專利名稱：太陽能熱水器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能熱水器裝置，且特別是涉及一種具有熱電轉(zhuǎn)換模塊的太陽
能熱水器裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技與經(jīng)濟的發(fā)展，在能源的使用上，例如石油、天然氣、煤等皆為污染性能 源，其會導(dǎo)致環(huán)境的破壞日益嚴重。而且，這些污染性能源也逐漸面臨到短缺的問題。因此， 無污染且可再生的能源，例如水力、風(fēng)力、太陽能、生物能等越來越受到重視，而以太陽能是 最受到矚目的焦點。 將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能的技術(shù)，可作為家庭熱水，具有節(jié)能與潔能的效果。太陽能熱 水器一般分為兩大類，其中一種是利用熱交換器將熱量儲存于熱水槽內(nèi)，當(dāng)需要使用熱水 時再將熱水放出，然而此種太陽能熱水器只有制造熱水的功能，并無產(chǎn)電的效果。另一種則 是利用太陽能電池的光伏效應(yīng)(photovoltaic effect)產(chǎn)生電壓而儲電，之后再利用此電 力來加熱熱水，但太陽能電池需考慮太陽光的光譜，且不能在高溫下操作。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種太陽能熱水器裝置，可以在產(chǎn)電的同時制作熱水，克服 現(xiàn)有的太陽能熱水器只能產(chǎn)生熱水或不能在高溫下操作的問題。 本發(fā)明提出一種太陽能熱水器裝置，其包括熱電轉(zhuǎn)換模塊、集熱器、熱交換器、光 聚焦板及電源系統(tǒng)。集熱器配置于熱電轉(zhuǎn)換模塊的第一側(cè)，且集熱器具有熱集中處。熱交 換器配置于熱電轉(zhuǎn)換模塊相對第一側(cè)的第二側(cè)。光聚焦板配置于集熱器上，用以聚光至集 熱器的熱集中處。電源系統(tǒng)連接至熱電轉(zhuǎn)換模塊，用以處理自熱電轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的電能。
在本發(fā)明的實施例中，上述的熱電轉(zhuǎn)換模塊包括至少一第一電極、至少一第二電 極以及位于至少一第一電極與至少一第二電極之間的熱電材料。
在本發(fā)明的實施例中，上述的熱電材料包括合金結(jié)構(gòu)材料。 在本發(fā)明的實施例中，上述的合金結(jié)構(gòu)材料具有半赫斯勒(Half-Heusler)結(jié)構(gòu)、 方鈷礦(skutterrudite)結(jié)構(gòu)或碲鉍結(jié)構(gòu)。 在本發(fā)明的實施例中，上述的熱電材料例如是選自由多元合金系統(tǒng)、多元合金系
統(tǒng)添加碳化物、氮化物或氧化物及其組合所組成的族群中的一種材料。 在本發(fā)明的實施例中，上述的熱電材料包括鈦、鎳及錫所組成的合金。 在本發(fā)明的實施例中，上述的熱電材料包括方鈷礦所組成的合金。 在本發(fā)明的實施例中，上述的熱電材料包括碲及鉍所組成的合金。 在本發(fā)明的實施例中，上述的太陽能熱水器裝置還包括配置在熱電轉(zhuǎn)換模塊及熱
交換器之間的散熱裝置。 在本發(fā)明的實施例中，上述的太陽能熱水器裝置還包括連接至熱交換器的儲熱裝置。
在本發(fā)明的實施例中，上述的電源系統(tǒng)包括儲電裝置。
在本發(fā)明的實施例中，上述的熱交換器包括水冷式熱交換器。 基于上述，本發(fā)明的具有熱電轉(zhuǎn)換模塊的太陽能熱水器裝置可以同時產(chǎn)生電能及 熱水，裝置體積小且重量輕，為兼具環(huán)保及效能的發(fā)明。 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳 細說明如下。


圖1為依據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的一種太陽能熱水器裝置的示意圖。 圖2為圖1中的熱電轉(zhuǎn)換模塊的細部示意圖。 附圖標(biāo)記說明 100 :太陽能熱水器裝置 101 :第一側(cè) 102:熱電轉(zhuǎn)換模塊 103 :第二側(cè) 104 :集熱板 105 :熱集中處 106 :熱交換器 108 :光聚焦板 IIO:儲電裝置 112:散熱裝置 114:熱電材料 116:第一電極 118:第二電極 120 :儲熱裝置
具體實施例方式
圖1為依據(jù)本發(fā)明實施例所繪示的一種太陽能熱水器裝置的示意圖。圖2為圖1 中的熱電轉(zhuǎn)換模塊的細部示意圖。 請參照圖l，太陽能熱水器裝置100包括熱電轉(zhuǎn)換模塊102、集熱器104、熱交換器 106、光聚焦板108及電源系統(tǒng)110。集熱器104配置于熱電轉(zhuǎn)換模塊102的第一側(cè)101，且 集熱器104具有熱集中處105。熱交換器106配置于熱電轉(zhuǎn)換模塊102相對第一側(cè)101的 第二側(cè)103。光聚焦板108配置于集熱器104上，用以聚光至集熱器104的熱集中處105。 電源系統(tǒng)110連接至熱電轉(zhuǎn)換模塊102，用以處理自熱電轉(zhuǎn)換模塊102產(chǎn)生的電能。
熱電轉(zhuǎn)換模塊102可作為熱能與電能之間的直接轉(zhuǎn)換，無動態(tài)組件、無燃燒且沒 有使用冷媒，不但可靠、安靜又環(huán)保，且兼具輕薄短小可攜式的優(yōu)點。熱電轉(zhuǎn)換模塊102的 熱能與電能的轉(zhuǎn)換最主要是應(yīng)用塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)，當(dāng)熱電轉(zhuǎn)換模塊102的兩 側(cè)(即第一側(cè)101與第二側(cè)103)有溫度差異時會造成擴散電流，并在第一側(cè)101與第二側(cè) 103之間產(chǎn)生電位差。熱電轉(zhuǎn)換模塊102的兩側(cè)的溫度差異越大，所產(chǎn)生的電位差越大，效率也越高，因此通過光聚焦板108而產(chǎn)生的聚光型太陽光光源可以提高熱電轉(zhuǎn)換模塊102 的第一側(cè)101的溫度，非常適合應(yīng)用于此。另外，本發(fā)明的太陽能熱水器裝置100也可以包 括配置在熱電轉(zhuǎn)換模塊102及熱交換器106之間的散熱裝置112，用以加速降低熱電轉(zhuǎn)換模 塊102的第二側(cè)103的溫度，進而提高熱電轉(zhuǎn)換模塊102的第一側(cè)101與第二側(cè)103之間 的溫度差異。 接下來，將詳細說明熱電轉(zhuǎn)換模塊102的結(jié)構(gòu)及特性。請參照圖2，熱電轉(zhuǎn)換模塊 102包括至少一第一 電極116、至少一第二電極118以及位于至少一第一 電極116與至少一 第二電極118之間的熱電材料114。熱電材料114包括交替串聯(lián)的N型熱電材料及P型熱 電材料。第一電極116與第二電極118例如是金屬板，分別配置在熱電材料114的兩側(cè)，且 第一電極116與第二電極118的排列方式為交錯配置，彼此通過熱電材料114而電性連接。
在一實施例中，熱電材料114包括各式的合金結(jié)構(gòu)材料，上述的合金結(jié)構(gòu)材料例 如是具有半赫斯勒(Half-Heusler)結(jié)構(gòu)、方鈷礦(skutterrudite)結(jié)構(gòu)、或碲鉍結(jié)構(gòu)。
在另一實施例中，熱電材料114也可以選自由多元合金系統(tǒng)、多元合金系統(tǒng)添加 碳化物、氮化物或氧化物及其組合所組成的族群中的一種材料。 在又一實施例中，熱電材料114可以是鈦、鎳及錫所組成的合金、方鈷礦所組成的 合金、或碲及鉍所組成的合金。 在本發(fā)明中，具有半赫斯勒結(jié)構(gòu)的熱電材料114 一方面具有抗氧化及耐腐蝕的特 性，因此可以在300 1200K的高溫環(huán)境下操作，另一方面具有高穩(wěn)定性、低污染、不含貴重 金屬及成本低的特性，因此非常適合為聚光型太陽光光源所應(yīng)用。 此外，在本發(fā)明的太陽能熱水器裝置100中，電源系統(tǒng)110例如是儲電裝置，熱電 轉(zhuǎn)換模塊102所產(chǎn)生的電能可以輸送至電源系統(tǒng)110供屋內(nèi)外用電。熱交換器106例如是 水冷式熱交換器，可以產(chǎn)生熱水直接供一般家庭使用。當(dāng)然，本發(fā)明的太陽能熱水器裝置 100也可以包括連接至熱交換器106的儲熱裝置120，用以儲存熱水備用。
綜上所述，本發(fā)明的太陽能熱水器裝置利用聚光式太陽光光源及熱電轉(zhuǎn)換模塊來 制造電能，同時將廢熱制作熱水，提供日常生活的用電及熱水供應(yīng)，以達到節(jié)能的目的。此 外，本發(fā)明的太陽能熱水器裝置體積小且重量輕，使用材料環(huán)保，且可以克服現(xiàn)有的太陽能 熱水器只能產(chǎn)生熱水或不能在高溫下操作的問題，極具有市場競爭力。 雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的 保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求
一種太陽能熱水器裝置，包括熱電轉(zhuǎn)換模塊；集熱器，配置于該熱電轉(zhuǎn)換模塊的第一側(cè)，且該集熱器具有熱集中處；熱交換器，配置于該熱電轉(zhuǎn)換模塊相對該第一側(cè)的第二側(cè)；光聚焦板，配置于該集熱器上，用以聚光至該集熱器的該熱集中處；以及電源系統(tǒng)，連接至該熱電轉(zhuǎn)換模塊，用以處理自該熱電轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的電能。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器裝置，其熱電轉(zhuǎn)換模塊包括至少一第一電極、至 少一第二電極以及位于該至少一第一電極與該至少一第二電極之間的熱電材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的太陽能熱水器裝置，其中該熱電材料包括合金結(jié)構(gòu)材料。
4. 如權(quán)利要求3所述的太陽能熱水器裝置，其中合金結(jié)構(gòu)材料具有半赫斯勒結(jié)構(gòu)、方 鈷礦結(jié)構(gòu)或碲鉍結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求2所述的太陽能熱水器裝置，其中熱電材料選自由多元合金系統(tǒng)、多元 合金系統(tǒng)添加碳化物、氮化物或氧化物及其組合所組成的族群中的一種材料。
6. 如權(quán)利要求2所述的太陽能熱水器裝置，其中該熱電材料包括鈦、鎳及錫所組成的
7. 如權(quán)利要求2所述的太陽能熱水器裝置，其中該熱電材料包括方鈷礦所組成的合金。
8. 如權(quán)利要求2所述的太陽能熱水器裝置，其中該熱電材料包括銻及鉍所組成的合金。
9. 如權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器裝置，還包括散熱裝置，配置在該熱電轉(zhuǎn)換模塊 及該熱交換器之間。
10. 如權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器裝置，還包括儲熱裝置，連接至該熱交換器。
11. 如權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器裝置，其中該電源系統(tǒng)包括儲電裝置。
12. 如權(quán)利要求1所述的太陽能熱水器裝置，其中該熱交換器包括水冷式熱交換器。
全文摘要
一種太陽能熱水器裝置，其包括熱電轉(zhuǎn)換模塊、集熱器、熱交換器、光聚焦板及電源系統(tǒng)。集熱器配置于熱電轉(zhuǎn)換模塊的第一側(cè)，且集熱器具有熱集中處。熱交換器配置于熱電轉(zhuǎn)換模塊相對第一側(cè)的第二側(cè)。光聚焦板配置于集熱器上，用以聚光至集熱器的熱集中處。電源系統(tǒng)連接至熱電轉(zhuǎn)換模塊，用以處理自熱電轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的電能。
文檔編號F24J2/04GK101776326SQ200910002259
公開日2010年7月14日 申請日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者劉燕妮, 李炳仁, 林雅惠, 許嘉政 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院