专利名称：一种为冷热量度表(热能表)供电的温差电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为冷热量度表(热能表)供电的外扣式温差电池(又称温差发电器)，属于物理电源技术领域。
本发明的申请人在其先前的中国专利申请99105498.9和99207907.1中曾提出过一种管道式热能表用温差发电器，该温差发电器是配合实现城市集中供热、分户计量收费而发明的电源装置。它是利用管道内热水作为热源来发电，具有结构简单、工作期间不用附加其它能源、无需维护、工作寿命长、使用成本低等优点，属于绿色环保电源。
由于上述管道式温差发电器的热源体的热源管必须串接入供热管道，适合于安装供热管道的最初施工阶段。如果是在已有的供热系统中改用管道式温差发电器作为热能表的电源，将热源管串接入供热管道需要改动管道，施工难度比较大。而且，热源管的制造成本占管道式温差发电器整体成本的1/3～1/2，重量占整体重量的1/2～2/3。如果能够取消热源管将大大减轻温差发电器的重量，降低其制造成本。另外，上述温差发电器所采用的升压稳压模块，虽能成功地应用于国内一些厂家生产的热能表，但是应用于丹佛斯、卡姆鲁普等公司的热能表时，还存在一个问题在刚开始供热阶段，由于集热块温度是逐渐上升的，因而发电器的输出电压也是逐渐上升到所设定的稳压值，没有一个跃变阶段，不能满足单片机“上电复位”的要求，因而需要在温差发电器的输出端加一个常闭微动开关，当输出电压稳定后，按动微动开关，实现单片机的“上电复位”，才能保证热能表的正常工作。
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种作为冷热量度表(热能表)电源的外扣式温差电池，它利用固定到供热管道外壁的外扣式集热块采集热量，通过温差电换能器和升压稳压及电子开关模块，能长期、安全、连续地为热能表提供稳定的工作电源。
本发明的目的是这样实现的为冷热量度表(热能表)供电的外扣式温差发电器由热源体、温差电换能器组、散热器、隔热密封层和电子模块组成。其热源体是由固定在供热管道外壁的外扣式集热块1构成，集热块1上固定2～4块温差电换能器组2和配套的铝合金散热器3，在其周边粘结塑料隔板4，在集热块1、散热器3和隔板4围成的空腔内注入聚氨脂发泡剂，形成一个致密的隔热密封层5，并且将电子模块6与换能器组连接后密封在隔热层中，用导线将电子模块的输出接到外部构成热能表用的温差电池。外扣式集热块1的一面为平台，可以布放平板型温差电换能器组，另一面呈圆弧形半圆柱面，与供热管道外壁紧密吻合，其四角各伸出一个有通孔的小块，可以用4只螺栓和金属卡带固定在管道上。
电子模块6包括两个部分采用美国美信公司的步升式升压稳压集成电路MAX859，设计成输出可调节的稳压电路；采用两只小功率的三极管和电阻网络设计成电子开关，消除工作电压缓慢上升过程，实现瞬时加电，保证单片机所要求的“上电复位”功能。
当管道内有热水流动(供热时)，或有低温水流动(供冷时)，由于散热器的作用，在温差电换能器组的两面具有一定温度差，因而就能发电，并且经过电子模块的变换，为冷热量度表(热能表)提供合适的工作电源。
与先前的中国专利申请99105498.9和9920790.1所提供技术相比较，本发明除了同样具有安全、无需维护、能长期连续稳定工作、有利于环保等特点外，还具有以下优点(1)便于安装采用4只螺栓可以随时将发电器安装到管道上，无需改动原有管网，施工方便；(2)体积缩小1/2，重量减轻2/3；(3)外扣式温差电池不直接接触高压传热介质，节省了耐压成本投入；(4)由于用料节省和加工工序的简化，使整机成本可降低一半；(5)具备瞬时启动的加电功能，保证单片机“上电复位”。
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明实施例的温差电池的结构示意图。
图2为图1中外扣式集热块1的机械加工三视图。
图3为图1中电子模块6的电路原理图。
实施例配合通径为DN32毫米供热楼道干管用的外扣式温差电池。在附图1中，集热块1为铝合金或黄铜制成，图2为其机加工用的三视图。集热块1的一面是102mm×64mm的平台，其表面光洁度为3.2，可以布放4块温差电换能器。集热块1的另一面为圆弧形，半径为R21mm，与DN32mm供热管道外壁的半径相吻合。四角伸出的小块上各有一个直径为Φ8mm的圆孔，可以穿入M6螺栓，配合半圆状的金属卡带，使集热块1紧密地抱住供热管的外壁。也可以将两只温差电池相对称固定在供热管外壁，以满足大功耗热能表的电源要求。管壁裸露部分用保温材料包裹保温。
换能器组2采用平板式结构，上下两块平板为陶瓷片或表面绝缘处理的铝板。按设计要求对平板进行金属化图形处理，以便能够焊接温差电无件，温差电元件采用碲化铋基合金材料制成(信息产业部电子第十八研究所可以提供)，应用钎焊技术，将127对P型和N型温差电单体通过铜互联片(厚0.5mm)以串联的方式焊接在两块陶瓷片之间，形成一个截面积为30mm×30mm的温差电换能器。本发明实施例选用4块高度一致的换能器串联成换能器组。
铝散热器3采用宽为112mm肋片高为24mm的铝型材截成，在其基板底面加工出82mm×60mm的平面，光洁度为3.2。在基板相应位置钻4个Φ4的孔，以便用M3的螺钉与集热块1相连接，固定4只平板型换能器2。散热器的肋片均经过阳极氧化，呈黑色。用M3规格的不锈钢螺钉将散热器组3和换能器2固定在集热块1上，换能器2两侧均匀涂一薄层导热硅脂，减少接触面的热阻，提高热电转换效率。
在集热块1、散热器3和隔板4围成的空腔内注入聚氨脂发泡剂，形成一个致密的隔热层，同时保护换能器内的半导体材料，也加强了发电器自身的机械强度。
图1中的电子模块6的电路原理图如附图3所示，其中IC1采用美周美信公司的步升式升压稳压电路-MAX859，电阻R1、R2、R3分别为10KΩ、200KΩ、100KΩ，电容C1、C2、C3分别为22μf、100μf、0.1μf，电感L1为47μh，整流二极管为IN5817。当输入电压或负载电流变化时，IC1自动调节脉冲频率，稳定输出电压为额定值。图3中虚线框内电路为电压跃变电路，由PNP和NPN三极管及电阻网络组成。当A点电位逐渐升高时，由R8和R7组成的分压网铬使BG2的基极电压随之按比例上升。一旦BG2的基极电压上升到0.6V时，BG2导通，使BG1基极电流产生，触发BG1导通，其集电极输出电压。图3中BG1、BG2分别为9012、9013小功率三极管，电阻R4、R5、R6、R7为56KΩ，R8为150KΩ。当所配用的热能表不需要“上电复位”功能时，可以取消虚线框内的电压跃变电路，以节省成本。用环氧树脂把整个电路板封装在一个模块内，埋入散热器3和隔板4之间的聚氨脂泡沫塑料5中，其输出电源线从隔板4钻孔引出，然后用热溶胶密封固定其根部。
权利要求
1.一种为冷热量度表(热能表)供电用的温差电池，由热源体、温差电换能器组、散热器、隔热密封层和电子模块组成，其特征在于热源体由外扣式集热块[1]构成，集热块[1]紧扣供热管道外壁安装；温差电换能器组[2]由2～4个平板型温差电换能器串联而成；电子模块[4]由步升式升压稳压电路和一个供选用的电压跃变电路组成。
2.根据权利要求1所述的外扣式温差电池，其特征在于所述的外扣式集热块[1]的一面为平台型，以便于安放平板型换能器组[2]；另一面为圆弧形半圆柱面，其曲率与待装管道外壁一致，以保证紧密吻合，减少热阻。
3.根据权利要求1所述的外扣式温差电池，其特征在于所述的外扣式集热块[1]的四角各伸出一个有通孔的小块，可以用4只螺栓和半圆状金属卡带固定在管道上。
4.根据权利要求1所述的外扣式温差电池，其特征在于所述的换能器组[2]采用2～4块平板型换能器串联而成，平板型温差电换能器的冷、热面为金属化图形处理的陶瓷片[1]或绝缘处理的铝板，温差电元件用碲化铋基合金材料制成。
5.根据权利要求1所述的温差电池，其特征在于所述的电子模块[6]包括步升式升压稳压集成电路，能够把温差电换能器输出的不稳定低电压变换成可预先设定的电压值(如3.6V)，用作热能表电源。
6.根据权利要求1所述的温差电池，其特征在于所述的电子模块[6]包括一个可供选用的由两只三极管和电阻网络组成的电压跃变电路，具有瞬时启动的加电功能。
全文摘要
本发明公开了一种为冷热量度表供电的外扣式温差电池,它是在集热块1的平台面,固定换能器组2和配套的散热器3。当温差电池固定到供热管道上后,管道内热水的热量便由集热块传送到换能器组,余热由紧贴在换能器组冷面的散热器散发到周围空间去,在换能器两面形成温度差。由于温差电元件的塞贝克效应,在换能器组的输出端产生温差电动势,经过电子模块的变换,当达到额定电压时,为冷热量度表提供合适的工作电源。当管道内流动低温水时,也可为冷热量度表提供电源。由于温差电池是固态器件,能够长期、连续、安全、稳定地工作。
文档编号H02N11/00GK1264210SQ0010079
公开日2000年8月23日 申请日期2000年2月14日 优先权日2000年2月14日
发明者刘晓光, 王凤跃, 赵彦民 申请人:信息产业部电子第十八研究所