专利名称：光、热、电转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能源和材料领域，具体为一种光、热、电转换装置。该装置利用纳米材料全光谱吸太阳能转换成热能，地热和工厂余热，通过转换装置转换成交流电。
背景技术：
太阳辐射中辐射能按波长的分布，称为太阳辐射光谱，太阳辐射峰值的波长Xmax为0.475 μ m,这个波长在可见光的青光部分。太阳辐射主要集中在可见光部分(0.4
0.76 μ m),波长大于可见光的红外线(> 0.76 μ m)和小于可见光的紫外线(< 0.4 μ m)的部分少。在全部辐射能中，波长在0.15 4μπι之间的占99%以上，且主要分布在可见光区和红外区，前者占太阳辐射总能量的约50%，后者占约43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的约7%。1981年世界气象组织推荐的太阳常数值Rsc=1367±7 (W/m2)，通常采用1367W/
m2o太阳辐射通过大气层后到达地球表面。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、散射和反射作用，使投射到大气上界的辐射不能完全到达地表面。图7最下面的实曲线c表示太阳辐射通过大气层被吸收、散射、反射后到达地表的太阳辐射光谱。与大气上界的太阳辐射光谱相比较，可以看出:通过大气层后，太阳总辐射能有明显地减弱；波长短的辐射能减弱得最为显著；辐射能随波长的分布变得极不规则。产生这些变化有以下几方面原因:1大气对太阳辐射的吸收太阳辐射穿过大气层到达地面时，要受到一定程度的减弱，这是因为大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射能的特性。大气中吸收太阳辐射的成分主要有水汽、液态水、二氧化碳、氧、臭氧及尘埃等固体杂质等。太阳辐射被吸收后变成了热能，因而使太阳辐射减弱。水汽吸收最强的波段是位于红外区的0.93 2.85 μ m,据估计，太阳辐射因水汽的吸收可减弱约4% 15%。氧只对波长小于
0.2μπι的紫外线吸收很强，在可见光区虽然也有吸收，但较弱。臭氧在大气中的含量很少，但在紫外区和可见光区都有吸收带，在0.2 0.3 μ m波段的吸收带很强，由于臭氧的吸收，使小于0.29 μ m波段的太阳辐射不能到达地面，因而保护了地球上的一切生物免遭紫外线过度辐射的伤害。臭氧在0.44 0.75 μ m还有吸收，虽不强，但因这一波段正好位于太阳辐射最强的区域内，所以吸收的太阳辐射量相当多。二氧化碳对太阳辐射的吸收比较弱，仅对红外区2.7μπι和4.3μπι附近的辐射吸收较强，但该区域的太阳辐射较弱，被吸收后对整个太阳辐射的影响可忽略。悬浮在大气中的水滴、尘埃、污染物等杂质，对太阳辐射也有吸收作用，大气中这些物质含量越高，对太阳辐射吸收越多，如在工业区、森林火灾、火山爆发、沙尘暴等，太阳辐射都有明显减弱。我国年辐射总量最高地区在西藏，为212.3—252.1瓦/平方米。青海、新疆和黄河流域次之，为159.2—212.3瓦/平方米。而长江流域与大部分华南地区则反而减少，为119.4—159.2瓦/平方米。这是因为西北、华北地区晴朗干燥的天气较多，总辐射也较大。长江中、下游云量多，总辐射较小，西藏海拔高度大，总辐射量也大。这些数据把纬度，日夜，季节，气候变化都包含在内的年平均数。我国陆地表面每年接受太阳辐射能相当于约49，000亿吨标准煤，全国三分之二的国土面积年日照在2200小时以上，年太阳辐射量超过5000兆焦/ m2 (相当于170千克标准煤/m2).太阳能资源丰富。将太阳能直接转换为电能这一能源高端产品的光伏发电技术目前已经成熟，发展势头迅猛，正在努力突破高成本的制约瓶颈，有望在30年内成为重要的电力能源之一。本装置利用纳米材料全光谱吸太阳能转换成热能，再将热能通过转换装置换成交流电，也可直接将地热和工厂余热、火力发电厂热能转换成交流电。
发明内容
本发明目的在于利用纳米材料全光谱吸太阳能转换成热能，再将热能通过转换装置换成交流电，或直接将地热和工厂余热、火力发电厂热能转换成交流电，提供一种光、热、电转换装置。本发明目的采用下述技术方案实现:
一种光、热、电转换装置，该装置包括供热水系统、蒸发器、涡轮机、发电机、冷凝器、抽气机、引力排水管和冷水回收装置；其供热水系统、蒸发器、涡轮机、冷凝器、引力排水管及冷水回收装置依次管道相连通，冷凝器与冷循环水管道相连，冷凝管与抽气机管道相连通、涡轮机带动发电机发电，发电机输出电路上装有电压表和电流表，蒸发器和冷凝器分别装有压力表，供热水系统、冷凝器和引力排水管分别装有温度表，供热水系统出热水口装有流量控制装置。本发明的装置中，所述的蒸发器为平面多层板蒸发器、锥形多层板蒸发器或喷头蒸发器。 本发明的装置中，所述的供热水系统的热水来自太阳能加热转换的热水、地下热水或工厂余热热水。本发明装置中，所述的引力排水管为在集水箱底部连接一根垂直高度为9米至10米抗大气压排水管。本发明的装置中，所述的太阳能加热转换器利用纳米材料制作吸热板，所述的纳米材料包含有碳纳米管。本发明中采用了高效光热转换纳米材料进行光热转换，效率大于80%，本热电转换装置由于巧妙利用真空技术、地球引力和涡流技术，热电效率可达50%，光电转换效率至少可达40%，与目前广泛使用的硅太阳能电池比较，光电转换效率可提高I倍，与美国麻省理工学院的热电转换材料比较，热电转换效率至少提高8倍。在相同功率输出的情况下，本装置的成本更低。
图1、本发明的光、热、电转换装置原理框图.图2、平板多层蒸发器结构示意图
图3、锥形多层蒸发器结构示意4、喷头蒸发器结构示意5、润轮机示意图
图6、本发明的光、热、电转换装置中冷凝器结构示意图 图7、大气上界和地面的太阳辐射光谱图中:1_集水箱，2-冷循环水管，3- 9 10米垂直引力排水管，4-抽空气管，5.冷凝管，6.冷凝器；A-6000k绝对黑体辐射曲线，B-大气上界的太阳辐射曲线，C-到达地面的太阳辐射曲线。
具体实施方案下面结合附图进一步详述本发明的结构和效果
本发明的光、热、电转换装置原理框图如图1所示，该装置包括供热水系统、蒸发器、涡轮机、发电机、冷凝器、抽气机、引力排水管、冷水回收装置、电压表、电流表、压力表，温度表和流量控制装置，其供热水系统、蒸发器、涡轮机、冷凝器、冷凝管、引力排水管及冷水回收装置依次管道相连通，冷凝器与冷循环水管道相连，冷凝管与抽气机管道相连通、涡轮机带动发电机发电，发电机输出电路上装有电压表和电流表，蒸发器和冷凝器分别装有压力表，供热水系统、冷凝器和引力排水管分别装有温度表，供热水系统出热水口装有流量控制装置。本装置利用纳米材料(其中包含有碳纳米管)全光谱吸太阳能转换成热能，利用真空技术除去水中的气体、利用地球引力形成末端真空和涡流技术将光能和热能通过转换装置换成电能，其工艺过程是:
1、将热水在低真空下通过多层平面蒸发器、锥面蒸发器或喷头蒸发器蒸发为蒸汽；多层平面蒸发器、锥面蒸发器或喷头蒸发器可在低真空下将100°c及以下的热水蒸发为蒸汽，其结构如图2、3、4所示；
2、将步骤I中的蒸汽推动涡轮机(膨胀式汽轮机)带动发电机发电；涡轮机结构如图4所示；
3、利用冷凝管和小功率抽气机除去涡轮机末端空气；冷凝管结构如图6中的5所示；
4、利用冷凝器将末端低压水蒸汽冷凝成液态水；
5、在集水箱底部的地球引力方向安装9 10米长的圆柱形管道(圆柱形管道要求能抵抗大气压力，圆柱形管道不变形)，圆柱形管道的一端接入涡轮机末端集水箱的底部，另一端插入水池的水面以下，在圆柱形管道中形成接近9 10米高的水柱，通过地球引力和小功率抽气机在汽轮机末端形成真空；排水管将冷凝水排除和形成低真空，并极大增加了汽轮机两端的气压差。本发明利用平面多层板或锥形多层板将热水在低真空下蒸发为蒸汽的方法，其多层板蒸发增加了蒸发面积，可在低真空下将100°c及以下的热水蒸发为蒸汽。利用冷凝装置和小功率抽气机除去末端空气的方法，在末端可形成更低的真空。利用冷凝装置将末端的低压水蒸气冷凝成液态水。利用地球引力排除末端的冷凝水，在冷凝水箱底部连接一根垂直高度为9米至10米抗大气压排水管将冷凝水排除和形成低真空，这样地球引力与涡轮机结合，极大增加了汽轮机两端的气压差。利用纳米材料制作太阳能吸热板，可将太阳能全光谱转换成热能。将光、热能量转换效率可达到80%，热、电能量转换效率可达到50%，光、电能量转换效率可达到40%。
权利要求
1.一种光、热、电转换装置，其特征在于，该装置包括供热水系统、蒸发器、涡轮机、发电机、冷凝器、冷凝管、抽气机、引力排水管和冷水回收装置；其供热水系统、蒸发器、涡轮机、冷凝器、冷凝管、引力排水管及冷水回收装置依次以管道相连通，冷凝器与冷循环水管道相连，冷凝管与抽气机管道相连通、涡轮机带动发电机发电，发电机输出电路上装有电压表和电流表，蒸发器和冷凝器分别装有压力表，供热水系统、冷凝器和引力排水管分别装有温度表，供热水系统出热水口装有流量控制装置。
2.如权利要求1所述的光、热、电转换装置，其特征在于:所述的蒸发器为平面多层板蒸发器、锥形多层板蒸发器或喷头蒸发器。
3.如权利要求1所述的光、热、电转换装置，其特征在于:所述的供热水系统的热水来自太阳能加热转换器的热水、地下热水或工厂余热热水。
4.如权利要求1所述的光、热、电转换装置，其特征在于:所述的引力排水管为在冷凝器水箱底部连接一根垂直高度为9米至10米抗大气压排水管。
5.如权利要求3所述的光、热、电转换装置，其特征在于:所述的太阳能加热转换器利用纳米材料制作吸热板，所述的纳米材料中包含有碳纳米管。
全文摘要
一种光、热、电转换装置，包括供热水系统、蒸发器、涡轮机、发电机、冷凝器、抽气机、引力排水管和冷水回收装置。其供热水系统、蒸发器、涡轮机、冷凝器、引力排水管及冷水回收装置依次管道相连通，冷凝器与冷循环水管道相连，冷凝管与抽气机管道相连。涡轮机带动发电机发电，发电机输出电路上装有电压表和电流表，蒸发器和冷凝器分别装有压力表，供热水系统、冷凝器和引力排水管分别装有温度表，供热水系统出热水口装有流量控制装置。本装置采用高效光热转换纳米材料、真空技术、地球引力和涡流技术，其光电转换效率达40%，热电效率达50%。与硅太阳能电池比较，光电转换效率提高1倍，与美国麻省理工学院的热电转换材料比较，热电转换效率提高8倍。成本更低。
文档编号F03G4/00GK103206275SQ201210348540
公开日2013年7月17日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者高建明, 蔡武宁 申请人:广西南宁市派宇能源科技开发有限公司, 华中师范大学