專利名稱：熱能表用溫差發(fā)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管道式供熱能表用的溫差發(fā)電器，屬于物理電源技術(shù)領(lǐng)域。
二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，隨著人民生活水平的提高，社會(huì)公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)的強(qiáng)化，冬季取暖采用集中供熱的方式已成為現(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展方向。為了規(guī)范供熱方與取暖周戶之間的費(fèi)用結(jié)算，歐、美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家采用熱能表來(lái)計(jì)量供熱量。據(jù)了解，我國(guó)有關(guān)部門決定在采暖地區(qū)逐步推廣采暖熱能表。目前，國(guó)外一般使用交流電或高能鋰電池作為熱能表電源(見(jiàn)丹麥Kamtrup公司產(chǎn)品介紹)。采用交流電作儀表電源時(shí)，停電期間無(wú)法記錄供熱量。熱能表內(nèi)部流動(dòng)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(gè)供暖管道帶有220伏交流電，后果嚴(yán)重。采用高能鋰電池(鋰—亞硫酰氯電池)作電源，需要定期更換，而且該電池存在易于爆炸的隱患，一般不適合家庭用。
溫差發(fā)電器是固態(tài)電源，屬于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(dǎo)體的溫差電效應(yīng)而制成的?，F(xiàn)有溫差發(fā)電器大多采用放射性同位素或烴類燃料燃燒作為熱源，用于深空宇宙飛行器、無(wú)人值守氣象站、輸油氣管道陰極保護(hù)等場(chǎng)合?，F(xiàn)有溫差發(fā)電器的結(jié)構(gòu)不能用作熱能表電源。
溫差發(fā)電器是一種軟輸出特性的電源，即輸出電壓隨著負(fù)載的大小而變化，為了提供穩(wěn)定的工作電壓，必須附加穩(wěn)壓電路。由于熱能表功耗是毫瓦級(jí)，工作電壓為5伏±0.2伏。在此功率范圍內(nèi)的溫差發(fā)電器輸出電壓只有0.8～1伏，不能滿足熱能表的電壓要求。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種作熱能表電源的溫差發(fā)電器。它利用供熱管道內(nèi)的熱水作熱源，通過(guò)溫差電換能器和內(nèi)置電子升壓穩(wěn)壓模塊，能長(zhǎng)期、安全、連續(xù)地為熱能表提供穩(wěn)定電流，無(wú)須維護(hù)，不用附加其它能源。
本發(fā)明的實(shí)施方案是這樣的在熱源管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(zhì)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(fā)泡劑，形成一個(gè)致密的隔熱層8，并且將升壓穩(wěn)壓模塊6與換能器連接后密封在隔熱層中，用導(dǎo)線將升壓穩(wěn)壓模塊的輸出接到外部，構(gòu)成熱能表用的溫差發(fā)電器。
通過(guò)法蘭1(或螺紋)將溫差發(fā)電器的熱源管2和熱能表的流量計(jì)串接。當(dāng)供熱管內(nèi)有熱水流過(guò)時(shí)，熱量便由熱源管2管壁上的集熱塊3傳送到平板型換能器4，余熱由緊貼在換能器4上的散熱器5散發(fā)到周圍空間去，在換能器4的兩面形成一定溫度差ΔTD℃。由于換能器4內(nèi)部溫差電元件的塞貝克效應(yīng)(即溫差電效應(yīng))，在換能器的輸出端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)E(即開(kāi)路電壓)E＝NαPNΔTi其中αPN為一對(duì)溫差電元件的平均溫差電動(dòng)勢(shì)率，單位為微伏/℃；N為換能器內(nèi)串聯(lián)的溫差電元件對(duì)數(shù)；ΔTi為溫差電元件冷、熱端的溫度差，其數(shù)值近似等于換能器兩端的度差ΔTD單位為℃。
雖然，換能器輸出的工作電流I＝E/(r+RL)是不穩(wěn)定的，但是經(jīng)過(guò)升壓穩(wěn)壓模塊6的變換后，溫差發(fā)電器就能輸出穩(wěn)定的額定電壓了。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)(1)安全，不存在觸電和爆炸的隱患；(2)能長(zhǎng)期連續(xù)工作。因?yàn)闇夭铍姄Q能器和升壓穩(wěn)壓模塊屬固態(tài)器件，而且又經(jīng)聚氨脂泡沫塑料密封，隔水、防空氣氧化，使用壽命大于15年。只要熱源管中有熱水流動(dòng)，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(jīng)升壓穩(wěn)壓模塊變換后，能滿足熱能表的額定要求，且不受熱水溫度、環(huán)境溫度、負(fù)載電流波動(dòng)的影響。(4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作期間不用附加其它能源，而且無(wú)須維護(hù)，因此，總的使用成本低。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
附

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的熱能表用溫差發(fā)電器的剖面示意圖附圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的熱能表用溫差發(fā)電器的剖面示意圖附圖3為升壓穩(wěn)壓模塊的電氣原理圖。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1通徑為DN 80毫米供熱干管的熱能表用的溫差發(fā)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(nèi)徑為80毫米，壁厚6毫米。法蘭1外徑為200毫米，8個(gè)螺栓孔的中心距為160毫米，其余尺寸均參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB9114～9116、9119、9123-88)。熱源管2長(zhǎng)度為240毫米，在其中段加工兩個(gè)平臺(tái)集熱塊3，對(duì)稱分布在管壁兩側(cè)。平臺(tái)的頂部為一個(gè)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，有利于采集熱流。兩個(gè)平面應(yīng)平行。在外壁加工兩個(gè)寬2毫米、深2毫米的環(huán)形凹槽，位于集熱塊的兩側(cè)，間隔為100毫米，便于安裝密封板7。
換能器4采用平板式結(jié)構(gòu)，上、下兩塊平板為陶瓷片或表面絕緣處理的鋁板。按設(shè)計(jì)要求對(duì)平板進(jìn)行金屬化圖形處理，以便能夠焊接溫差電元件。溫差電元件采用碲化鉍基合金材料制成。應(yīng)用釬焊技術(shù)，將127對(duì)P型和N型溫差電單體通過(guò)銅互聯(lián)片(厚0.5毫米)以串聯(lián)的方式焊接在兩塊陶瓷片之間，形成一個(gè)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(cè)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(nèi)側(cè)中央有一四方棱臺(tái)，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(guī)格的不銹鋼螺釘將散熱器5和換能器4固定在集熱塊3上，換能器4兩側(cè)均勻涂一薄層導(dǎo)熱硅脂，減少接觸面的熱阻，提高熱電轉(zhuǎn)換效率。
在散熱器5和熱源管2之間的空腔內(nèi)，注入聚氨脂發(fā)泡劑，形成一個(gè)致密的隔熱層8，同時(shí)保護(hù)換能器內(nèi)的半導(dǎo)體材料，也加強(qiáng)了發(fā)電器自身的機(jī)械強(qiáng)度。
將兩塊換能器4的輸出線串聯(lián)起來(lái)，接入升壓穩(wěn)壓模塊6。在附圖3中，IC1采用美國(guó)美信公司的步升式直流變換器電路，其它元件均見(jiàn)圖中標(biāo)示。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，IC1自動(dòng)調(diào)節(jié)脈沖頻率，穩(wěn)定輸出電壓為額定值。用環(huán)氧樹(shù)脂把整個(gè)電路板封在一個(gè)模塊內(nèi)，成為一個(gè)三端升壓穩(wěn)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鉆孔引出，然后用熱溶膠密封固定。
為了便于熱能表安裝測(cè)試傳感器，在熱能管2上加工一個(gè)傳感器安裝管9，高為70毫米，安裝螺紋為G1/2B。
實(shí)施例2通徑為DN20毫米的戶用采暖熱能表用的溫差發(fā)電器。在附圖2中，熱源管2為鋼或黃銅制成，兩端聯(lián)接螺紋為G1B，可以接入供熱管道。熱源管2內(nèi)徑為20毫米，壁厚4毫米，散熱器基板為一個(gè)100毫米×100毫米×4毫米的鋁板上側(cè)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(wěn)壓模塊6，密封板7，密封隔熱泡沫塑料8均和實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.一種管道式供熱能表用的溫差發(fā)電器，由熱源體、溫差電換能器、散熱器、隔熱密封層組成，其特征在于其中的熱源體是由熱源管[2]、集熱塊[3]構(gòu)成，各集熱塊分別固定一塊溫差電換能器[4]和配套的鋁質(zhì)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(fā)電器還包括一個(gè)升壓穩(wěn)壓模塊[6]，將換能器[4]的輸出電壓進(jìn)行變換，為熱能表提供穩(wěn)定的電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器，其特征在于所述的熱源管[2]是串接在供熱管道之間，利用供熱管內(nèi)的熱水或蒸汽作為熱源，其外壁有若干個(gè)集熱塊[3]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器，其特征在于所述的換能器采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制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫差發(fā)電器，其特征在于所述的升壓穩(wěn)壓模塊[6]，把溫差電換能器輸出的不穩(wěn)定低電壓變換成3伏、5伏等穩(wěn)定電壓，用作熱能表電源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種管道式熱能表用的溫差發(fā)電器,它是在其熱源管2外壁有若干個(gè)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串接入供熱管道后,當(dāng)供熱管內(nèi)有熱水流過(guò)時(shí),熱量便由集熱塊傳送到換能器,余熱由緊貼在換能器冷面的散熱器散發(fā)到周圍空間去,在換能器的兩面形成溫度差。由于溫差電元件的塞貝克效應(yīng),在換能器的輸出端產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)(即開(kāi)路電壓),經(jīng)過(guò)升壓穩(wěn)壓模塊變換,為熱能表提供穩(wěn)定的額定電壓。由于溫差電換能器和升壓穩(wěn)壓模塊是固態(tài)器件,且為聚氨酯泡沫塑料密封,能夠長(zhǎng)期、連續(xù)、安全、穩(wěn)定地工作。
文檔編號(hào)H02N11/00GK1240312SQ99105498
公開(kāi)日2000年1月5日 申請(qǐng)日期1999年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月8日
發(fā)明者劉堯光, 王鳳躍, 趙彥民 申請(qǐng)人:電子工業(yè)部第十八研究所