设有延伸结构直接固定于集热器凸起，同样也保证水箱与发电模块之间紧密接触。

金属外箱作为防护箱2，用于加固内联水箱4，同时在防护外箱2与内联水箱4之间填充优良的保温材料，加强对内联水箱的保温作用。防护外箱可设有防护盖21，盖打开后便于维修温差发电总成5。

所述保温材料作为保温层优先选择聚氨酯发泡料。

所述玻璃真空管均为竖向排列与内联水箱之间通过硅胶圈41密闭连接。

内联水箱4为金属铁皮制成的封闭箱体，两端与主水管564连接。内联水箱其其材质优选不锈钢、铝合金、钢铁、铜，其截面形状不局限于如图2所示的矩形，也可以圆筒形，任何形状可储水的容器。

集热体51安装于内联水箱4上，两者通过密封圈57密闭。

所述发电模块53还可以由多层发电模块组成，相互间采用串联或者并联或复合连接方式以适应实际工程需要(对电流、电压、功率场合有相关限定的)。

发电模块还可以由多层发电模块组成，相互间采用串联或者并联或复合连接方式以适应实际工程需要(对电流、电压、功率场合有相关限定的)，满足各种不同的用电要求。

内联水箱4与玻璃真空管3之间密闭连通，真空管吸收光能后整个内联水箱水温升高，通过集热体将高温传导至发电模块热端面，发电模块在有温差条件下，将热端面传来的热量转化成直流电，并通过电流引线输出，多余的热量由冷端面传导至其背后的冷却水箱563中，水箱两侧设有冷却水管，通过交换箱内的介质水，使冷却系统中央的冷却水箱能保持在较低温度状态，从而保证发电模块两侧温差条件一直存在。冷却水箱563两侧分别设有冷却水管561，两者通过冷却分水管562连接。其中一个冷却水管与自来水连接，自来水通过分水管进入冷却水箱563内，在箱内进行冷热水交换，温水通过另一侧分水管562汇入另一个冷却水管561，该冷却水管内的温水根据需要要么散热至常温后再回入第一个冷却水管使整个冷却系统进入新一轮的流转；要么温水进入主水管564入口后流入内联水箱4混合加热(主水管564与内联水箱4连接)，同时从主水管另一侧出口流出高温水，然后引入日常生活或工业用。本发明是将半导体温差发电技术与太阳能热水器合理巧妙地相结合，在提供10％的左右的光-热-电转换效率的同时还提供高达63％左右的光-热转换效率，其综合光利用率达73％左右，具国际领先水平。

Claims

1.一种竖排内联水箱式太阳能温差单发电集热器，其特征在于，包括防护外箱、内联水箱、若干异径或等径玻璃真空管和支架，内联水箱置于防护外箱内腔，内联水箱与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及若干竖排的异径或等径玻璃真空管固定于支架上，玻璃真空管封闭端置于支架尾部，防护外箱底部设有通孔，各玻璃真空管通过通孔与内联水箱连通，接口处密闭，在内联水箱外壁安装有若干发电模块总成，所述发电模块总成包括有集热体、发电模块、冷却水箱、压簧、压板、若干个螺栓；集热体浸入内联水箱介质水体内；冷却水箱左右侧有进出水管形成冷却系统；发电模块置于集热体与冷却水箱之间，所述发电模块是一个扁平带正负引出线的直流半导体器件，其两个平面分别为冷端平面和热端平面，所述发电模块的热端平面紧贴所述金属集热体的相邻平面，所述发电模块的冷端平面紧贴冷却水箱平面；压簧一端压住水箱，另一端抵住压板，压板与集热体之间通过压紧螺栓压紧固定。

2.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述防护外箱对应安装的发电模块总成处设有防护盖

3.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述玻璃真空管与内联水箱之间通过硅胶圈密闭连接。

4.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述保温层选择聚氨酯发泡料。

5.如权利要求1所述集热体，其特征在于，该集热体形状为：指状、杯状或者扁平状。

6.如权利要求5所述集热器，其特征在于，所述杯状扁平状还进一步带栅状结构。

7.如权利要求1或者5所述集热器，其特征在于，所述集热体进一步带辐射筋状结构。

8.如权利要求1至6任一所述集热器，其特征在于，所述发电模块由一层或者多层发电模块组成，相互间采用串联或者并联或复合的连接方式。

9.如权利要求1至6任一所述集热器，其特征在于，所述异经或等径玻璃真空管为竖向排列。