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微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置

阅读:433发布:2021-01-05

专利汇可以提供微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,包括两种类型:激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置或 太阳能 聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用激光无线传输 能量 来产生复合发电;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:激光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热 电池 部分、 热能 发电部分、智能 控制器 ;所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分能够产生陷光效应并吸收激光或太阳能聚光、储存转换由激光或者太阳能聚光传输来的能量,能够在白天或夜间分别向热电池部分、热能发电部分传输并提供工作能量,装置能够对外输出热 光伏发电 、热能发电产生的综合电量。,下面是微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置专利的具体信息内容。

1.一种微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,包括两种类型:激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置或太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用激光无线传输能量产生复合发电;所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用太阳能聚光产生复合发电;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:激光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分、智能控制器;所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分、智能控制器;所述两种类型装置中的激光部分、聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分均由智能控制器统一调控;所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分能够产生陷光效应并吸收激光或太阳能聚光,储存转换由激光或者太阳能聚光传输来的能量,能够在白天或夜间分别向热电池部分、热能发电部分传输并提供工作能量,装置能够对外输出热光伏发电、热能发电产生的综合电量。
2.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述激光部分包括:激光发射器、激光发射调控器、激光高斯光束整形镜;所述激光发射器包括:激光单束发射器、激光多束发射器、红外激光发射器、紫外激光发射器、可见光激光发射器、波长可调谐激光发射器;所述激光多束发射器包括:激光多束多种波长发射器;所述激光高斯光束整形镜能够将高斯光束整形为平顶光束,能够克服由于激光无线能量传输过程中的激光光斑能量分布不均匀问题;所述激光高斯光束整形镜包括:非球面透镜;所述非球面透镜包括:伽利略型非球面镜组;所述伽利略型非球面镜组包括:以伽利略望远镜结构为基础,包括一片非球面平凹透镜和一片非球面平凸透镜。
3.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分包括:微纳米光陷阱结构吸热层、第一导热层、蜂窝储能夹芯层;所述蜂窝储能夹芯层通过第一导热层与微纳米光陷阱结构吸热层紧密相连接,并构成陷光、吸热、储能的复合结构;所述热电池部分在微纳米光陷阱蜂窝储能部分下端,并通过第二导热层与微纳米光陷阱蜂窝储能部分紧密相连接;所述热电池部分包括:光子增强热离子发射电池、热离子发射电池、热光伏电池、全固态高温电池;所述热能发电部分通过第三导热层与热电池部分相连接;所述热能发电部分包括:温差热电发电器、热机发电装置;所述热机发电装置包括:斯特林发电装置、蒸汽机发电装置。
4.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分中的微纳米光陷阱结构吸热层包括:纳米线纳米棒纳米管、纳米球、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、微米球、微纳米结构复合材料、微纳米结构材料涂层、黑、黑色金属;所述微纳米光陷阱结构材料的直径、长度、形态、分布、复合方式等参数均可根据使用的具体需要进行设计调节,能够形成有效的微纳米捕光“天线”结构形态,能够形成多次反射或折射,能够控制和引导从光中吸收能量,使其对光的反射损失率降低,提高陷光、捕光、吸光效率,构成高效的微纳米光陷阱结构吸热层。
5.根据权利要求4所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述黑硅其硅材料表面具有微纳米结构及阵列,其中包括:圆锥或微锥形态阵列结构、柱状阵列结构、孔状阵列结构、絮状结构、微纳双重结构阵列;所述微纳双重结构阵列包括:由规则排列的微米量级的尖锥阵列以及无序排列在尖锥阵列表面的纳米量级的多孔层构成;所述黑硅由于陷光能强,其表面呈黑色,能够吸收近紫外至近红外波段的光,具有针对激光多束多种波长或者太阳光宽波段的吸收性能。
6.根据权利要求4所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述黑色金属其金属表面具有微纳米复合结构,其中包括:微纳米多孔嵌套结构;所述黑色金属由于金属纳米颗粒通过激发表面等离激元和形成局域表面等离激元共振,入射光大部分能量耦合到表面等离子波,使反射光能量急剧减少,来实现抗反射效果,促进光吸收;所述微纳米多孔嵌套结构其中包括:由微纳米大尺寸的凹坑里嵌套着微纳米小尺寸的孔洞构成,呈现黑色,具有宽谱抗反射强吸收效果;所述黑色金属包括:表面具有微纳米结构的金、、铂、、钨。
7.根据权利要求1或3所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述
微纳米结构材料涂层包括:单层微纳米结构材料涂层、多层微纳米结构材料涂层,其中包括:黑色涂层、黑涂层、镍磷合金涂层、碳纳米管涂层、石墨烯涂层、纳米材料构成的梯度折射率涂层、特殊凸起或凹陷结构涂层。
8.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述蜂窝储能夹芯层包括:蜂窝夹芯层结构中装填有相变储能材料或相变储能复合材料、导热粉;所述蜂窝储能夹芯层结构包括:平面型蜂窝储能夹芯结构类型、曲面型蜂窝储能夹芯结构类型、柔性蜂窝储能夹芯结构类型、可变形蜂窝储能夹芯结构类型;所述蜂窝储能夹芯层拓扑形态结构包括:六边形蜂窝夹储能芯层形态结构、矩形蜂窝储能夹芯层形态结构、三形蜂窝储能夹芯层形态结构、菱形蜂窝储能夹芯层形态结构、圆形蜂窝储能夹芯层形态结构、椭圆形蜂窝储能夹芯层形态结构、内凹六边形蜂窝储能夹芯层形态结构、箭头形蜂窝储能夹芯层形态结构、星形蜂窝储能夹芯层形态结构、手形蜂窝储能夹芯层形态结构、类蛇形蜂窝储能夹芯层形态结构;所述蜂窝储能夹芯层形态结构材料采用导热性能良好的材料构成,其中包括:金属、合金、无机材料、有机材料、复合材料、纳米材料;所述蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构;所述蜂窝胞壁室具有封闭形态结构或半封闭形态结构;所述相变储能材料或相变储能复合材料以及导热粉装填在蜂窝夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构中,不同拓扑形状类型蜂窝储能夹芯层形态结构以及不同组分的相变储能材料、相变储能复合材料与导热粉共同构成蜂窝储能夹芯层整体结构;所述蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构能够减小相变储能材料存在的“热斑”、“热松脱”现象,能够克服其中部分相变储能材料存在的导热性能不够好的问题,也能够提高相变储能材料工作的热稳定性;由于蜂窝储能夹芯层中的蜂窝胞壁室呈现紧密有序排列并构成网格式结构,提高了系统及装置的热耦合性能。
9.根据权利要求8所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述相变储能材料或相变储能复合材料其中包括:泡沫金属复合相变材料、泡沫金属化物复合材料、熔融盐-膨胀石墨基复合材料、熔融盐-金属基复合材料、熔融盐-陶瓷基复合材料、熔融盐-陶土基复合材料、硅、铝硅合金、铝硅合金、铝硅镁合金、铝硅锌合金、其它硅金属合金、NaF、MgF2、CaF2、Na2O2、AlCl3、LiH、LiF、KF、NaCl、KCl、CaCl2、KCaF3、NaMgF3、KMgF3、KNO3、NaNO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、LiOH、KClO3,以及它们之间不同比例的混合材料;所述泡沫金属复合相变材料其包括:泡沫金属铜复合相变材料、泡沫金属镍复合相变材料、泡沫金属铝复合相变材料、其它泡沫合金复合相变材料;所述蜂窝储能夹芯层包括:导热粉;所述导热粉包括:纳米碳管、石墨烯、石墨粉、铜粉、陶瓷粉;所述泡沫金属复合相变材料中的泡沫金属结构和导热粉与蜂窝夹芯层中的蜂窝胞壁室阵列共同构成良好的导热系统,能够加强与相变储能材料间的热传导,能够加快相变储能材料的吸热与放热过程。
10.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热
电池部分的光子增强热离子发射电池通过第二导热层与蜂窝储能夹芯层紧密连接;所述光子增强热离子发射电池包括:采用P型半导体材料作为阴极,采用金属材料构成集电极阳极;所述阴极电极与阳极电极形成一个平行板结构,两个电极之间间隙为真空状态,并相应配置有抽真空孔或抽真空管;所述P型半导体阴极材料其中包括:砷化镓GaAs、氮化镓GaN以及其它P型半导体材料; 所述集电极阳极材料其中包括:金属材料、硅基底金刚石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明导电薄膜;当阴极温度升高时,阴极材料表面产生光子发射,阳极作为集电极能够吸收从阴极发射出的电子,达到稳定后,通过外部负载形成发电电流
所述光子增强热离子发射电池能够收集光子和热能两种类型能量,其发电效率显著提高。
11.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热
电池部分的热离子发射电池通过第二导热层与蜂窝储能夹芯层紧密相连接;所述热离子发射电池包括:阴极发射电极、集电极、真空层、绝缘层;所述阴极发射电极的材料包括:钨、錸、鉬;所述绝缘层的材料其中包括:三氧化二铝、AI2O3 /Nb金属陶瓷;电极间可充气铯,并保持一定的真空度;当蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输至阴极发射电极,阴极发射电极温度升高,电子从阴极表面射出,通过极狭窄的电极间隙真空层,达到温度降低的集电极,热离子发射电池进行发电并对外输出电量。
12.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热
电池部分的热光伏电池包括:热辐射器、光子滤波器、热光伏电池、绝热层;所述光子滤波器在热辐射器与热光伏电池之间;在热辐射器、光子滤波器与热光伏电池的光伏通道四周有反射板;所述热辐射器其中包括:多壁碳纳米管阵列/薄膜辐射器、光子晶体辐射器、石墨烯辐射器、石墨辐射器、碳化硅辐射器、表面纳米结构钨辐射器、光栅/薄膜纳米结构辐射器、氮化硅辐射器、含二氧化鉺的二氧化钛微光纤结构选择性辐射器、稀土氧化物辐射器、钨辐射器、多铝红柱石辐射器、堇青石辐射器;当蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输给热辐射器,热辐射器温度升高,产生热辐射光谱;部分热辐射光谱通过光子滤波器,辐照在热光伏电池上,热光伏电池进行发电并对外输出电量。
13.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热
能发电部分其中包括:温差热电发电器、热机发电装置;所述温差热电发电器的热端通过第三导热层与热电池部分紧密相连接;所述温差热电发电器包括:热端、热电层、冷端;所述热电层以温差发电片为基体;温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模;温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满,防止热量从发电模块的热端直接流向冷端;所述热端的一面与热电层相连接;所述热端的另一面与热电池部分相连接;所述热电层中温差发电片包括:n型热电元件、P型热电元件;所述n型热电元件、P型热电元件交替排列;所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接;每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接;每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接;温差热电发电器的冷端与散热装置相连接;当太阳电池部分工作时产生的热量通过第三导热层传输至温差热电发电器的热端,由于温差热电发电器的热端与冷端产生的温差驱使温差热电发电器进行发电并对外输出电量。
14.根据权利要求1所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热
能发电部分的热机发电装置中的斯特林发电装置和蒸汽机发电装置其中包括:热管、斯特林发动机或蒸汽机、发电机;所述热管其中包括:外四方内圆形热管、外六方内椭圆形热管、外八方内圆形热管、外圆弧内方形热管、外圆弧内圆形热管;热管采用材料为导热性能良好的耐腐蚀的材料,其包括:耐高温金属、耐高温合金、耐高温陶瓷、石墨、石墨稀、耐高温复合材料;所述热管通过第三导热层与热电池部分外侧表面形态相对应吻合,并保持紧密接触,并吸收热电池部分工作时产生的热量,通过热管中的工质将能量传输给斯特林发动机或蒸汽机,斯特林发动机或蒸汽机带动发电机进行发电工作,并对外输出电量。
15.根据权利要求1所述微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述聚光
部分包括:聚光器、太阳光跟踪角度调节器;所述聚光器包括:点聚焦聚光器、线聚焦聚光器、复合聚光器、聚光比调节器;所述点聚焦聚光器采用聚光的透镜或反射镜和热电池部分处于同一条光学轴线上;所述点聚焦聚光器包括:碟式聚光器、塔式聚光器;所述线聚焦聚光器包括:条形透镜、曲面透镜、抛物槽、线聚光组合抛物面;所述点聚焦聚光器和线聚焦聚光器均包括:菲涅尔透镜;所述复合聚光器包括:点聚焦聚光器与线聚焦聚光器的组合。
16.根据权利要求1所述微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,其特征在于,所述热电
池部分中装配有温度传感器;所述温度传感器与智能控制器相连接;所述微纳米光陷阱结构吸热层、蜂窝储能夹芯层、热电池部分、温差热电发电器的四周均有绝热层。

说明书全文

微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置

技术领域

[0001] 本发明属于新能源技术领域,涉及激光无线传输能量太阳能聚光的综合发电应用,具体涉及一种微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置。

背景技术

[0002] 随着现代工业的快速发展,新能源及可再生能源的开发与利用备受关注,太阳每年辐射至地球表面的能量约为3×1024焦,相当于目前全球商业能源消耗量的10000倍左右。因此,太阳能作为一种清洁、环保和广泛持久存在的新能源,是人类社会应对能源短缺、气候变化与节能减排的重要选择之一。现阶段,一般主要采用热发电和光伏发电两种太阳能发电方式。热发电是将太阳辐射能转换成热能并加以发电应用;光伏发电是将半导体等材料的光伏效应原理制造太阳电池,将光能转换为电能;太阳能光伏发电可以直接转化太阳光能为电能,不需要燃料资源,也不会产生污染问题,同时具有许多优势,如维护难度较小,建设周期较短,不会产生噪声、能量获取容易等。因此近些年来,光伏发电得到了较快发展。但是,目前光伏发电在能源市场中所占比重还不太高,阻碍其发展的主要因素之一是其转化效率还不太高的问题。当一束光线照射在太阳电池平整的片上时,约有32.6%的太阳光会被反射,硅太阳电池只能吸收67.4%的阳光,这意味着近三分之一的太阳光被反射浪费掉了,从经济和效率的度来看,这种情况已成为太阳能吸收利用的主要障碍之一;而且太阳电池材料本身的光谱响应特性也造成大量浪费在短波光子被硅吸收后以热量的方式释放出来,这部分占总能量的32%;波长大于截止波长的光子基本不能够被吸收,这部分约占总能量的19%。如何进一步提高太阳能的利用效率,如何进一步增强对太阳光的吸收,如何减小对太阳光反射造成的能量损失,如何将太阳能发电产生的能量通过激光进行无线传输,并将能量转换为电量等,如何将太阳能光伏发电与光热发电有机结合并加以综合利用等,这些都急待人们去解决。

发明内容

[0003] 针对当前激光无线传输能量并进行电能转换方面存在的技术问题,以及太阳能光伏发电技术及装置发展中存在的系列问题,本发明提供一种微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,包括两种类型:激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置或太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用激光无线传输能量来产生复合发电;所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置采用太阳能聚光来产生复合发电;所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:激光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分、智能控制器;所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置包括:聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分、智能控制器;所述两种类型装置中的激光部分、聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分均由智能控制器统一调控;所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分能够产生陷光效应并吸收无线传输激光或太阳能聚光,储存转换由无线传输激光或者太阳能聚光传输来的能量,能够在白天或夜间分别向热电池部分、热能发电部分传输并提供工作能量,装置能够对外输出热光伏发电、热能发电产生的综合电量。
[0005] 上述方案中,所述激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置中激光部分包括:激光发射器、激光发射调控器、激光高斯光束整形镜;所述激光发射器包括:激光单束发射器、激光多束发射器、红外激光发射器、紫外激光发射器、可见光激光发射器、波长可调谐激光发射器;所述激光多束发射器包括:激光多束多种波长发射器;所述激光高斯光束整形镜能够将高斯光束整形为平顶光束,能够克服由于激光无线能量传输过程中的激光光斑能量分布不均匀问题;所述激光高斯光束整形镜包括:非球面透镜;所述非球面透镜包括:伽利略型非球面镜组;所述伽利略型非球面镜组包括:以伽利略望远镜结构为基础,主要由一片非球面平凹透镜和一片非球面平凸透镜组成。
[0006] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分包括:微纳米光陷阱结构吸热层、第一导热层、蜂窝储能夹芯层;所述蜂窝储能夹芯层通过第一导热层与微纳米光陷阱结构吸热层紧密相连接,并构成陷光、吸热、储能的复合结构;所述热电池部分在微纳米光陷阱蜂窝储能部分下端,并通过第二导热层与微纳米光陷阱蜂窝储能部分紧密相连接;所述热电池部分包括:光子增强热离子发射电池、热离子发射电池、热光伏电池、全固态高温电池;所述热能发电部分通过第三导热层与热电池部分相连接;所述热能发电部分包括:温差热电发电器、热机发电装置;所述热机发电装置包括:斯特林发电装置、蒸汽机发电装置。
[0007] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述微纳米光陷阱蜂窝储能部分中的微纳米光陷阱结构吸热层其中包括:纳米线纳米棒纳米管、纳米球、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、微米球、微纳米结构复合材料、微纳米结构材料涂层、黑硅、黑色金属;所述微纳米光陷阱结构材料的直径、长度、形态、分布、复合方式等参数均可根据使用的不同具体需要进行设计调节,能够形成有效的微纳米捕光“天线”结构形态,能够形成多次反射或折射,能够控制和引导从太阳能聚光或者激光中吸收能量,使其对光的反射损失率降低,提高陷光、捕光、吸光效率,构成高效的微纳米光陷阱结构吸热层。
[0008] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述黑硅其硅材料表面具有微纳米结构及阵列,其中包括:圆锥或微锥形态阵列结构、柱状阵列结构、孔状阵列结构、絮状结构、微纳双重结构阵列;所述微纳双重结构阵列其中包括:由规则排列的微米量级的尖锥阵列以及无序排列在尖锥阵列表面的纳米量级的多孔层构成;所述黑硅由于陷光能强,其表面呈黑色,能够吸收近紫外至近红外波段的光,具有针对激光多束多种波长或太阳光宽波段吸收性能。
[0009] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述黑色金属其金属表面具有微纳米复合结构,其中包括:微纳米多孔嵌套结构;由于金属纳米颗粒通过激发表面等离激元和形成局域表面等离激元共振,入射光大部分能量耦合到表面等离子波,使反射光能量急剧减少,来实现抗反射效果,促进光吸收;所述多孔嵌套结构其中包括:由微纳米大尺寸的凹坑里嵌套着微纳米小尺寸的孔洞构成,呈现黑色,具有宽谱抗反射强吸收效果;所述黑色金属其中包括:表面具有微纳米结构的金、、铂、、钨以及其它金属。
[0010] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述微纳米结构材料涂层包括:单层微纳米结构材料涂层、多层微纳米结构材料涂层,其中包括:黑色涂层、黑涂层、镍磷合金涂层、碳纳米管涂层、石墨烯涂层、纳米材料构成的梯度折射率涂层、特殊凸起或凹陷结构涂层。
[0011] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述蜂窝储能夹芯层包括:蜂窝夹芯层结构中装填有相变储能材料或相变储能复合材料、导热粉;所述蜂窝储能夹芯层结构包括:平面型蜂窝储能夹芯结构类型、曲面型蜂窝储能夹芯结构类型、柔性蜂窝储能夹芯结构类型、可变形蜂窝储能夹芯结构类型;所述蜂窝储能夹芯层拓扑形态结构包括:六边形蜂窝储能夹芯层形态结构、矩形蜂窝储能夹芯层形态结构、三角形蜂窝储能夹芯层形态结构、菱形蜂窝储能夹芯层形态结构、圆形蜂窝储能夹芯层形态结构、椭圆形蜂窝储能夹芯层形态结构、内凹六边形蜂窝储能夹芯层形态结构、箭头形蜂窝储能夹芯层形态结构、星形蜂窝储能夹芯层形态结构、手形蜂窝储能夹芯层形态结构、类蛇形蜂窝储能夹芯层形态结构;所述蜂窝储能夹芯层形态结构材料采用导热性能良好的材料构成,其中包括:金属、合金、无机材料、有机材料、复合材料、纳米材料;所述蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构;所述蜂窝胞壁室具有封闭形态结构或半封闭形态结构;所述相变储能材料或相变储能复合材料以及导热粉装填在蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构中,所述不同拓扑形状类型蜂窝储能夹芯层形态结构以及不同组分的相变储能材料、相变储能复合材料与导热粉共同构成蜂窝储能夹芯层整体结构;所述蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构能够减小相变储能材料存在的“热斑”、“热松脱”现象,能够克服其中部分相变储能材料存在的导热性能不够好的问题,也能够提高相变储能材料工作的热稳定性;由于蜂窝储能夹芯层中的蜂窝胞壁室呈现紧密有序排列并构成网格式结构,提高了系统的热耦合性能。
[0012] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述相变储能材料或相变储能复合材料其中包括:泡沫金属复合相变材料、泡沫金属化物复合材料、熔融盐-膨胀石墨基复合材料、熔融盐-金属基复合材料、熔融盐-陶瓷基复合材料、熔融盐-陶土基复合材料、硅、铝硅合金、铝硅合金、铝硅镁合金、铝硅锌合金、其它硅金属合金、NaF、MgF2、CaF2、Na2O2、AlCl3、LiH、LiF、KF、NaCl、KCl、CaCl2、KCaF3、NaMgF3、KMgF3、KNO3、NaNO3、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、LiOH、KClO3,以及它们之间不同比例的混合材料;所述泡沫金属复合相变材料其中包括:泡沫金属铜复合相变材料、泡沫金属镍复合相变材料、泡沫金属铝复合相变材料、其它泡沫合金复合相变材料;所述蜂窝储能夹芯层包括:导热粉;所述导热粉包括:纳米碳管、石墨烯、石墨粉、铜粉、陶瓷粉以及其它导热粉;所述泡沫金属复合相变材料中的泡沫金属结构和导热粉与蜂窝夹芯层中的蜂窝胞壁室阵列共同构成良好的导热系统,能够加强与相变储能材料间的热传导,能够加快相变储能材料的吸热与放热过程。
[0013] 上述方案中,所述热电池部分的光子增强热离子发射电池通过第二导热层与蜂窝储能夹芯层紧密连接;所述光子增强热离子发射电池包括:采用P型半导体材料作为阴极,采用金属材料构成集电极阳极;所述阴极电极与阳极电极形成一个平行板结构,两个电极之间间隙为真空状态,并相应配置有抽真空孔或抽真空管;所述P型半导体阴极材料其中包括:砷化镓GaAs、氮化镓GaN以及其它P型半导体材料;所述集电极阳极材料其中包括:金属材料、硅基底金刚石薄膜、硅基底石墨烯薄膜、硅基底透明导电薄膜;当阴极温度升高时,阴极材料表面产生光子发射,阳极作为集电极能够吸收从阴极发射出的电子,达到稳定后,通过外部负载形成发电电流;所述光子增强热离子发射电池能够收集光子和热能两种类型能量,其发电效率显著提高。
[0014] 上述方案中,所述热电池部分的热离子发射电池通过第二导热层与蜂窝储能夹芯层紧密相连接;所述热离子发射电池包括:阴极发射电极、集电极、真空层、绝缘层;所述阴极发射电极的材料其中包括:钨(W)、錸(Re)、鉬(Mo)以及其它合适热离子发射材料;所述绝缘层的材料其中包括:三氧化二铝(AI2O3)、AI2O3/Nb金属陶瓷以及其它合适绝缘材料;电极间可充气铯(Cs),并保持一定的真空度;当蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输至阴极发射电极,阴极发射电极温度升高,电子从阴极表面射出,通过极狭窄的电极间隙真空层,达到温度降低的集电极,热离子发射电池进行发电并对外输出电量。
[0015] 上述方案中,所述热电池部分的热光伏电池包括:热辐射器、光子滤波器、热光伏电池、绝热层;所述光子滤波器在热辐射器与热光伏电池之间;在热辐射器、光子滤波器与热光伏电池的光伏通道四周有反射板;所述热辐射器其中包括:多壁碳纳米管阵列/薄膜辐射器、光子晶体辐射器、石墨烯辐射器、石墨辐射器、碳化硅辐射器、表面纳米结构钨辐射器、光栅/薄膜纳米结构辐射器、氮化硅辐射器、含二氧化鉺的二氧化钛微光纤结构选择性辐射器、稀土氧化物辐射器、钨辐射器、多铝红柱石辐射器、堇青石辐射器;当蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输给热辐射器,热辐射器温度升高,产生热辐射光谱;部分热辐射光谱通过光子滤波器,辐照在热光伏电池上,热光伏电池进行发电并对外输出电量。
[0016] 上述方案中,所述热能发电部分其中包括:温差热电发电器、热机发电装置;所述温差热电发电器的热端通过第三导热层与热电池部分紧密相连接;所述温差热电发电器包括:热端、热电层、冷端;所述热电层以温差发电片为基体;温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模;温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满,防止热量从发电模块的热端直接流向冷端;所述热端的一面与热电层相连接;所述热端的另一面与热电池部分相连接;所述热电层中温差发电片包括:n型热电元件、P型热电元件;所述n型热电元件、P型热电元件交替排列;所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接;每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接;每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接;温差热电发电器的冷端与散热装置相连接;当热电池部分工作时产生的热量通过第三导热层传输至温差热电发电器的热端,由于温差热电发电器的热端与冷端产生的温差驱使温差热电发电器进行发电并对外输出电量。
[0017] 上述方案中,所述斯特林发电装置和蒸汽机发电装置其中包括:热管、斯特林发动机或蒸汽机、发电机;所述热管其中包括:包括:外四方内圆形热管、外六方内椭圆形热管、外八方内圆形热管、外圆弧内方形热管、外圆弧内圆形热管;热管采用材料为导热性能良好的耐腐蚀的材料,其中包括:耐高温金属、耐高温合金、耐高温陶瓷、石墨、石墨稀、耐高温复合材料或其它合适耐高温材料;所述热管通过第三导热层与热电池部分外侧表面形态相对应吻合,并保持紧密接触。并吸收热电池部分工作时产生的热量,通过热管中的工质将能量传输给斯特林发动机或蒸汽机,斯特林发动机或蒸汽机带动发电机进行发电工作,并对外输出电量。
[0018] 上述方案中,所述太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述聚光部分包括:聚光器、太阳光跟踪角度调节器;所述聚光器包括:点聚焦聚光器、线聚焦聚光器、复合聚光器、聚光比调节器;所述点聚焦聚光器采用聚光的透镜或反射镜和热电池部分处于同一条光学轴线上;所述点聚焦聚光器其中包括:碟式聚光器、塔式聚光器;所述线聚焦聚光器其中包括:条形透镜、曲面透镜、抛物槽、线聚光组合抛物面;所述点聚焦聚光器和线聚焦聚光器均包括:菲涅尔透镜;所述复合聚光器其中包括:点聚焦聚光器与线聚焦聚光器的组合。
[0019] 上述方案中,所述的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置,所述热电池部分中装配有温度传感器;所述温度传感器与智能控制器相连接;所述微纳米光陷阱结构吸热层、蜂窝储能夹芯层、热电池部分、温差热电发电器的四周均有绝热层。
[0020] 本发明提供的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的工作过程如下:
[0021] 激光束通过激光高斯光束整形镜照射在激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置中微纳米光陷阱蜂窝储能部分的微纳米光陷阱结构吸热层,或者太阳光照射在太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置中的聚光部分聚光器,聚光器焦聚太阳光后再照射在微纳米光陷阱蜂窝储能部分的微纳米光陷阱结构吸热层;微纳米光陷阱结构吸热层的微纳米结构复合材料能够形成多次反射或折射,产生陷光效应,能够控制和引导从光中吸收能量,使其对光的反射损失率降低,提高捕光效率;微纳米光陷阱结构吸热层吸收激光或者太阳能聚光产生的热量,通过第一导热层传输给微纳米光陷阱储能部分的蜂窝储能夹芯层;蜂窝储能夹芯层结构中具有蜂窝胞壁室阵列状结构;蜂窝胞壁室结构特征为:具有封闭状态或半封闭状态;蜂窝胞壁室阵列状结构中装填有相变储能材料或相变储能复合材料、导热粉;由于蜂窝储能夹芯层形态结构的蜂窝胞壁室采用导热性能良好的金属或合金,其蜂窝胞壁室呈现紧密有序排列并构成网格式阵列结构,提高了微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的热耦合性能;蜂窝胞壁室将热量传输给蜂窝胞壁室中装填的相变储能材料或相变储能复合材料;由于蜂窝储能夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构,并具有封闭状态或半封闭状态,能够减小相变储能材料的“热斑”、“热松脱”现象,克服了相变储能材料存在的导热性能不够好的问题,也提高了相变储能材料工作的热稳定性;由于采用蜂窝胞壁室阵列状结构,当激光或者焦聚太阳光辐照后,相变储能材料温度升高,储存能量;当系统及装置遇到激光暂时没有照射或者太阳光被层遮挡,或在夜间无太阳光辐照时,蜂窝胞壁室阵列状结构中的相变储能材料能够释放部分能量,能够继续维持向系统及装置提供连续能量,继续维持微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的发电工作。
[0022] 蜂窝储能夹芯层通过第二导热层将热量传输给热电池部分的光子增强热离子发射电池;光子增强热离子发射电池中的阴极采用P型半导体材料,阳极采用金属材料;阴极电极与阳极电极形成一个平行板结构;两个电极之间间隙为真空状态,并相应配置有真空孔或真空管;当阴极温度升高时,阴极材料表面产生光子发射,阳极作为集电极能够吸收从阴极发射出的电子,达到稳定后,通过外部负载形成发电电流;所述光子增强热离子发射电池能够收集光子和热能两种类型能量,其发电效率显著提高。
[0023] 热电池部分通过第三导热层与热能发电部分的温差热电发电器紧密相连接;温差热电发电器包括:热端、热电层、冷端;热电层以温差发电片为基体;温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模块;温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满,防止热量从发电模块的热端直接流向冷端;热端的一面与热电层相连接;热端的另一面与热电池部分相连接;热电层中温差发电片包括:n型热电元件、P型热电元件;所述n型热电元件、P型热电元件交替排列;所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接;每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接;每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接;温差热电发电器的冷端与散热装置相连接;当热电池部分工作时产生的热量通过第三导热层传输至温差热电发电器的热端,由于温差热电发电器的热端与冷端产生的温差驱使温差热电发电器进行发电并对外输出电量。
[0024] 微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置中的激光部分、聚光部分、微纳米光陷阱蜂窝储能部分、热电池部分、热能发电部分均由智能控制器统一调控;热电池部分配备有温度传感器;温度传感器与智能控制器相连接;微纳米光陷阱结构吸热层、蜂窝储能夹芯层、热电池部分、温差热电发电器的四周均有绝热层。当温度传感器检测到工作温度低于正常工作所需工作温度时,通过智能控制器调控指令激光发射调控器来增强调节激光发射强度,或者指令聚光部分的太阳光跟踪角度调节器来调节跟踪太阳照射最佳角度,或者指令聚光比调控器来调节聚光比,来提高系统及装置的工作温度;当温度传感器检测到工作温度高于安全工作温度时,通过智能控制器调控指令激光发射调控器来减弱调节激光发射强度,或者指令聚光部分的太阳光跟踪角度调节器进行偏转角度运转,或指令关闭微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的工作,确保微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置能够在安全状态下正常进行复合发电工作。
[0025] 实施本发明的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置具有以下有益效果:
[0026] a、本发明的微纳米光陷阱蜂窝储能部分,由于采用了微纳米光陷阱结构吸热层与蜂窝储能夹芯层相结合的结构,其微纳米光陷阱结构材料的直径、长度、形态、分布、复合方式等参数均可根据使用的不同具体需要进行设计调节,能够形成有效的微纳米捕光“天线”结构形态,能够形成多次反射或折射,并产生陷光效应,能够控制和引导从激光或者太阳能聚光中吸收能量,使其对光的反射损失率降低,提高捕光效率;蜂窝储能夹芯层包括:蜂窝夹芯层结构中装填有相变储能材料或相变储能复合材料、导热粉;所述蜂窝夹芯层形态结构材料采用导热性能良好的材料构成,包括:金属、合金等;因此本发明的微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置将微纳米光陷阱结构吸热层与蜂窝储能夹芯层整合成一体化结构,并具有陷光效应、快速吸热、快速导热、稳定储能的优良综合性能,能够为复合发电提供连续、稳定的能量。
[0027] b、本发明的微纳米光陷阱蜂窝储能部分中的蜂窝储能夹芯层,具有蜂窝胞壁室阵列状结构;所述相变储能材料或相变储能复合材料以及导热粉装填在蜂窝夹芯层具有蜂窝胞壁室阵列状结构中,所述不同拓扑形状类型蜂窝夹芯层形态结构以及不同组分的相变储能材料、相变储能复合材料与导热粉共同构成的蜂窝储能夹芯层;所述蜂窝胞壁室结构处于封闭状态或半封闭状态,所述相变储能材料或相变储能复合材料装填在蜂窝胞壁室中,能够减小相变储能材料存在的“热斑”、“热松脱”现象;由于蜂窝胞壁采用导热性能优良的材料,因此可以克服其中部分相变储能材料存在的导热性能不够好的问题,也提高了相变储能材料工作的热稳定性;由于蜂窝夹芯层中的蜂窝胞壁室呈现紧密有序排列并构成网格式结构,提高了微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的热耦合性能。
[0028] c、本发明采用热电池部分与热能发电部分相结合的方式,充分利用激光束通过激光高斯光束整形镜照射,或者充分利用在白天太阳能聚光照射,能够充分利用激光或者太阳能聚光产生的光伏发电效应与热能发电效应;在暂时无激光照射或者夜间也可以充分利用微纳米光陷阱蜂窝储能部分中的蜂窝储能夹芯层储存的部分能量,利用其中的相变储能材料或相变储能复合材料产生的放热效应进行复合发电;因此,显著地提高了激光或者太阳能聚光与电能之间的转换效率,使光电-光热转换的综合利用效率显著提高。附图说明:
[0029] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,
[0030] 附图中:
[0031] 图1是激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的结构示意图;
[0032] 图2是太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更清楚的理解,现对照附图1、附图2详细说明本发明的具体实施方式。
[0034] 实施例1:
[0035] 本发明激光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置其结构示意图见图1,包括:激光部分1、微纳米光陷阱蜂窝储能部分3、热电池部分4、热能发电部分5、智能控制器6;激光部分1包括:激光发射器2、激光发射调控器、激光高斯光束整形镜组25;本实施例1的激光发射器2采用激光多束发射器2;激光高斯光束整形镜组25采用伽利略型非球面镜组25;伽利略型非球面镜组25包括:非球面平凹透镜和非球面平凸透镜组成;激光高斯光束整形镜组25能够将高斯光束整形为平顶光束,克服由于激光无线能量传输过程中的激光光斑能量分布不均匀问题;经过伽利略型非球面镜组25整形为平顶光束照射在在微纳米光陷阱蜂窝储能部分3的微纳米光陷阱结构吸热层7。微纳米光陷阱蜂窝储能部分3包括:微纳米光陷阱结构吸热层7、第一导热层8、蜂窝储能夹芯层9;蜂窝储能夹芯层9通过第一导热层8与微纳米光陷阱结构吸热层7紧密相连接,并构成陷光、吸热、储能的复合结构;所述热电池部分4在微纳米光陷阱蜂窝储能部分3下端,并通过第二导热层10与微纳米光陷阱蜂窝储能部分3紧密相连接;本实施例的热电池部分4采用光子增强热离子发射电池4;热能发电部分5通过第三导热层11与光子增强热离子发射发射电池4相连接;热能发电部分5采用温差热电发电器
5;激光部分1、微纳米光陷阱蜂窝储能部分3、光子增强热离子发射发射电池4、温差热电发电器5均由智能控制器6统一调控。
[0036] 微纳米光陷阱蜂窝储能部分3中的微纳米光陷阱结构吸热层7采用微纳米铜多孔嵌套结构7;蜂窝储能夹芯层9采用平面型蜂窝储能夹芯结构类型,具体为六边形蜂窝储能夹芯结构;相变储能复合材料12采用泡沫金属铜复合相变材料(NaF-CaF2)12。
[0037] 光子增强热离子发射电池4包括:采用砷化镓GaAs作为阴极电极13;采用金属材料作为集电极阳极电极14;阴极电极13与阳极电极14形成一个平行板结构,两个电极之间的间隙15为真空状态,并相应配置有抽真空管16。
[0038] 温差热电发电器5包括:热端17、热电层18、冷端19;温差热电发电器5的热端17通过第三导热层11与光子增强热离子发射电池4紧密相连接;热电层18以温差发电片为基体;温差发电片通过串-并联链接起来组成发电模块;温差发电片单体与温差发电片单体之间的框型缝隙通过绝热材料填满,防止热量从发电模块的热端直接流向冷端;热端17的一面与热电层18相连接;热端17的另一面与光子增强热离子发射电池4相连接;热电层18中温差发电片包括:n型热电元件、P型热电元件;所述n型热电元件、P型热电元件交替排列;所述n型热电元件与相邻的P型热电元件的顶端或底端相连接;每个n型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的P型热电元件连接;每个P型热电元件的顶端或底端仅与一个相邻的n型热电元件相连接;温差热电发电器5的冷端19通过第四导热层20与散热装置21相连接。
[0039] 本发明提供的实施例1的工作过程如下:
[0040] 激光多束发射器2发射多束激光经过激光高斯光束整形镜组25采用伽利略型非球面镜组25将激光高斯光束整形为整形为平顶光束,克服由于激光无线能量传输过程中的激光光斑能量分布不均匀问题,照射在微纳米光陷阱蜂窝储能部分3的微纳米光陷阱结构吸热层7;微纳米光陷阱结构吸热层7的微纳米铜多孔嵌套结构7包括:由大尺寸的凹坑里嵌套着小尺寸的孔洞构成,呈现黑色,能够形成多次反射或折射,具有宽谱抗反射强吸收效果,能够控制和引导从光中吸收能量,使其对光的反射损失率降低,提高捕光效率;微纳米铜多孔嵌套结构7吸收聚光产生的热量,通过第一导热层8传输给微纳米光陷阱储能部分3的蜂窝储能夹芯层9;蜂窝储能夹芯层9结构中具有蜂窝胞壁室阵列状结构;蜂窝胞壁室处于封闭状态或半封闭状态;蜂窝胞壁室阵列状结构中装填有泡沫铜复合相变材料(NaF-CaF2)12;由于蜂窝储能夹芯层形态结构9材料采用导热性能良好的金属或合金,其蜂窝胞壁室呈现紧密有序排列并构成网格式阵列结构,提高了微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的热耦合性能;蜂窝胞壁室将热量传输给蜂窝胞壁室中装填的泡沫铜复合相变材料(NaF-CaF2)
12;由于蜂窝储能夹芯层9具有蜂窝胞壁室阵列状结构能够减小相变储能材料NaF-CaF2的“热斑”、“热松脱”现象,克服了相变储能材料存在的导热性能不够好的问题,也提高了相变储能材料工作的热稳定性;泡沫铜复合相变材料(NaF-CaF2)12吸收热量后温度升高,并储存能量。
[0041] 蜂窝储能夹芯层9通过第二导热层10将热量传输给光子增强热离子发射太阳电池4;光子增强热离子发射电池4中的砷化镓GaAs阴极电极13温度升高时,砷化镓GaAs阴极电极13表面产生光子发射,金属阳极14作为集电极能够吸收从砷化镓GaAs阴极电极13发射出的电子24,达到稳定后,通过外部负载形成发电电流;所述光子增强热离子发射电池4能够收集光子和热能两种类型能量,其发电效率显著提高。
[0042] 光子增强热离子发射电池4通过第三导热层11与温差热电发电器5紧密相连接;当光子增强热离子发射电池4工作时产生的热量通过第三导热层11传输至温差热电发电器5的热端17,由于温差热电发电器5的热端17与冷端19产生的温差驱使温差热电发电器5进行发电,并对外输出电量。
[0043] 微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置中的激光多束发射器2、伽利略型非球面镜组25、微纳米光陷阱蜂窝储能部分3、光子增强热离子发射电池4、温差热电发电器5均由智能控制器6统一调控;光子增强热离子发射电池4配备有温度传感器22;温度传感器22与智能控制器6相连接;微纳米光陷阱结构吸热层7、蜂窝储能夹芯层9、光子增强热离子发射电池4、温差热电发电器5的四周均有绝热层23。当温度传感器22检测到工作温度低于正常工作所需工作温度时,通过智能控制器6调控指令激光部分1的激光多束发射器2,来提高激光多束发射器2发射强度,并指令伽利略型非球面镜组25调整配合,达到提高系统的工作温度;当温度传感器22检测到工作温度高于安全工作温度时,通过智能控制器6调控指令激光部分1的激光多束发射器2,来减小激光多束发射器2发射强度,并指令伽利略型非球面镜组25调整配合,达到减小系统的工作温度目标;或指令关闭微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的工作,确保微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置能够在安全状态下正常进行复合发电工作。
[0044] 实施例2:
[0045] 本发明太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的结构示意图见图2,包括:聚光部分27、微纳米光陷阱储能部分3、热电池部分4、热能发电部分5、智能控制器6;聚光部分27、微纳米光陷阱储能部分3、热电池部分4、热能发电部分5均由智能控制器6统一调控;聚光部分27采用线焦聚菲涅尔透镜;当太阳光1照射在微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置的线焦聚菲涅尔透镜,线焦聚菲涅尔透镜焦聚太阳光26后再照射在微纳米光陷阱蜂窝储能部分3的微纳米光陷阱结构吸热层7。有关太阳能聚光型微纳米光陷阱蜂窝储能复合发电装置类型实施例2的其它工作过程与激光型复合发电装置类型实施例1的工作过程基本类似相同。
[0046] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
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