[发明专利]一种热管式真空管半导体热电热水系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光热利用装置的技术领域，特别涉及一种热管式真空管半导体热电热水系统。

背景技术

太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，所以各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。太阳能利用方式中光热转换的技术最成熟，产品也最多，成本相对较低。在光热转换中，当前应用范围最广、技术最成熟、经济性最好的是太阳能热水器的应用，且以真空管式太阳能热水器为主，占据国内95％的市场份额。它结构简单易于制作、价格相对较低、环境温度低时效率仍然比较高。而热管式真空管可使热量集中获得更高的温度和更好的稳定性。与此同时，以锑化铋为主要材料的温差发电模块产业在我国已经有相当的规模，成本也已经由原来普通的几百元降至目前的几十元，发电效率也有所提高。将真空管与半导体热电片结合可以获得结构简单，适合小型化的热电发电装置，因此不断有类似的专利和应用涌现。

太阳能热水器温差发电装置(申请号200920111462)、太阳能热管温差发电装置(申请号200520118366)、一种太阳能真空管热发电装置(申请号201020048950)、一种自发电太阳能热水器(申请号200920172230)等都提出将太阳能集热装置与半导体热电片联合应用的构想，但普遍存在的问题是，系统无论任何天气均工作于预设的发电模式，当阴雨天太阳辐照不理想时，真空管无法达到较高的温度，此时发电效率非常低而且也得不到足够温度的热水；用水作半导体制冷片热源的系统，因水比热容较大且常压下无法运行于超过100摄氏度的高温，因此半导体热端工作温度低，系统发电效率较低。目前尚未有人提出即可提高半导体热电片热端温度以提高发电效率，又可在阴雨天气时发挥真空管较高的热水温度的装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种热管式真空管半导体热电热水系统，该系统在阳光充足时，可获得较高的热电转化效率，提高夏季时太阳能利用的品质和效率，避免夏季时热水产量过盛造成的能源浪费；阴雨天气时低环境温度下获得较高的热水温度；提高了高温运行条件下系统的安全性。

本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种热管式真空管半导体热电热水系统，其包括：真空管集热系统、半导体双层换热联箱以及水箱和水路系统，其中，

所述的半导体双层换热联箱为可切换水流通路径的双层结构，中间隔热层开有与半导体热电片尺寸相当的孔，半导体热电片置于孔中，其上方依次安置导热块A和散热片A，下方依次安置导热块B和散热片B，相邻组件紧密接触；导热块A与散热片A在接触面处对应位置各开有与热管冷凝段能紧密接触的凹槽，与热管一起装配好以后可以保证三者之间两两紧密接触；通过控制联箱两侧水路管道的截止阀使系统实现热电热水模式和单一热水模式之间的切换；天气晴好时热量主要通过导热块A供应于半导体热电片，可使后者热端获得更高的温度，提高发电效率；天气阴沉时热量通过散热片A和散热片B传递给水，增大了传热面积，使系统充分发挥真空管在环境温度较低时的较高的集热效率的优势；从而使系统可根据天气状况及需要工作于热电热水模式或单一热水模式；天气晴好时，系统工作于热电热水模式，热管向半导体热电片热端传热，循环水仅从半导体冷却层流过，半导体热电片两侧产生温差使其生产电力，同时循环水的温度升高供生活使用；天气阴沉或热水需要量较大时，系统工作于单一热水模式，循环水从直接换热层和半导体冷却层通过，增大了换热面积，使系统生产足够温度和用量的热水。

其中，所述的半导体双层换热联箱中间隔热层靠近一个截止阀的一端水平面较低处安装一个泄压阀或浮球阀，当系统处于热电热水模式时，截止阀关闭，直接换热层内温度升高并使部分液态水汽化导致腔内压力升高，其余液态水和部分蒸汽在压力作用下通过泄压阀或浮球阀被排到下层半导体冷却层，直到直接换热层内温度趋于稳定不再上升且压力和半导体冷却层趋于平衡时泄压阀或浮球阀自动关闭，此时直接换热层内充满高温低密度低热容的过热水蒸汽，有利于减少系统向外界的热流失，提高半导体热电片热端温度以提高其发电效率，同时确保系统运行的稳定与安全，减小系统设计和安装的难度。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用了散热片与导热块包围热管冷凝段的结构，热管的热量即可以直接向半导体发电片传递又可以直接向散热片传递，避免了以往太阳能和半导体热电片简单联合应用引起的功能单一，天气不好时电力产量和热水温度都很低的问题；