一種與熱能表一體化溫差電池的製作方法
2023-06-15 07:11:56 4
專利名稱：一種與熱能表一體化溫差電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種為冷熱量度表(熱能表)供電的一體化溫差電池(又稱溫差發電器)，屬於物理電源技術領域。
本實用新型的申請人在其先前的中國專利申請99105498.9、99207907.1和00100795.5中曾提出過一種管道式熱能表用溫差發電器和一種外扣式溫差電池，該溫差發電器(溫差電池)是配合實現城市集中供熱、分戶計量收費而發明的電源裝置。它們是利用管道內熱水作為熱源來發電，具有結構簡單、工作期間不用附加其它能源、無需維護、工作壽命長、使用成本低等優點，屬於綠色環保電源。
由於上述兩種溫差發電器的熱源體(集熱塊)與熱能表殼體分離，溫差發電器為獨立裝置，自成一套完整結構，加工成本較高，與戶用型熱能表的價格不匹配。另外，上述溫差發電器所採用的升壓穩壓模塊，雖能保證熱能表的正常工作，但是在不供熱或剛開始供熱階段(水溫低於30℃時)，溫差發電器(溫差電池)不能提供電源，可能造成數據遺漏。
本實用新型的目的就是針對上述問題，提供一種作為冷熱量度表(熱能表)電源的一體化溫差電池，它利用熱能表的流量計的金屬殼體作為集熱塊來採集熱量，通過溫差電換能器、升壓穩壓模塊和輔助電池，能長期、安全、連續地為熱能表提供穩定的工作電源。
本實用新型的目的是這樣實現的為冷熱量度表(熱能表)供電的一體化溫差電池由熱源體、溫差電換能器、散熱器、隔熱密封層、電子模塊和輔助電池組成。其熱源體是由熱能表流量計的金屬殼體作為集熱塊1，集熱塊1上固定溫差電換能器2和配套的鋁合金碗型肋片狀散熱器3，在其周邊粘結塑料隔板4，在集熱塊1、散熱器3和隔板4圍成的空腔內注入聚氨脂發泡劑，形成一個緻密的隔熱密封層5，將電子模塊6和輔助電池7與熱能表的電路板8結合在一起，安裝在熱能表的殼體9內。溫差電換能器的輸出電源線經塑料隔板4的小孔和熱能表殼體9的小孔，連接到電子模塊6、輔助電池7和熱能表電路板8上，構成與熱能表一體化的溫差電池。熱能表流量計的金屬殼體的底面加工成為一平臺面，作為集熱塊1，可以布放平板型溫差電換能器2，平臺面的對角有兩個螺紋孔，用2隻螺栓來固定散熱器3，將溫差電換能器2夾緊在集熱塊1的平臺面和散熱器3的平臺面之間。
電子模塊6採用步升式升壓穩壓集成電路MAX859，設計成輸出可調節的穩壓電路，經過低壓降的肖特基二極體，連接到熱能表電路板8的電源輸入端，同時並聯一組小容量電池或超級電容作為輔助電池7。
當管道內有熱水流動(供熱時)，或有低溫水流動(供冷時)，由於散熱器的作用，在溫差電換能器組的兩面具有一定溫度差，因而就能發電，並且經過電子模塊的變換，為冷熱量度表(熱能表)提供合適的工作電源，同時給蓄電池或超級電容充電。
當管道內無水流動、熱能表電路的單片機處於休眠狀態，由輔助電池7提供維持電流，僅需微安級的電流。
與先前的中國專利申請99105498.9、9920790.1和00100795.5所提供技術相比較，本實用新型除了同樣具有安全、無需維護、能長期連續穩定工作、有利於環保等特點外，還具有以下優點(1)與熱能表成為一個整體，無需單獨安裝，簡化了施工步驟；(2)由於利用熱能表流量計的金屬殼體作為溫差電池的熱源體，比先前的溫差電池體積縮小2/3，重量減輕4/5；(3)成本比先前的溫差電池減少1/2；(4)由於採用輔助電池，保證熱能表電路的單片機處於「上電」狀態，消除了數據遺漏的可能性。
下面結合具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細說明。
圖1為本實用新型實施例1和實施例2的一體化溫差電池的結構示意圖。
圖2為圖1中一體化溫差電池的集熱塊1的底視圖。
圖3為圖1中一體化溫差電池的散熱器3的機械加工三視圖。
圖4為實施例1的電路原理圖。
圖5為實施例2的電路原理圖。
實施例1與戶用熱能表一體化溫差電池(用蓄電池或超級電容作為輔助電池)。在附圖1中，集熱塊1為熱能表流量計的金屬殼體，在其底面加工成為直徑約Φ60mm的平臺面，表面光潔度為3.2，可以布放溫差電換能器；在金屬殼體底面沿管道方向加工兩個半圓柱臺，分別加工一個深8mm的M3螺紋孔，中心距為66mm，與散熱器3的兩個固定孔配鑽，圖2為集熱塊1的底視圖。
溫差電換能器2採用平板式結構，上下兩塊平板為陶瓷片或表面絕緣處理的鋁板。按設計要求對平板進行金屬化圖形處理，以便能夠焊接溫差電元件，溫差電元件採用碲化鉍基合金材料製成(信息產業部電子第十八研究所可以提供)，應用釺焊技術，將131對P型和N型溫差電單體通過銅互聯片(厚0.5mm)以串聯的方式焊接在兩塊陶瓷片之間，形成一個截面直徑為Φ50mm的溫差電換能器。
散熱器3採用鋁合金加工成輻射型肋片狀，中心底部為圓錐臺3a，上平面直徑為Φ52mm，表面光潔度為3.2，圓錐臺3a底部直徑為Φ60mm，圓錐臺3a高為8mm，圓錐臺3a與肋片基板3b連成一體，肋片基板3b呈碗狀，其底部內壁直徑為Φ70mm，口部直徑為Φ74mm，高為15mm，肋片基板3b底部厚4mm，圓周部分壁厚為3mm；32個肋片3c呈輻射狀分布在「碗型」基板的外壁，寬15mm、高40mm，並沿基板3b底面延伸到中央；在基板3b相應位置鑽2個Φ4的通孔，以便用M3的螺釘與集熱塊1相連接，固定平板型換能器2。散熱器的肋片3c均經過陽極氧化，呈黑色。用M3規格的不鏽鋼螺釘將散熱器3和溫差電換能器2固定在集熱塊1上，溫差電換能器2兩側均勻塗一薄層導熱矽脂，減少接觸面的熱阻，提高熱電轉換效率。
在集熱塊1、散熱器3和塑料隔板4圍成的空腔內注入聚氨脂發泡劑，形成一個緻密的隔熱層5，同時保護溫差電換能器2內的半導體材料，也加強了溫差電池自身的機械強度；溫差電換能器2的輸出電源線從隔板4鑽孔引出，經熱能表殼體9的小孔，連接到電子模塊6、輔助電池7和熱能表電路板8上，構成與熱能表一體化的溫差電池。然後用熱溶膠固定電源線根部。
圖1中的電子模塊6的電路原理圖如附圖4所示，其中IC1採用美國美信公司的步升式升壓穩壓電路-MAX859，電阻R1、R2、R3分別為10KΩ、200KΩ、100KΩ，電容C1、C2分別為22μf、0.1μf，電感L1為47μh，整流二極體z1為IN5817。當輸入電壓或負載電流變化時，IC1自動調節脈衝頻率，穩定輸出電壓為設定值。附圖4中的阻塞二極體D1為IN5817，防止輔助電池7對電子模塊6反向放電；附圖4中的FD1為小容量鎘鎳、氫鎳電池、鋰離子電池或1f的超級電容器，作為輔助電池7，當溫差電池發電時，一方面給熱能表電路板供電，同時給蓄電池或超級電容器浮充電。
實施例2與戶用熱能表一體化溫差電池(用一次電池作為輔助電池)。附圖5為實施例2的電路原理圖，圖中FD2為小容量扣式鋰錳電池，作為輔助電池7；圖5中的阻塞二極體D2為IN5817，防止電子模塊6對鋰錳電池充電。實施例2的機械部份與實施例1相同。
權利要求1.一種與熱能表一體化溫差電池，由熱源體、溫差電換能器、散熱器、隔熱密封層和電子模塊組成，其特徵在於利用熱能表的流量計的金屬殼體作為熱源體集熱塊[1]；溫差電換能器[2]由圓型平板溫差電換能器組成；散熱器[3]為碗型肋片狀散熱器；電子模塊[6]由步升式升壓穩壓電路組成，附有輔助電池[7]。
2.根據權利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特徵在於所述的集熱塊[1]為熱能表流量計金屬殼體的底面加工成為平臺面，可以安放溫差電換能器[2]；在金屬殼體底面沿管道方向加工兩個半圓柱臺，分別加工一個螺紋孔，固定散熱器[3]和平板型換能器[2]。
3.根據權利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特徵在於所述的碗型肋片狀散熱器[3]，中心底部為圓錐臺，圓錐臺與肋片基板連成一體，肋片基板呈碗狀，其底部內壁直徑小於口部直徑，32個肋片呈輻射狀分布在「碗型」基板的外壁，並沿基板底面延伸到中央；在基板相應位置鑽2個通孔，以便用M3的螺釘與集熱塊[1]相連接，固定平板式換能器[2]。散熱器的肋片均經過陽極氧化，呈黑色。
4.根據權利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特徵在於所述的溫差電換能器[2]採用圓型平板式溫差電換能器，其冷、熱面為金屬化圖形處理的圓型陶瓷片[1]或絕緣處理的鋁板，溫差電元件用碲化鉍基合金材料製成。
5.根據權利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特徵在於所述的電子模塊[6]包括步升式升壓穩壓集成電路，能夠把溫差電換能器輸出的不穩定低電壓變換成可預先設定的電壓值(如3.6V)，用作熱能表電源，並且附加一組小容量電池或超級電容作為輔助電池[7]。
6.根據權利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特徵在於所述的電子模塊[6]和輔助電池[7]，經過低壓降的肖特基二極體，連接到熱能表電路板[8]的電源輸入端，防止輔助電池[7]對電子模塊[6]反向放電或對鋰錳電池充電。
專利摘要本實用新型公開了一種與熱能表一體化溫差電池，它是利用熱能表金屬殼體作為集熱塊，在其平臺面固定溫差電換能器和碗型肋片狀散熱器。當溫差電池接入供熱管道，熱水的熱量由集熱塊傳送到換能器，餘熱由散熱器散發到周圍空間，在換能器兩面形成溫度差，產生溫差電動勢，經過電子模塊的變換，給熱能表電路板供電，同時給輔助電池浮充電；當管道內流動低溫水時，也可為冷熱量度表提供電源。當管道內無水流動、熱能表電路處於休眠狀態，由輔助電池提供微安級維持電流。
文檔編號H01L35/00GK2529388SQ0220348
公開日2003年1月1日 申請日期2002年2月20日 優先權日2002年2月20日
發明者劉曉光, 王鳳躍, 陳學軍, 祖鐵柱 申請人:天津藍天高科電源股份有限公司