為冷熱量度表供電的溫差發電器的製作方法

2023-12-01 22:52:46

專利名稱：為冷熱量度表供電的溫差發電器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種為冷熱量度表(熱能表)供電的溫差發電器，屬於物理電源技術領域。
二十世紀九十年代以來，隨著人民生活水平的提高，社會公眾環境保護意識的強化，冬季取暖採用集中供熱的方式已成為現代城市建設的發展方向。為了規範供熱方與取暖用戶之間的費用結算，歐、美等工業發達國家採用熱能量度表(簡稱熱能表)來計量供熱量。據了解，我國有關部門決定在採暖地區逐步推廣採暖熱能表。目前，國外一般使用交流電或高能鋰電池作為熱能表電源(見丹麥Kamstrup公司產品介紹)。採用交流電作儀表電源時，停電期間無法記錄供熱量。熱能表內部流動高壓(約1.0兆帕)、高溫(70～80℃)熱水，如果儀表電路滲入水份或者電源線路損壞，可能使整個供暖管道帶有220伏交流電，後果嚴重。採用高能鋰電池(鋰—亞硫醯氯電池)作電源，需要定期更換，而且該電池存在易於爆炸的隱患，一般不適合家庭用。
溫差發電器(又稱溫差電池)是固態電源，屬於物理電源中的一類特種電源。它是利用碲化鉛、碲化鉍等化合物半導體的溫差電效應而製成的。現有溫差發電器大多採用放射性同位素或烴類燃料燃燒作為熱源，用於深空宇宙飛行器、無人值守氣象站、輸油氣管道陰極保護等場合。現有溫差發電器的結構不能用作熱能表電源。
溫差發電器是一種軟輸出特性的電源，即輸出電壓隨著負載的大小而變化，為了提供穩定的工作電壓，必須附加穩壓電路。由於熱能表功耗是毫瓦級，工作電壓為5伏±0.2伏。在此功率範圍內的溫差發電器輸出電壓只有0.8～1伏，不能滿足熱能表的電壓要求。
本實用新型的目的是針對上述問題，提供一種作冷熱量度表電源的溫差發電器。它利用供熱管道內的熱水作熱源，通過溫差電換能器和內置電子升壓穩壓模塊，能長期、安全、連續地為熱能表提供穩定電流，無須維護，不用附加其它能源。
本實用新型的實施方案是這樣的由熱源體、溫差電換能器、散熱器、隔熱密封層組成溫差發電器，其熱源體由熱源管2和集熱塊3組成，在熱源管2外壁的集熱塊3上分別固定一塊溫差電換能器4和配套的鋁質散熱器5，在熱源管2和散熱器5之間的空隙處注入聚氨脂發泡劑，形成一個緻密的隔熱層8，並且將升壓穩壓模塊6與換能器連接後密封在隔熱層中，用導線將升壓穩壓模塊的輸出接到外部，構成冷熱量度表用溫差發電器。
與現有技術相比，本實用新型具有下列優點(1)安全，不存在觸電和爆炸的隱患；(2)能長期連續工作。因為溫差電換能器和升壓穩壓模塊屬固態器件，而且又經聚氨脂泡沫塑料密封，隔水、防空氣氧化，使用壽命大於15年。只要熱源管中有熱水流動，就能提供電源，省去了更換電池的麻煩。(3)溫差電換能器輸出電壓經升壓穩壓模塊變換後，能滿足冷熱量度表用的額定要求，且不受熱水溫度、環境溫度、負載電流波動的影響。(4)結構簡單，工作期間不用附加其它能源，而且無須維護，因此，總的使用成本低。(5)當熱源管2內有製冷用的低溫水流通時，溫差電換能器也能產生電流，經內置電子元件的變換，為冷熱量度表供電。
附

圖1為本實用新型實施例1的冷熱量度表用溫差發電器的剖面示意圖；附圖2為本實用新型實施例2的冷熱量度表用溫差發電器的剖面示意圖；附圖3為圖1、圖2中溫差發電器的升壓穩壓模塊的電氣原理圖。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。實施例1通徑為DN80毫米供熱幹管的冷熱量度表用的溫差發電器。在附圖1中，熱源管2為鑄鐵、鋼或黃銅管制成，兩端有連接法蘭1，可以接入供熱管道。熱源管2內徑為80毫米，壁厚6毫米。法蘭1外徑為200毫米，8個螺栓孔的中心距為160毫米，其餘尺寸均參考國家標準(GB9114～9116、9119、9123-88)。熱源管2長度為240毫米，在其中段附加兩個平臺集熱塊3，對稱分布在管壁兩側。平臺的頂部為一個45毫米×45毫米的平面(光潔度為3.2)，根部截面尺寸為60毫米×60毫米，有利於採集熱流。兩個平面應平行。在外壁加工兩個寬2毫米、深2毫米的環形凹槽，位於集熱塊的兩側，間隔為100毫米，便於安裝密封板7。
換能器4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。應用釺焊技術，將127對P型和N型溫差電單體通過銅互聯片(厚0.5毫米)以串聯的方式焊接在兩塊陶瓷片之間，形成一個截面積為40毫米×40毫米的平板型溫差電換能器。
鋁散熱器5基板厚4毫米，外側有13片肋片，外緣呈半圓弧形，半徑為90毫米，肋片頂部厚1.5毫米，根部厚3毫米，肋片間隔5毫米，散熱器總寬度為100毫米。散熱器基板內側中央有一四方稜台，端面尺寸為45毫米×45毫米，是與換能器4接觸的部位。
用M4規格的不鏽鋼螺釘將散熱器5和換能器4固定在集熱塊3上，換能器4兩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。
在散熱器5和熱源管2之間的空腔內，注入聚氨脂發泡劑，形成一個緻密的隔熱層8，同時保護換能器內的半導體材料，也加強了發電器自身的機械強度。
將兩塊換能器4的輸出線串聯起來，接入升壓穩壓模塊6。在附圖3中，IC1採用美國美信公司的步升式直流變換器電路，其它元件均見圖中標示。當輸入電壓或負載電流變化時，IC1自動調節脈衝頻率，穩定輸出電壓為額定值。用環氧樹脂把整個電路板封在一個模塊內，成為一個三端升壓穩壓模塊。將該模塊埋入密封板7和散熱器5之間的聚氨脂泡沫塑料8中，其輸出電源線從密封板7鑽孔引出，然後用熱溶膠密封固定。
為了便於熱能表安裝測試傳感器，在熱能管2上加工一個傳感器安裝管9，高為70毫米，安裝螺紋為G1/2B。
實施例2通徑為DN20毫米的戶用採暖熱能表用的溫差發電器。在附圖2中，熱源管2為鋼或黃銅製成，兩端聯接螺紋為G1B，可以接入供熱管道。熱源管2內徑為20毫米，壁厚4毫米，散熱器基板為一個100毫米×100毫米×4毫米的鋁板上側有15片肋片，肋片高25毫米，頂部厚1.5毫米，根部厚3毫米。該散熱器可用鋁型材截成。本例中集熱塊3，換能器4，升壓穩壓模塊6，密封板7，密封隔熱泡沫塑料8均和實施例1相同。
權利要求1.一種為冷熱量度表供電的溫差發電器，由熱源體、溫差電換能器、散熱器、隔熱密封層組成，其特徵在於其中的熱源體是由熱源管[2]、集熱塊[3]構成，各集熱塊分別固定一塊溫差電換能器[4]和配套的鋁質散熱器[5]，所述的隔熱密封層是聚氨酯泡沫塑料，該密封層填充在散熱器[5]和熱源管[2]之間的空隙處，所述的發電器還包括一個升壓穩壓模塊[6]，將換能器[4]的輸出電壓進行變換，為熱能表提供穩定的電源。
2.根據權利要求1所述的溫差發電器，其特徵在於所述的熱源管[2]是串接在供熱管道之間，利用供熱管內的熱水或蒸汽作為熱源，其外壁有若干個集熱塊[3]。
3.根據權利要求1所述的溫差發電器，其特徵在於所述的換能器採用平板型溫差電換能器[4]，其冷、熱面為金屬化圖形處理的陶瓷片或絕緣處理的鋁板，溫差電元件用碲化鉍基合金材料製成。
4.根據權利要求1所述的溫差發電器，其特徵在於所述的升壓穩壓模塊[6]，把溫差電換能器輸出的不穩定低電壓變換成3V、5V穩定電壓，用作熱能表電源。
5.根據權利要求1所述的溫差發電器，其特徵在於當所述的熱源管[2]內有製冷用的低溫水流通時，也可以提供電源。
專利摘要本實用新型公開了一種為冷熱量度表供電的溫差發電器,它是在其熱源管2外壁有若干個集熱塊3,分別固定一塊溫差電換能器4和配套的散熱器5。熱源管2串接入供熱管道後,當供熱管內有熱水或製冷用的低溫水流過時,在換能器的兩面形成溫度差。由於溫差電元件的塞貝克效應,換能器的輸出端產生溫差電動勢(即開路電壓),經過升壓穩壓模塊變換,為冷熱量度表提供穩定的額定電壓。
文檔編號H01L35/00GK2378833SQ9920790
公開日2000年5月17日 申請日期1999年4月15日 優先權日1999年4月15日
發明者劉堯光, 王鳳躍, 趙彥民 申請人:電子工業部第十八研究所