CN201789456U - 金属流道双翼双发电集热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属流道双翼双发电集热器，包括防护外箱、金属流道、支架、对称设于防护外箱两侧的若干玻璃真空管，在金属流道壁安装有若干对发电模块总成，每个发电模块总成包括有集热体、发电模块、冷却水箱，所述集热体与金属流道一体拉伸成型，集热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金属流道介质水体内；发电模块置于集热体与冷却水箱之间；冷却水箱左右侧有进出水管形成冷却系统。本金属流道双翼双发电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，发电效率低、应用单一的问题。

Description

金属流道双翼双发电集热器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能温差发电集热器，具体涉及一种金属流道双翼双发电集热器。

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。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种金属流道双翼双发电集热器，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，克服以往热水器发电效率低、应用单一的问题。

为解决上述技术问题，本金属流道双翼双发电集热器是通过以下技术方案实现的，包括防护外箱、金属流道、支架、对称设于防护外箱两侧的若干异径或等径玻璃真空管，金属流道与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及两侧的若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，防护外箱及金属流道两侧都开有通孔，异径或等径玻璃真空管插入防护外箱及金属流道两侧通孔内，各玻璃真空管通过通孔与金属流道连通，接口处密闭，在金属流道上下壁安装有若干对发电模块总成，每个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；所述集热体与金属流道一体拉伸成型，集热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金属流道介质水体内；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，压板及集热体四周分别开孔，并通过若干个压紧螺栓将压板固定。

本实用新型又可通过以下技术方案实现，该双翼双发电集热器结构为：包括防护外箱、金属流道、支架、对称设于防护外箱两侧的若干异径或等径玻璃真空管，金属流道与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及两侧的若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，防护外箱及金属流道两侧都开有通孔，异径或等径玻璃真空管插入防护外箱及金属流道两侧通孔内，在对应防护外箱通孔处的金属流道外壁安装有若干对发电模块总成；所述每个发电模块总成包括金属集热体、扁平发电模块、金属散热体、防护套、若干压紧螺栓；所述金属集热体为长条形实心金属体，整个长条形状的下端部伸入玻璃真空管内；所述金属散热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金属流道水体内；发电模块置于金属集热体与散热体之间，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基部平面，发电模块冷端平面紧贴散热体基部平面，金属集热体基部、金属散热体基部四周分别开孔，并通过若干压紧螺栓将金属导热体、发电模块、金属散热体固定；防护套设于发电总成与玻璃真空管之间。

所述发电模块总成其结构替换为：包括内部开有孔洞的金属集热体、热管、扁平发电模块、金属散热体、若干压紧螺栓，所述金属导热体为一块状实心金属体，其内部设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体内的孔洞，另一端伸入玻璃真空管内；所述金属散热体与金属流道一体拉伸成型，散热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金属流道介质水体内；发电模块置于集热体与散热体之间，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基部平面，所述金属散热体基部平面紧贴所述发电模块的冷端平面；金属集热体、金属散热体通过压紧螺栓将金属集热体、发电模块、金属散热体三者固定；防护套设于发电总成与玻璃真空管之间。

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。

由于本实用新型太阳能温差发电集热器采用了上述技术方案，即通过“双翼”模式下进行光热转化，在温差条件下“双发电模式”同时进行热电转化，其余温用于提供热水。本实用新型适用于太阳能热水工程，产生的电与热能可应用于工业生产。

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金属流道双翼双发电水冷集热器结构示意图

图2为图1剖视局部放大图

图3为实施例1箱体径向剖视示意图

图4为实施例2箱体径向剖视示意图

图5为实施例3箱体径向剖视示意图

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-等直径或异径玻璃真空管，4-金属流道，41-密封硅胶圈，5-发电总成，51-集热体，511-翅片，512-同径热管，或者由两个异径拼接的组合热管，或者平顶热管，52-散热体，53-发电模块，541-压板，542-压簧，543-压紧螺栓，55-防护套，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1

如图1、图2、图3所示，该双翼双发电集热器包括防护外箱2、金属流道4、支架1、对称设于防护外箱两侧的若干异径或等径玻璃真空管3，金属流道4紧密结合于防护外箱2内壁，在金属流道与防护外箱间填充有隔热保温层22，选择聚氨酯发泡。防护外箱以及两侧的若干异径或等径玻璃真空管固定于支架1的尾托11上，防护外箱及金属流道两侧都开有通孔，异径或等径玻璃真空管插入防护外箱及金属流道两侧通孔内，各玻璃真空管通过通孔与金属流道连通，接口处密闭(硅胶圈41密闭连接)，在金属流道上下外壁安装有若干成对的发电模块总成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、四个螺栓。

所述集热体51与金属流道一体成型，且具有呈栅状结构，栅状结构增设计是为增加接触面积更好得吸收热，该栅状结构的集热体浸入金属流道介质水体内。，集热体不局限于栅状结构，一切增加接触面积的任意结构设计都与本实用新型构成等同替换，例如可能考虑到的指状、杯状，或者不定形的任意形状，以及再在此基础带辐射筋状等结构。

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542一端压住水箱，另一端抵住压板541，压板及集热体基部四周分别开孔，并通过四个压紧螺栓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与发电模块之间紧密接触。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。

不锈钢外箱作为防护箱，用于加固金属流道，同时在防护外箱与金属流道之间填充优良的保温材料，加强对金属流道的保温作用。防护外箱上下两侧设有两个防护盖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选择聚氨酯发泡。

所述玻璃真空管与金属流道之间通过硅胶圈41密闭连接。

所述金属流道4与集热体51为一体拉伸成型，金属流道4两端有密闭端盖并与进出水管564相连。金属流道其材质优选铝合金、钢铁、铜。

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)。

金属流道4与玻璃真空管3之间密闭连通，真空管吸收光能后整个金属流道4水温升高，通过集热体51将高温传导至发电模块53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入口后流入金属流道4混合加热(主水管与金属流道连接)，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。该实施例光转化热量效率高，匹配双发电模块总成以加快热-电转化，发电模块还可以由多层发电模块组成，输出较大电量，同时生产大量的热水。

实施例2

如图3所示，本实施例双翼双发电集热器结构还可以设计成：包括防护外箱2、金属流道4、支架1、对称设于防护外箱两侧的若干异径或等径玻璃真空管3，金属流道与防护外箱间填充有优良的保温材料，防护外箱以及两侧的若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，防护外箱及金属流道两侧都开有通孔，异径或等径玻璃真空管插入防护外箱通孔内，在通孔处通过金属流道安装有若干成对的发电模块总成5。每个发电模块总成包括金属集热体51、扁平发电模块53、散热体52、防护套55、压紧螺栓543。

所述金属集热体51为实心金属体，其形状可设计成长条形，该集热体伸入玻璃真空管内。金属导热体的结构设计目的是为了增加其表面吸热面积，不限于本实施例如图5所示的结构，为此还可以设有翅片511，该吸热翅片沿轴向设于玻璃真空管内并与金属导热体51紧密接触。需要说明的，任何增加吸热面积而对金属集热体进行的改变都视为本实用新型的等同替换。

所述金属散热体与金属流道一体拉伸成型，且具有呈栅状结构，栅状结构增设计是为增加散热面积，该栅状结构的散热体浸入金属流道介质水体内。散热体不局限于如图3所示的栅状结构，一切增加接触面积的任意结构设计都与本实用新型构成等同替换，例如可能考虑到的指状、杯状，或者不定形的任意形状，以及再在此基础带辐射筋状等结构。需要说明的是，整个金属流道也参与热传导并与水介质接触也具有散热效果。

发电模块53置于集热体51与散热体52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，所述金属散热体平整面紧贴所述发电模块的冷端平面(紧密贴合接触是为了更好的进行热传导)，金属集热体基部、金属散热体基部四周分别开孔，并通过若干个压紧螺栓543将金属集热体、发电模块、金属散热体固定。

防护套55设于发电总成5与玻璃真空管3之间，用以防止玻璃真空管与发电总成刚性接触，同时防止玻璃真空管内热量外逸。

实施例3

如图4所示，本实施例双翼双发电集热器的结构类似于实施例2，但发电模块总成5其结构改为：包括内部开有孔洞的金属集热体51、热管512(选择同径热管或者两个异径组合热管)、扁平发电模块53、金属散热体52、防护套55、若干个压紧螺栓543。

所述金属集热体51为一实心块状体，内部开设有与热管端部形状相匹配的孔洞，

所述金属散热体52同实施例2；

发电模块53置于集热体51与散热体52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导热体的平整部平面，所述金属散热体平整面紧贴所述发电模块的冷端平面(更好的进行热传导)，

金属集热体51基部、金属散热体52基部四周分别开孔，并通过四个压紧螺栓543将金属集热体、发电模块、金属散热体三者固定。

防护套55设于发电总成5与玻璃真空管3之间，用以防止玻璃真空管与发电总成刚性接触，同时防止玻璃真空管内热量外逸。

所述热管512为金属紫铜制作的空心管，其内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体内的孔洞，另一端伸入玻璃真空管内，热管512空腔内灌注有相变工作介质(图中未画出)。

所述热转化介质，该热转化介质吸热后发生相变，例如水、酒精等以及混合物，沸点25-30度左右。也可以选择腊、油或者其它混合物。

在真空玻璃管3内还可设有翅片511，该翅片沿轴向设于玻璃真空管内并与金属导热体51紧密接触，用以增加吸热面积，增强导热效率。

所述热管512为同径热管或者由两个异径拼接的组合热管。

实施例2和实施例3：在金属流道4与其左右两侧玻璃真空管3列之间设置若干成对的温差发电总成5，温差电总成主要由长条实心金属集热体51(或者金属集热体与热管512的组合)、半导体发电模块53、金属散热体52构成，发电模块位于集热体与散热体之间，且接触面间相互紧密贴合，玻璃真空管固定太阳热能形成“高温环境”，金属集热体吸热后传递至发电模块热端面，散热体安装于金属流道内并与水充分接触处于相对“低温环境”，从而保持发电模块两侧绝对的温差条件，发电模块两个引出线持续输出直流电，同时金属流道接受热量提供源源不断的热水。

Claims (10)

1.一种金属流道双翼双发电集热器，其特征在于，包括防护外箱、金属流道、支架、对称设于防护外箱两侧的若干异径或等径玻璃真空管，金属流道与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及两侧的若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，防护外箱及金属流道两侧都开有通孔，异径或等径玻璃真空管插入防护外箱及金属流道两侧通孔内，各玻璃真空管通过通孔与金属流道连通，接口处密闭，在金属流道上下外壁安装有若干成对的发电模块总成，每个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；所述集热体与金属流道一体拉伸成型，集热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金  属流道介质水体内；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，压板通过压紧螺栓与金属集热体固定。

2.如权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述玻璃真空管与金属流道之间通过硅胶圈密闭连接。

3.权利要求1所述的集热器，其特征在于，所述防护外箱设有防护盖。

4.一种金属流道双翼双发电集热器，其特征在于，包括防护外箱、金属流道、支架、对称设于防护外箱两侧的若干异径或等径玻璃真空管，金属流道与防护外箱间填充有保温层，防护外箱以及两侧的若干异径或等径玻璃真空管固定于支架上，防护外箱两侧都开有通孔，异径或等径玻璃真空管插入防护外箱两侧通孔内，在对应防护外箱通孔处的金属流道外壁安装有若干对发电模块总成；每个发电模块总成包括金属集热体、扁平发电模块、金属散热体、防护套、若干压紧螺栓；所述金属导热体为长条形实心金属体，整个长条形状的下端部伸入玻璃真空管内；所述金属散热体与金属流道一体拉伸成型，散热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金属流道介质水体内；发电模块置于金属导热体与散热体之间，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基部平面，发电模块冷端平面紧贴散热体基部平面，金属集热体、金属散热体通过压紧螺栓将金属集热体、发电模块、金属散热体三者固定；防护套设于发电总成与玻璃真空管之间。

5.如权利要求4所述的集热器，其特征在于，所述发电模块总成其结构替换为：包括内部开有孔洞的金属集热体、热管、扁平发电模块、金属散热体、若干压紧螺栓，所述金属导热体为一块状实心金属体，其内部设有与热管端部形状相匹配的孔洞；所述热管内放有热转化介质，热管一端插入金属集热体内的孔洞，另一端伸入玻璃真空管内；所述金属散热体与金属流道一体拉伸成型，散热体呈栅状结构，该栅状结构浸入金属流道介质水体内；发电模块置于集热体与散热体之间，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基部平面，所述金属散热体基部平面紧贴所述发电模块的冷端平面；金属集热体、金属散热体通过压紧螺栓将金属集热体、发电模块、金属散热体三者固定；防护套设于发电总成与玻璃真空管之间。

6.如权利要求5所述的集热器，其特征在于，所述热管为同径热管或者由两个异径拼接的组合热管。

7.权利要求1至6任一所述的金属流道双翼双发电集热器，其特征在于，所述保温层为聚氨酯发泡。

8.权利要求1至6任一所述的集热器，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.权利要求1至6任一所述的集热器，其特征在于，所述与金属流道一体拉伸成型的集热体或者散热体，其形状变换为：指状或者杯状。

10.权利要求1至6任一所述的集热器，其特征在于，所述金属流道两端设有封头并与主水管相连。

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