TW201337195A - 太陽能集熱油箱式溫差發電系統及其中所用之一體平面式微超熱管導熱裝置、過渡金屬合金超導熱裝置以及它們的應用 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種二次太陽能光電模組，二次太陽能光電模組包括一框架，所述框架上部安裝有菲涅耳聚焦透鏡，在框架內、菲涅耳聚焦透鏡的下方安裝有二次太陽能光電模組，二次太陽能光電模組從上到下依次包括砷化鎵太陽能電池單元、第一快速導熱裝置、溫差發電片單元、利用過渡金屬的第二快速導熱裝置以及散熱器。本發明還提供了利用太陽能的微超熱管導熱裝置、追日系統、溫差(史達靈)引擎、暖水系統、溫差發電系統和車載恆溫系統。
Description
本發明係關於太陽能應用、導熱裝置技術領域，具體地說，本發明係關於太陽能集熱油箱式溫差發電系統及其中所用之一體平面式微超熱管導熱裝置、過渡金屬合金超導熱裝置以及它們的應用。
現有太陽能發電多以太陽能矽晶片為核心，安裝在支架上正對太陽的一面，直接接受太陽照射而進行能量轉換。這種方式單位面積上陽光利用率較低，功率較小，如要大功率，需要很大的面積。為此，有設計者研發了砷化鎵太陽能電池片，配合聚焦透鏡使用，可以做到小面積而達到大功率，從而提高太陽能利用率。與此同時，太陽能電池片對著太陽光聚焦使用時必然會產生高溫，因此，砷化鎵太陽能電池片的散熱成為一個關鍵，砷化鎵太陽能電池太陽能電池片必須配置快速導熱、散熱裝置。而目前導熱性能較佳的導熱和散熱裝置主要有熱管、均溫板及其相關產品，它們的主要由銅製作，都是在一個密封空間中注入液態工作介質，並形成毛細組織，其工作過程是受熱端受熱使工作介質升溫氣化，在冷端放熱冷凝，通過毛細結構回流至熱端，進行迴圈熱交換和熱傳遞，實現快速導熱。然而，上述的熱管、均溫板等製作工藝十分複雜，包括產品的成型、毛細組織的設計、工作介質的注入、產品的密
封等等，而且材料成本較高，致使其生產效率較低而且製作成本相當高。
另一方面，目前砷化鎵太陽能電池模組工作時產生的大量熱量一般都直接散發掉而沒有加以利用，這實際上也構成了一種資源浪費，因此如何對其熱量加以利用也是申請人一直研究的課題。
再一方面，在現有的砷化鎵太陽能電池模組或者大功率發光二極體LED模組結構中，其與導熱裝置或者散熱裝置之間的貼合通常是直接貼合、周邊焊接的方式，這種方式對產品表面的加工要求極高，然而即使表面加工平整，也會由於材料的不同、熱膨脹率不同等因素，造成接觸面不能達到真正的完全接觸，從而影響導熱及散熱過程。
本發明的目的在於提供一種使用一體平面式微超熱管導熱裝置的太陽能集熱油箱式溫差發電系統。根據本發明的第一方面，一種太陽能集熱油箱式溫差發電系統，其特徵在於：該溫差發電系統包括太陽能集熱器以及內置有與太陽能集熱器聯繫的熱交換器的儲油箱，在所述儲油箱的外壁黏附有若干溫差發電片，且所述的溫差發電片與儲油箱之間設有一體平面式微超熱管導熱裝置或者釔合金超導熱裝置。
根據本發明的第二方面，一種一體平面式微超熱管導熱裝置，其特徵在於：其包括由一具有真空密閉腔體的均
溫板，所述真空密閉腔體內設有毛細組織並具有適量的第一工作流體，該第一工作流體是由甲酸(HCOOH)或丁酸(C4H8O2)、氧化氘(D2O)和水配製而成；且所述均溫板的一內裏面還設有回環型熱管，該回環型熱管內亦設有毛細組織並具有適量的第二工作流體，該第二工作流體是由聯氨(N2H4)或丙酸(C3H6O2)、及水配製而成；所述回環型熱管還具有延伸至均溫板外部的延伸段，且於該延伸段上還設有活塞機構。
根據本發明的第三方面，所述均溫板或平板式超熱管亦設有與其真空密閉腔體連通的延伸部，微超熱管在板面式熱管內及或外一樣有連通的延伸熱管。
根據本發明的第四方面，所述第一工作流體是由甲酸(HCOOH)或丁酸、氧化氘(D2O)和水配製而成；第二工作流體是由聯氨(N2H4)或丙酸(C3H6O2)、及水配製而成；限制高柱拾組以上乘數百瓦LED路燈各結點溫度低於80℃。
根據本發明的第五方面，一種釔合金超導熱裝置，該釔合金超導熱裝置主要由含釔1%-20%、鈧1%-10%、鋁1%-80%的合金材料製作成型的。
根據本發明的第六方面，一種二次太陽能光電模組，其特徵在於：所述的二次太陽能光電模組包括一框架，所述框架上部安裝有菲涅耳聚焦透鏡，在框架內、菲涅耳聚焦透鏡的下方安裝有二次太陽能光電模組，所述二次太陽能光電模組從上到下依次包括砷化鎵太陽能電池單元、第
一快速導熱裝置、溫差發電片單元、第二快速導熱裝置以及散熱器。
根據本發明的第七方面，在所述二次太陽能光電模組中，在砷化鎵太陽能電池單元與第一快速導熱裝置之間、第一快速導熱裝置與溫差發電片單元之間、溫差發電片單元與第二快速導熱裝置之間以及第二快速導熱裝置與散熱器之間，分別設有石墨及釔鋁合金膜夾層。
根據本發明的第八方面，所述第一快速導熱裝置為雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置，其微超導熱管設在均溫板之上、第二快速導熱裝置為釔鈧鋁合金超導熱裝置，該鈦鈧鋁合金超導熱裝置是由鈦、鈧、鋁為原料的合金材料製作成型的。
根據本發明的第九方面，所述石墨及鈦鋁合金膜夾層(4)是由石墨、釔鋁為原料的合金材料製作。
根據本發明的第十方面，所述石墨膜夾層中合金材料為含有釔、鋁、鈦、鉬、鈧中任意一種或幾種任意比例的合金材料。
根據本發明的第十一方面，在所述框架(1)的週邊還圍設有遮光絕緣膜，該遮光絕緣膜是由二氧化鋯、石墨、稀土與奈米碳玄武岩纖維(carbon basalt fibre)製作的。
根據本發明的第十二方面，在所述二次太陽能光電模組的砷化鎵太陽能電池單元上方還設有聚光杯。
根據本發明的第十三方面，所述菲涅耳聚焦透鏡的尖
角R值少於0.025mm，其與菲涅耳聚焦透鏡不同處是內設計有二次再折射結構提高聚焦倍數，且其鏡面上方設有耐高溫玻璃保護。
根據本發明的第十四方面，所述第一快速導熱裝置為雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置，微超導熱管在均溫板之上再導熱至溫差發電片、第二快速導熱裝置為釔合金超導熱裝置。
根據本發明的第十五方面，在所述框架的週邊還圍設有由二氧化鋯或石墨、稀土與奈米碳玄武岩製作成型的耐熱遮光板。
根據本發明的第十六方面，第一快速導熱裝置的砷化鎵太陽能電池單元生電外、亦帶第二快速導熱裝置的溫差發電片單元生電，為雙聚光二次太陽能生電模組。
根據本發明的第十七方面，一種耐千度高溫奈米炭玄武岩纖維(nano carbon basalt fibre)太陽能電池盒，包括超熱管，連同追日馬達及菲涅耳透鏡或帶二次稜鏡或透鏡的二次光源數百倍以上配合了弧度透鏡帶聚焦平板鏡或帶弧度雙重聚焦板的百瓦以上的砷化鎵太陽能電池板；稀土及金屬合成材料加於玄武岩纖維中製作太陽能電池盒。
根據本發明的第十八方面，二氧化鋯ZrO2混合玄武岩材料製作太陽能電池盒。
根據本發明的第十九方面，超大功率LED或新型砷化鎵太陽能MCM/MEM電子元件，直接封裝於這雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置。
根據本發明的第二十方面，雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置追日太陽能電池再生能源高柱LED群組路燈系統。
根據本發明的第二十一方面，雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置，包括溫差引擎及或溫差半導體發電器件，用於溫差發電。
根據本發明的第二十二方面，一種溫差引擎，直接使用太陽能作為熱源，通過集熱裝置如凸透鏡或者凸透膜等集中太陽能，對第一缸體直接加熱；或者先將太陽能轉換成電能，再通過電熱裝置對第一缸體加熱。
根據本發明的第二十三方面，在溫差引擎的第二缸體與散熱器之間採用微超熱管導熱裝置連接，使該第二缸體熱量快速導熱，再利用散熱器散發。
根據本發明的第二十四方面，追日鋅化鎵太陽能電池板，其特徵在於：GPS定位系統與集光器的結合誤差不超過0.3度；菲涅耳透鏡與砷化鎵太陽能板集中模組；太陽能板的導熱裝置散熱的區塊。
根據本發明的第二十五方面，所述追日砷化鎵太陽能電池板，包括多聯一體平面式微超熱管導熱裝置，作為在航太船倉或衛星上的熱水，溫室或電力設備。
根據本發明的第二十六方面，暖水系統，利用水的自體衝力帶動馬達發電給制熱自動片利用新型超導熱管的快速導熱的作用及其伸延彎曲熱管圍繞至水管加大制熱的面
積故可使冷水變成溫水。
根據本發明的第二十七方面，以所述微超熱管導熱裝置作為致冷片熱端與自來水管之間的導熱裝置，將致冷或導熱片產生的熱量快速傳導給自來水管，進而加熱水管中的自來水；其以自來水自身的流動力作為能量來源，提供給發電馬達發電，進而作為致冷片的電源。
根據本發明的第二十八方面，雙聯或多聯一體平面式微超熱管的伸延導熱管直接繞裝至水管導熱，彎曲的超熱管增大導熱面面積。
根據本發明的第二十九方面，一種車載恆溫系統，包括安裝在車內的太陽能供電裝置、以及與所述太陽能供電裝置電連接的控制器、致冷片和風機，還包括冷端導熱管和熱端導熱管，冷端導熱管的一端附著在致冷片的冷端，另一端延伸至風機的出風口處；熱端導熱管的一端附著在致冷片的熱端，另一端則延伸至車身外部。
根據本發明的第三十方面，致冷片的熱端及熱端導熱管的車內部分包覆有隔熱材料。
根據本發明的第三十一方面，所述冷端導熱管及熱端導熱管的端部均設有散熱翅片，以增大熱交換面積。
根據本發明的第三十二方面，通過控制晶片設定溫度的數值，超過該設定數值時即自動啟動恆溫系統運行，使致冷片工作，進行降溫，從而達到恆溫的目的。
下面參照附圖、結合具體實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明所述的二次太陽能光電裝置包括一框架1，所述框架1上部安裝有菲涅耳聚焦透鏡2，在框架1內、菲涅耳聚焦透鏡2的下方安裝有二次太陽能光電模組3，所述二次太陽能光電模組3從上到下依次包括砷化鎵太陽能電池單元31、第一快速導熱裝置32、溫差發電片單元33、採用過渡金屬的第二快速導熱裝置34以及散熱器35。
在二次太陽能光電模組3中，在砷化鎵太陽能電池單元31與第一快速導熱裝置32之間、第一快速導熱裝置32與溫差發電片單元33之間、溫差發電片單元33與第二快速導熱裝置34之間以及第二快速導熱裝置34與散熱器35之間，均分別設有石墨釔鋁合金膜夾層4。石墨釔鋁合金膜夾層4的作用是與其相鄰各層表面充分接觸，並且快速導熱，從而使它們之間的熱傳導效率更高，散熱效果更好。
在本發明的上述技術方案中，石墨釔鋁合金膜夾層4是由石墨、釔、鋁為原料的合金材料製作的。
在本發明的實施例中，所述第一快速導熱裝置32為雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置；第二快速導熱裝置34為釔鈧鋁合金超導熱裝置，呈矩形或者圓柱形塊狀結構，並開設有數個縱向通空；該釔鈧鋁合金超導熱裝置是由釔、鈧、鋁為原料的合金材料製作成型的。釔合金超導熱材
料及其超導熱裝置的導熱性能極佳，主要體現在以下幾方面：
1.釔、鈧屬於稀土元素，耐高溫且熱阻小，鋁的傳熱速度快，因此釔鈧鋁合金的熱傳遞速度快。
2.釔鈧鋁合金的熱輻射率高，因此吸收的熱能可快速輻射散發掉。
3.無需密封設計，可開設通孔加強熱端與冷端的空氣對流，進一步增強散熱。
在本發明的上述技術方案中，在所述框架1的週邊還圍繞框架設有遮光絕緣膜11，該遮光絕緣膜11是由二氧化鋯、石墨、稀土與奈米碳玄武岩纖維(carbon basalt fibre)製作的，形成太陽能電池盒板塊。
上述技術方案中，在所述二次太陽能光電模組3的砷化鎵太陽能電池單元31上方還設有聚光杯5，其作用是進一步增強聚光效果。
本發明採用了上述技術方案後，砷化鎵太陽能電池模組工作時熱量能及時散發出去，而且散發的熱量用於給溫差發電片的熱端加熱，實現溫差發電，相當於對太陽能進行二次利用，進一步提高了太陽能利用率；本發明中採用釔鈧鋁合金超導熱裝置作為快速導熱裝置，其結構簡單製作成本低，導熱效率快；採用石墨釔鋁合金膜作為有效連接砷化鎵太陽能電池單元31、第一快速導熱裝置32、溫差發電片單元33、第二快速導熱裝置34以及散熱器35之間的夾層，利用石墨釔鋁合金膜本身延展性好、導熱效率
高等特性，確保各結構層之間的全面有效接觸並加速熱傳導，有利於散熱。
當然，附圖中所示的只是本發明的一個較佳實施例，這個實施例僅僅是例示性的，而不是限制性的。本實施例中的釔鈧鋁合金超導熱裝置也可採用熱管或者均溫板等快速導熱裝置代替，只要其基本結構原理與本實施例一致，則應在本發明保護範圍之內。
本發明還提供一種雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置：
如圖2-1和圖3所示，本發明所述的微超熱管導熱裝置包括由一具有真空密閉腔體110的均溫板101，真空密閉腔體110內設有毛細組織並具有適量的第一工作流體，第一工作流體是由甲酸(HCOOH)或丁酸(C4H8O2)、氧化氘(D2O)和水配製而成。均溫板101的內面或外面還設有回環型熱管102，回環型熱管102內還設有毛細組織並具有適量的第二工作流體，第二工作流體是由聯氨(N2H4)或丙酸(C3H6O2)及水配製而成。回環型熱管102還具有延伸至均溫板101外部的延伸段122，且在該延伸段122上還設有活塞機構103，活塞機構103可加快回環型熱管102中第二工作流體的氣液對流，有利於進一步加速熱傳導和提高熱傳導效率及能力。
均溫板101外還設有與其真空密閉腔體110連通的延伸部112，其作用是方便使用時與外界散熱器或者熱源進行連接或回流焊接至其他帶超熱管的散熱或熱轉換仲介器
件應用。
本發明的較佳的方案是：所述第一工作流體是由甲酸(HCOOH)或丁酸(C4H8O2)、氧化氘(D2O)和水配製而成，因為甲酸及丁酸的變蒸氣溫度點(沸點)在69℃/72℃，第一工作流體在催化作用下在約30℃至80℃工作區具有更大熱傳輸、轉換及變化能力，從而能發揮最佳的熱傳導性能。第二工作流體是由聯氨(N2H4)或丙酸(C3H6O2)及水配製而成，因聯氨或丙酸開始變蒸氣溫度點(沸點)在52℃/54℃，第二工作流體在催化作用下在約30℃至70℃工作區具有更大熱傳輸、轉換及變化能力，從而能發揮最佳的熱傳導性能。
本發明採用上述技術方案後，集熱管、均溫板傳熱於一體，在工作流體及微超熱管催化作用下，提高了熱傳導效率，並通過熱管上設置的活塞機構進一步加強第二工作流體的對流，進一步提高熱傳導效率；再輔以特別配製的低熱阻、低潛熱的第一、第二工作流體，使其在特定工作區域具有更大的熱轉換、傳輸及變化能力，其超音速工作速度不但可提高熱傳導效率，雙體延伸冷端也可適應特殊場合設計及應用的需要。
本發明導熱裝置使用方便，適用範圍廣泛，適用於任何發熱結點溫度為80℃左右的超大功率電子器件的散熱機構中，包括直接用於大功率LED模組或其直接封裝模組、砷化鎵太陽能光電模組或其直接封裝模組(如圖2-2)的散熱或者其他需要快速導熱、散熱及或熱轉換的設備和
儀器中。
本發明的雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置可應用與大功率LED模組以及太陽能電池模組及追日再生能源高柱LED群組路燈。
本產品直接以前述微超熱管導熱裝置為載體，將大功率LED或砷化鎵太陽能電池模組直接封裝在平面式超熱管導熱裝置表面如圖2所示、或者將太陽能電池模組直接安裝在微超熱管導熱裝置如圖2-1的表面，從而使大功率LED模組或太陽能電池模組工作中產生的熱量快速散發。
追日再生能源高柱LED路燈如圖4，LED燈組直接安裝於平面式超導熱管，而伸延冷端至另外追帶超導熱管至鋁散熱器及或燈柱散熱。平板式熱管的伸延冷端連接至或回流焊至其他熱管至散熱器或燈柱；平板式熱管的伸延冷端亦可是用第三內置超導熱管，其第三工作液是少量丙醛(C9H18O)及丙酸(C3H6O2)和水配製而成的混合液，用以增強其功能及擴大應用範圍。
此外，本發明還涉及一種小型追日系統，這種系統涉及光電感應和太陽能電池板周邊設備技術領域。追日系統包括一繞豎直軸線旋轉的直立架體、安裝在直立架體上並繞水準軸線旋轉的水準架體，其中直立架體由第一步進馬達及第一齒輪組驅動旋轉，水準架體由第二步進馬達和第二齒輪組驅動旋轉；所述第一步進馬達、第二步進馬達由控制器控制，所述控制器還與一感光器及電源連接。通過
本發明追日系統，能控制太陽能電池板始終保持正對太陽中心點，獲得最大的照射強度和最長的照射時間，大大提高了太陽能的利用率；同時，由於轉換效率的大大提高，相對而言，少量的太陽能電池板即可滿足相應的需求，節約了成本和空間。
如圖4所示，本發明的小型追日系統的適用於目前的交通號誌燈、路燈、以及一些可發光的裝置上。因為它的體積小、重量輕，比如可安裝在路燈上。燈杆上面一般加裝的太陽能板是很大的及多片多組式，必須要有足夠的充電量才能夠使負載體發光。
圖5是用於本發明的追日系統的菲涅耳聚焦透鏡碳合玄武岩纖維的太陽能電池盒。
如圖5所示，耐千度高溫奈米炭玄武岩纖維(nano carbon basalt fibre)太陽能電池盒501的新型超熱管502，連追日馬達503及菲涅耳透鏡或帶二次稜鏡或透鏡的二次光源數百倍以上配合了弧度透鏡帶聚焦平板鏡或帶弧度雙重聚焦板504的百瓦以上的砷化鎵太陽能電池板505。稀土及金屬合成材料亦可加於玄武岩纖維中製作太陽能電池盒。除了太陽能電池盒，稀土及金屬合成材料亦可製造風力發電風葉，LED燈柱，熱水缸，水管等。
二氧化鋯ZrO2具有高熔點、高電阻率、高折射率和低熱膨脹係數的性質，使它成為重要的耐高溫材料、陶瓷絕緣材料和陶瓷遮光劑與石墨及稀土及金屬合成材料(可耐熱攝氏1000度以上高溫)可製造金屬薄膜金屬太陽能
電池盒。或其材料混合玄武岩材料製作太陽能電池盒。除了太陽能電池盒，亦可製造風力發電風葉，LED燈柱，熱水缸，水管等。
本發明的雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置可安裝於追日太陽能電池板，而LED則置於另一雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置上，但LED燈亦可置於雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置的平板式熱管的伸延冷端上；而多組LED高柱組燈亦可用多組雙聯一體化平面式微超熱管導熱裝置或一體化多聯一體平面式微超熱管導熱裝置，導熱至散熱器或燈柱上。
本發明的追日太陽能電池板體積小，不需要很大的太陽能充電電池。採用了追日系統，其表面的日照時間增加，更能使充電量增加、成本降低，不像一般傳統太陽能電池有日照角度及太陽能板成本的負擔及工程施工的電纜鋪設，造成不必要的浪費。
本發明的追日系統的一個實施例如圖6所示。追日系統包括一繞豎直軸線旋轉的直立架體601、安裝在所述直立架體601上並繞水準軸線旋轉的水準架體602，其中所述直立架體601由第一步進馬達603及第一齒輪組631驅動旋轉，水準架體602由第二步進馬達604和第二齒輪組641驅動旋轉；第一步進馬達603、第二步進馬達604由控制器605控制，控制器605還與一感光器606及電源607連接。控制器605控制第一步進馬達603和第二步進馬達604的旋轉角度，從而使安裝在水準架體上的太陽能
電池板正對太陽中心點；隨著太陽能電池板的相對運動，感光器感應到的陽光照射強度也不斷變化，控制信號也不斷變化，當變化達到一定程度時，控制器控制第一步進馬達和第二步進馬達旋轉一角度，確保太陽能電池板再次與太陽中心正對，如此運行一直到太陽下山。因此，通過本發明的追日系統，能控制太陽能電池板保持正對太陽中心，獲得最大的照射強度和最長的照射時間，大大提高太陽能的利用率；同時，由於轉換效率的大大提高，相對而言，採用較小的太陽電池板即可滿足相應的需求，能節約成本和節省空間。其優點為體積小不需要很大的太陽能充電電池。有了本發明的追日系統其面照的時間增加，更能使充電量增加、成本降低。不像一般太陽能電池受日照角度的限制及太陽能電池板成本的負擔及工程施工的制約。
本發明的追日系統屬小型可攜帶型的太陽能追日系統。因為地球有晝夜之分，目前一般的太陽能板屬於直版式的，故太陽日照的時間只有3小時。陽光稍微斜度時太陽能電池板的光轉換率就會變少，加上陽光不足時就無法啟動所需要的燈具或任何所需的產品，故需要大量的太陽能板或者加裝昂貴的風力發電機來輔助發電。
本發明的追日系統耗電少、成本低並減少太陽能板的數量，而且白天從太陽升起時，太陽能電池板中心點面對陽光直到太陽下山始終保持正對太陽中心點，一直工作。
另一方面，由於太陽能電池板或風光互補再生能源上千瓦高柱LED群組路燈需體積小而電力儲備大，平面式
超導熱管上太陽能電池板熱轉換能量甚高。如果因地理環境以及太陽能電池板體積小而導致電力不足，則可利用溫差引擎供電予LED群組燈。
本發明還涉及一種溫差引擎，即史達靈引擎。
如圖7所示，溫差引擎從結構上而言包括：動力輸出軸701，動力輸出軸701上連接有凸軸702，凸軸702上同軸樞接有第一連杆731和第二連杆732，其中第一連杆731的另一端與設置在第一缸體741內的第一活塞751連接，第二連杆732的另一端與設置在第二缸體742內的第二活塞752連接，所述第一缸體741與第二缸體742通過管道706連通，且連通空間706內設有氣體工質707，第一缸體741外部設有對第一缸體741及其內氣體工質707加熱的熱源781，第二缸體742外部則設有加速第二缸體742及其內氣體工質707冷卻的散熱器782。
本發明的溫差引擎的工作過程如下：
首先，如圖7所示，第二缸體742容積最小時，冷態的氣體工質707主要位於第一缸體741空間內，通過熱源781對第一缸體741加熱後，氣體工質707膨脹作功，進入圖8所示狀態：膨脹的氣體工質707推動第一活塞751以及第一連杆731向右運動；同時，膨脹的氣體工質707還通過管道706進入第二缸體742，推動第二活塞752以及第二連杆732向下運動，在第一連杆731、第二連杆732的聯合作用下，凸軸702作順時針旋轉，進而通過動力輸出軸701順時針旋轉；
隨著氣體工質707作功能量下降以及凸軸702旋轉慣性的因素，進入圖9所示的狀態：即第一連杆731、第一活塞751開始反向運動，第一缸體741的容積越來越小，氣體工質707越來越多地進入第二缸體742直到第二缸體742容積最大，第二缸體742在其外部散熱器782的作用下，其內氣體工質707快速降溫，一方面，第一缸體741容積繼續減小，第二缸體742容積也逐漸縮小、其內氣體工質707溫度繼續降低，直到進入圖10所示的狀態：第一缸體741容積最小，氣體工質707主要位於第二缸體742內且溫度降至最低，形成冷態氣體；在運動慣性的作用下，第二連杆732、第二活塞752開始將冷態氣體工質707壓入第一缸體741，從而再次達到如圖7所示的狀體，如此反復迴圈，實現連續動力輸出。
採用本發明的技術方案，可直接使用太陽能作為熱源，通過集熱裝置如凸透鏡或者凸透膜等集中太陽能，對第一缸體直接加熱；或者先將太陽能轉換成電能，再通過電熱裝置對第一缸體加熱。因此，不但能充分利用太陽能，而且無需燃燒燃料，既節約能源，又無污染，是一種真正綠色環保的動力輸出裝置。
為了使氣體工質707快速冷卻，在本發明溫差引擎的第二缸體742與散熱器782之間採用本發明的微超熱管導熱裝置連接，使該第二缸體742熱量快速導離，再利用散熱器782散發，達到快速冷去氣體工質707的目的。
本發明還涉及太陽能無能耗暖水系統。
如圖11所示，本發明的太陽能無能耗暖水系統包括一箱體801，所述箱體801形成有入水口811、水流通道812，並連接有出水管道813；且所述箱體801還設有一隔腔810，在隔腔810內安裝有發電機802及與發電機802連接的控制晶片803，且發電機802的葉輪821位於所述水流通道812中；出水管道813外壁附有致冷片804，且致冷片804與控制晶片803連接。
在所述出水管道813的外壁與所述至熱片803之間設有超導熱管805，且超導熱管805環繞出水管道813。採用超導熱管805的目的是進一步加速熱交換並增大熱交換面積，使出水管道813及其內的水快速升溫，達到快速暖水的效果。
本發明採用上述結構後，可將暖水系統的入水口與自來水水龍頭出口連接，打開水龍頭後，利用自來水自身的流動力，對發電機的葉輪作功，使葉輪旋轉，帶動發電機發電，從而給致冷片804供電，使致冷片的熱端發熱，經過超導熱管的導熱作用，快速與出水管道熱交換使出水管道升溫；另一方面，由於自來水對葉輪作功後，水流壓力降低，流速降低，因此出水管道的水流速度降低，而這更有利於水與出水管道進行充分的熱交換，使水溫升高，達到快速暖水的效果。在寒帶地區洗手洗菜或是用水的時候往往因為水太冷而使手抽筋或是難以把水果蔬菜清洗乾淨。利用暖水系統可提升水溫，有助於清洗水果蔬菜。
本發明採用致冷片的熱端為熱源，成本低，制熱快；
以本發明的微超熱管導熱裝置作為致冷片熱端與自來水管之間的導熱裝置，將致冷或導熱片產生的熱量快速傳導給自來水管，進而加熱水管中的自來水；其以自來水自身的流動力作為能量來源，提供給發電機發電，進而作為致冷片的電源，因此沒有使用任何外界電能或者燃燒燃料，充分體現了節能環保的理念。
此外，本發明涉及一種利用太陽能的溫差發電系統，該溫差發電系統包括太陽能集熱器以及內置有與太陽能集熱器聯繫的熱交換器的儲油箱，於所述儲油箱的外壁黏附有若干溫差發電片。所述的溫差發電片與儲油箱之間設有石墨釔鋁合金膜夾層。通過上述結構，太陽能集熱器吸收太陽能轉換成熱能，通過熱交換器與儲油箱內的礦物油進行熱交換，使油箱內的礦物油溫度升高，油溫升高使油箱壁溫度升高，熱量經過油箱壁、石墨釔鋁合金膜夾層傳遞給溫差發電片，使溫差發電片的熱端溫度升高，與冷端形成溫差，實現溫差發電。由於儲油箱的體積較大，其外表面積也較大，因此可安裝較多數目的溫差發電片，從而獲得可利用的發電量。
如圖12和13所示，本發明所述的利用太陽能的溫差發電系統，該溫差發電系統包括太陽能集熱器901以及內置有與太陽能集熱器901聯繫的熱交換器的儲油箱902，於所述儲油箱902的外壁黏附有若干溫差發電片903。所述的溫差發電片903與儲油箱902之間設有石墨釔鋁合金膜夾層904。本實施例中儲油箱902整體呈長方體結構，
以利於溫差發電片903和石墨釔鋁合金膜夾層904的貼附，確保有效接觸及導熱。
本發明中，石墨釔鋁合金膜夾層904是由石墨、釔、鋁為原料的合金材料製作。石墨釔鋁合金膜本身延展性好，能確保溫差發電片903與儲油箱902的外壁充分緊密接觸，而且其導熱效率高，確保差發電片903與儲油箱902的外壁實現快速高效率的熱傳導。
之所以採用礦物油是因為礦物油的沸點高，能使油溫升高到上百度，從而使溫差發電片的熱端與冷端的溫差更大，以提高溫差發電的效率；而且礦物油儲能時間長，能延長溫差發電持續時間。
通過上述結構，太陽能集熱器901吸收太陽能轉換成熱能，通過熱交換器與儲油箱902內的礦物油進行熱交換，使油箱內的礦物油溫度升高，油溫升高使油箱壁溫度升高，熱量經過油箱壁、石墨釔鋁合金膜夾層904傳遞給溫差發電片，使溫差發電片的熱端溫度升高，與冷端形成溫差，實現溫差發電。由於儲油箱902的體積較大，其外表面積也較大，因此可安裝較多數目的溫差發電片，從而獲得可利用的發電量。
當然，圖中所示只是本發明的一個簡單實施例，本實施例中的釔鈧鋁合金超導熱裝置也可採用熱管或者均溫板等快速導熱裝置代替，只要其基本結構原理與本實施例一致，則應在本發明保護範圍之內。
本發明還涉及車載恆溫系統。如圖14所示，車載恆
溫系統包括安裝在車內的太陽能供電裝置1001、以及與所述太陽能供電裝置1001電連接的控制器1002、致冷片1003和風機1004，其還包括冷端導熱管1005和熱端導熱管1006，冷端導熱管1005的一端附著在致冷片1003的冷端1031，另一端延伸至風機1004的出風口處；熱端導熱管1006的一端附著在致冷片1003的熱端1032，另一端則延伸至車身外部，且致冷片1003的熱端1032及熱端導熱管1006的車內部分包覆有隔熱材料1007。
當車內溫度超過設定數值時，控制晶片1002啟動車載恆溫系統，通過太陽能供電裝置1001即太陽能電池給致冷片1003供電，利用致冷片1003的特性，使致冷片1003的冷端1031溫度降低，從而使冷端導熱管1005的溫度降低，風機1004出口吹出的風的溫度也降低，從而達到車內降溫的目的；而致冷片1003熱端1032溫度升高，通過熱端導熱管1006則延伸至車外散熱，由於有隔熱材料1007包覆熱端1032及熱端導熱管1006的車內部分，因此其發熱不影響車內溫度，熱量由車外部分及時散發。所述冷端導熱管1005及熱端導熱管1006的端部均設有散熱翅片1008，其目的是增大換熱面積，提高換熱效率。
車載恆溫系統中冷端導熱管1005和熱端導熱管1006均分別採用本發明的微超熱管導熱裝置，達到快速熱交換的目的，更好地維持恆溫。
車載恆溫系統通過控制晶片設定溫度的數值，超過該設定數值時即自動啟動恆溫系統運行，是致冷片工作，進
行降溫，從而達到恆溫的目的，避免車內出現高溫。
1‧‧‧框架
2‧‧‧菲涅耳聚焦透鏡
3‧‧‧二次太陽能光電模組
4‧‧‧石墨釔鋁合金膜夾層
5‧‧‧聚光杯
11‧‧‧遮光絕緣膜
31‧‧‧砷化鎵太陽能電池單元
32‧‧‧第一快速導熱裝置
33‧‧‧溫差發電片單元
34‧‧‧第二快速導熱裝置
35‧‧‧散熱器
101‧‧‧均溫板
102‧‧‧回環型熱管
103‧‧‧活塞機構
110‧‧‧真空密閉腔體
112‧‧‧延伸部
122‧‧‧延伸段
501‧‧‧太陽能電池盒
502‧‧‧超熱管
503‧‧‧追日馬達
504‧‧‧帶聚焦平板鏡或帶弧度雙重聚焦板
505‧‧‧砷化鎵太陽能電池板
601‧‧‧直立架體
602‧‧‧水準架體
603‧‧‧第一步進馬達
604‧‧‧第二步進馬達
605‧‧‧控制器
631‧‧‧第一齒輪組
641‧‧‧第二齒輪組
701‧‧‧動力輸出軸
702‧‧‧凸軸
706‧‧‧管道
707‧‧‧氣體工質
731‧‧‧第一連杆
732‧‧‧第二連杆
741‧‧‧第一缸體
742‧‧‧第二缸體
751‧‧‧第一活塞
752‧‧‧第二活塞
781‧‧‧熱源
782‧‧‧散熱器
801‧‧‧箱體
802‧‧‧發電機
803‧‧‧控制晶片
804‧‧‧致冷片
805‧‧‧超導熱管
810‧‧‧隔腔
811‧‧‧入水口
812‧‧‧水流通道
813‧‧‧出水管道
821‧‧‧葉輪
901‧‧‧太陽能集熱器
902‧‧‧儲油箱
903‧‧‧溫差發電片
904‧‧‧石墨釔鋁合金膜夾層
1001‧‧‧太陽能供電裝置
1002‧‧‧控制器
1003‧‧‧致冷片
1004‧‧‧風機
1005‧‧‧冷端導熱管
1006‧‧‧熱端導熱管
1007‧‧‧隔熱材料
1008‧‧‧散熱翅片
1031‧‧‧冷端
1032‧‧‧熱端
圖1是本發明二次太陽能光電模組的結構示意圖。
圖2-1、圖2-2和圖3是本發明的微超熱管導熱裝置的示意圖
圖4是本發明的採用了本發明的追日系統的太陽能電池板的方框圖。
圖5是用於本發明的追日系統的菲涅耳聚焦透鏡碳合玄武岩纖維的太陽能電池盒的示意圖
圖6是本發明的追日系統的示意圖。
圖7-10是本發明的溫差引擎的示意圖。
圖11是本發明的太陽能無能耗暖水系統的示意圖。
圖12是本發明的結構示意圖；圖13是圖12中A處的局部放大圖；以及圖14是本發明的車載恆溫系統的示意圖。
1‧‧‧框架
2‧‧‧菲涅耳聚焦透鏡
3‧‧‧二次太陽能光電模組
4‧‧‧石墨釔鋁合金膜夾層
5‧‧‧聚光杯
11‧‧‧遮光絕緣膜
31‧‧‧砷化鎵太陽能電池單元
32‧‧‧第一快速導熱裝置
33‧‧‧溫差發電片單元
34‧‧‧第二快速導熱裝置
35‧‧‧散熱器
Claims (32)
- 一種太陽能集熱油箱式溫差發電系統，其特徵在於：該溫差發電系統包括太陽能集熱器(901)以及內置有與該太陽能集熱器(901)聯繫的熱交換器的儲油箱(902)，在該儲油箱(902)的外壁黏附有若干溫差發電片(903)，且該等溫差發電片(903)與儲油箱(902)之間設有一體平面式微超熱管導熱裝置或者釔合金超導熱裝置(904)。
- 一種一體平面式微超熱管導熱裝置，其特徵在於：其包括一具有真空密閉腔體(110)的均溫板(101)，該真空密閉腔體(110)內設有毛細組織並具有適量的第一工作流體，該第一工作流體是由甲酸(HCOOH)或丁酸(C4H8O2)、氧化氘(D2O)和水配製而成；且該均溫板(101)的一內裡面還設有回環型熱管(102)，該回環型熱管(102)內亦設有毛細組織並具有適量的第二工作流體，該第二工作流體是由聯氨(N2H4)或丙酸(C3H6O2)、及水配製而成；該回環型熱管(102)還具有延伸至均溫板(101)外部的延伸段(122)，且於該延伸段(122)上還設有活塞機構(103)。
- 根據申請專利範圍第2項所述的一體平面式微超熱管導熱裝置，其中該均溫板或平板式超熱管(101)亦設有與其真空密閉腔體(110)連通的延伸部(112)，微超熱管在板面式熱管內及或外一樣有連通的延伸熱管。
- 根據申請專利範圍第3項所述的一體平面式微超熱 管導熱裝置，其中該第一工作流體是由甲酸(HCOOH)或丁酸、氧化氘(D2O)和水配製而成；第二工作流體是由聯氨(N2H4)或丙酸(C3H6O2)、及水配製而成；限制高柱拾組以上乘數百瓦LED路燈各結點溫度低於80℃。
- 一種釔合金超導熱裝置，該釔合金超導熱裝置主要由含釔1%至20%、鈧1%至10%、鋁1%至80%的合金材料製作成型的。
- 一種二次太陽能光電模組，其特徵在於：該二次太陽能光電模組包括一框架(1)，該框架(1)上部安裝有菲涅耳聚焦透鏡(2)，在框架(1)內、菲涅耳聚焦透鏡(2)的下方安裝有二次太陽能光電模組(3)，該二次太陽能光電模組(3)從上到下依次包括砷化鎵太陽能電池單元(31)、第一快速導熱裝置(32)、溫差發電片單元(33)、第二快速導熱裝置(34)以及散熱器(35)。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中在該二次太陽能光電模組(3)中，在砷化鎵太陽能電池單元(31)與第一快速導熱裝置(32)之間、第一快速導熱裝置(32)與溫差發電片單元(33)之間、溫差發電片單元(33)與第二快速導熱裝置(34)之間以及第二快速導熱裝置(34)與散熱器(35)之間，分別設有石墨及釔鋁合金膜夾層(4)。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中該第一快速導熱裝置(32)為雙聯一體平面式微超熱管導熱裝置，其微超導熱管設在均溫板之上、第二快 速導熱裝置(34)為釔鈧鋁合金超導熱裝置，該鈦鈧鋁合金超導熱裝置是由鈦、鈧、鋁為原料的合金材料製作成型的。
- 根據申請專利範圍第7項所述的二次太陽能光電模組，其中該石墨及鈦鋁合金膜夾層(4)是由石墨、釔鋁為原料的合金材料製作。
- 根據申請專利範圍第7或8項所述的二次太陽能光電模組，其中該石墨膜夾層(4)中合金材料為含有釔、鋁、鈦、鉬、鈧中任意一種或幾種任意比例的合金材料。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中在所述框架(1)的週邊還圍設有遮光絕緣膜(11)，該遮光絕緣膜(11)是由二氧化鋯、石墨、稀土與奈米碳玄武岩纖維(carbon basalt fibre)製作的。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中在該二次太陽能光電模組(3)的砷化鎵太陽能電池單元(31)上方還設有聚光杯(5)。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中該菲涅耳聚焦透鏡(2)的尖角R值少於0.025mm，其與菲涅耳聚焦透鏡不同處是內設計有二次再折射結構提高聚焦倍數，且其鏡面上方設有耐高溫玻璃(21)保護。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中該第一快速導熱裝置(32)為雙聯一體平面式 微超熱管導熱裝置，微超導熱管在均溫板之上再導熱至溫差發電片、第二快速導熱裝置(34)為釔合金超導熱裝置。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中於該框架(1)的週邊還圍設有由二氧化鋯或石墨、稀土與奈米碳玄武岩製作成型的耐熱遮光板(11)。
- 根據申請專利範圍第6項所述的二次太陽能光電模組，其中第一快速導熱裝置的砷化鎵太陽能電池單元生電外、亦帶第二快速導熱裝置的溫差發電片單元生電，為雙聚光二次太陽能生電模組。
- 一種耐千度高溫奈米碳玄武岩纖維(nano carbon basalt fibre)太陽能電池盒(501)，包括超熱管(502)，連同追日馬達(503)及菲涅耳透鏡或帶二次稜鏡或透鏡的二次光源數百倍以上配合了弧度透鏡帶聚焦平板鏡或帶弧度雙重聚焦板(504)的百瓦以上的砷化鎵太陽能電池板(505)；稀土及金屬合成材料加於玄武岩纖維中製作太陽能電池盒。
- 根據申請專利範圍第17項所述的太陽能電池盒(501)，其中二氧化鋯ZrO2混合玄武岩材料製作太陽能電池盒。
- 一種超大功率LED或新型砷化鎵太陽能MCM/MEM電子元件，直接封裝於這雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置。
- 一種雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置追日太陽能電池再生能源高柱LED群組路燈系統。
- 一種雙聯或多聯一體平面式微超熱管導熱裝置，包括溫差引擎及或溫差半導體發電器件，用於溫差發電。
- 一種溫差引擎，直接使用太陽能作為熱源，通過集熱裝置如凸透鏡或者凸透膜等集中太陽能，對第一缸體直接加熱；或者先將太陽能轉換成電能，再通過電熱裝置對第一缸體加熱。
- 根據申請專利範圍第22項所述的溫差引擎，在溫差引擎的第二缸體與散熱器之間採用微超熱管導熱裝置連接，使該第二缸體熱量快速導熱，再利用散熱器散發。
- 一種追日鋅化鎵太陽能電池板，其特徵在於：GPS定位系統與集光器的結合誤差不超過0.3度；菲涅耳透鏡與砷化鎵太陽能板集中模組；太陽能板的導熱裝置散熱的區塊。
- 根據申請專利範圍第24項所述的追日砷化鎵太陽能電池板，包括多聯一體平面式微超熱管導熱裝置，作為在航太船倉或衛星上的熱水，溫室或電力設備。
- 一種暖水系統，利用水的自體衝力帶動馬達發電給制熱自動片利用新型超導熱管的快速導熱的作用及其伸延彎曲熱管圍繞至水管加大制熱的面積故可使冷水變成溫水。
- 根據申請專利範圍第25項所述的暖水系統，其中以該微超熱管導熱裝置作為致冷片熱端與自來水管之間的 導熱裝置，將致冷或導熱片產生的熱量快速傳導給自來水管，進而加熱水管中的自來水；其以自來水自身的流動力作為能量來源，提供給發電馬達發電，進而作為致冷片的電源。
- 根據申請專利範圍第26項所述的暖水系統，其中雙聯或多聯一體平面式微超熱管的伸延導熱管直接繞裝至水管導熱，彎曲的超熱管增大導熱面面積。
- 一種車載恆溫系統，包括安裝在車內的太陽能供電裝置(1001)、以及與該太陽能供電裝置(1001)電連接的控制器(1002)、致冷片(1003)和風機(1004)，還包括冷端導熱管(1005)和熱端導熱管(1006)，冷端導熱管(1005)的一端附著在致冷片(1003)的冷端(1031)，另一端延伸至風機(1004)的出風口處；熱端導熱管(1006)的一端附著在致冷片(1003)的熱端(1032)，另一端則延伸至車身外部。
- 根據申請專利範圍第29項所述的車載恆溫系統，致冷片(1003)的熱端(1032)及熱端導熱管(1006)的車內部分包覆有隔熱材料(1007)。
- 根據申請專利範圍第29項所述的車載恆溫系統，該冷端導熱管及熱端導熱管的端部均設有散熱翅片，以增大熱交換面積。
- 根據申請專利範圍第29至31項中一項所述的車載恆溫系統，通過控制晶片設定溫度的數值，超過該設定數值時即自動啟動恆溫系統運行，使致冷片工作，進行降溫，從而達到恆溫的目的。
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