[发明专利]自行高效发电的太阳能热水器

说明书

所属技术领域：

本发明属于太阳能利用领域，是利用太阳能热辐射高效发电及加热水的装置。

背景技术：

节能环保是当前全世界人民普遍关注的重大问题，可持续发展循环经济模式特别重视可再生能源的利用，而其中又首推处处都有的太阳能的开发研究。现今我国太阳能的开发利用，大多集中在太阳能热水器上，我国是太阳能热水器生产大国和应用大国，据2006年底统计，全国约有5000多家生产厂，总产量达9000万平方米，但绝大多数是各家各户独立安装使用，仅生产日常生活用热水。虽然近20年来，热水器生产工艺质量得到不断改善，成本也在降低，但太阳能热水器热能利用率以及推广中存在的很多缺陷一直未能引起国内外同行业的重视和改进。众所周知，夏天气温高，生活用热水需求少，而夏天日照时间长，太阳辐射能量大，这是一个很尖锐很突出的矛盾。说明现有热水器只生产生活用热水，不能使太阳能得到充分有效利用，热能利用率很低；其二我国幅员广阔，各地太阳能分布差异较大，太阳能充足的一二类地区，大多在欠发达地区，如西藏、新疆、青海、宁夏等地，阴雨天少，太阳能开发潜力很大，急待发掘，特别是要适应无电网供电的流动牧区人群，而太阳能相对不充分，阴雨天多，日照时间少的四五类地区，如四川贵州和部分黄梅雨多的江南地区，连日阴雨，热水供应不足，如何解决已习惯于使用热水家庭的缓解调剂措施也应作为研究对象；第三，我国现在使用的热水器，绝大多数是使用通水的真空集热管，太阳光的热能通过紧靠集热管内上部聚热膜壁的水加热上升进入水箱，凉水下降补充而循环，利用这些大量的已有部件资源配置，物尽其用，开发新用途，应视为重中之重。本发明的目的就是全面的系统解决上述问题，寻求充分高效利用太阳能的方法和装备。以及对现有已安装使用的大量单功能太阳能热水器的改造方法，其核心为用低价位的半导体温差发电克服高价位光伏电池发电难于普及的困惑，提出了新的提高发电效率的方法，为千家万户自动节能减排提供设备，为国家为人民开辟新能源，预计其发电潜力将远大于三峡大坝。太阳能直接用于发电，一般有两种方法：一是直接用光伏电池，太阳光直接照射到硅光电池表面即可发电，安装简单方便，效率也高，但硅光电池成本很高，与太阳能热水器毫无关连，设备部件也无从共用，第二就是利用集热器将太阳辐射能转换成热能，通过热力循环过程，推动发电机发电，是当前太阳能热能利用的主导方向，本发明中的发电方法与上述不同，而是可共用太阳能热水器部份部件的半导体温差发电，利用太阳光辐射热能形成温差，温差发电是利用塞贝尔效应将热能直接转换为电能的方法。发电效率与温差发电半导体模块的两面温差直接相关，允许条件下，模块两面温差越大，发电量越大，所以首要的是提高温度，本发明采用下述独特的方法，因为用普通热水器的水温去发电，温差太低是行不通的，将水箱内的水分为一大一小两部份，当阻断其水流交换通道时，小部的少量水能快速升温至较高温度，而要在模块薄薄的3-6mm的厚度上保持大的温差，没有高效的导热和散热装置是办不到的，而且必须是无能耗的散热装置才能保证热电转换的高效益。也就是说解决高效温差发电的根本途径除提高温度外，还必须同时掌握高效的热传导器件和机制，能够将热最迅速最高效地传导至尽可能大的散热面积上，从而保证发电半导体模块两面尽可能大的温差值。可喜的是华裔美国科学家渠玉芝先生发明的“无机高效热管”技术，获得美国、欧共体、日本、澳大利亚等27个国家和地区的发明专利，该无机热管导热性能经美国斯坦福研究院(SRI)测试后证实，其最高等效导热系数是金属银的32500倍，热阻趋于零。众所周知，银的导热系数是金属中最高的，故被美称为“热超导”，相对于“电超导”电阻趋于零而得名，将热超导管用于温差发电的导热和散热过程是本发明的完美结合，当然用有机热管也行，如重力型热管，效率差一些，安装不方便。另外本发明要求加热水和高效发电自行转换，不须人工干预或操作，即要求自动开启和关闭水箱大小两部份之间的水流通道。不宜使用常规控制用的在水中易出故障的部件，还要免维护，低成本，最合适的是温度记忆合金杆，低于某一居里点温度时，杆呈螺旋状，达到居里点时，恢复原始记忆形状伸直自行推动隔离档板，关断水箱内大小两部份之间的水流通道，而使小部水温快速升高，这是本发明中的重要创新。

发明内容：