專利名稱：一種與熱能表一體化溫差電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(fā)電器)，屬于物理電源技術(shù)領(lǐng)域。
本實(shí)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(fā)電器和一種外扣式溫差電池，該溫差發(fā)電器(溫差電池)是配合實(shí)現(xiàn)城市集中供熱、分戶計(jì)量收費(fèi)而發(fā)明的電源裝置。它們是利用管道內(nèi)熱水作為熱源來發(fā)電，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作期間不用附加其它能源、無需維護(hù)、工作壽命長、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保電源。
由于上述兩種溫差發(fā)電器的熱源體(集熱塊)與熱能表殼體分離，溫差發(fā)電器為獨(dú)立裝置，自成一套完整結(jié)構(gòu)，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(fā)電器所采用的升壓穩(wěn)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(水溫低于30℃時)，溫差發(fā)電器(溫差電池)不能提供電源，可能造成數(shù)據(jù)遺漏。
本實(shí)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(jì)的金屬殼體作為集熱塊來采集熱量，通過溫差電換能器、升壓穩(wěn)壓模塊和輔助電池，能長期、安全、連續(xù)地為熱能表提供穩(wěn)定的工作電源。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)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(jì)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(jié)塑料隔板4，在集熱塊1、散熱器3和隔板4圍成的空腔內(nèi)注入聚氨脂發(fā)泡劑，形成一個致密的隔熱密封層5，將電子模塊6和輔助電池7與熱能表的電路板8結(jié)合在一起，安裝在熱能表的殼體9內(nèi)。溫差電換能器的輸出電源線經(jīng)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(gòu)成與熱能表一體化的溫差電池。熱能表流量計(jì)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只螺栓來固定散熱器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采用步升式升壓穩(wěn)壓集成電路MAX859，設(shè)計(jì)成輸出可調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓電路，經(jīng)過低壓降的肖特基二極管，連接到熱能表電路板8的電源輸入端，同時并聯(lián)一組小容量電池或超級電容作為輔助電池7。
當(dāng)管道內(nèi)有熱水流動(供熱時)，或有低溫水流動(供冷時)，由于散熱器的作用，在溫差電換能器組的兩面具有一定溫度差，因而就能發(fā)電，并且經(jīng)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(dāng)管道內(nèi)無水流動、熱能表電路的單片機(jī)處于休眠狀態(tài)，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(shù)相比較，本實(shí)用新型除了同樣具有安全、無需維護(hù)、能長期連續(xù)穩(wěn)定工作、有利于環(huán)保等特點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)與熱能表成為一個整體，無需單獨(dú)安裝，簡化了施工步驟；(2)由于利用熱能表流量計(jì)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)由于采用輔助電池，保證熱能表電路的單片機(jī)處于“上電”狀態(tài)，消除了數(shù)據(jù)遺漏的可能性。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1和實(shí)施例2的一體化溫差電池的結(jié)構(gòu)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(jī)械加工三視圖。
圖4為實(shí)施例1的電路原理圖。
圖5為實(shí)施例2的電路原理圖。
實(shí)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(jì)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的兩個固定孔配鉆，圖2為集熱塊1的底視圖。
溫差電換能器2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(信息產(chǎn)業(yè)部電子第十八研究所可以提供)，應(yīng)用釬焊技術(shù)，將131對P型和N型溫差電單體通過銅互聯(lián)片(厚0.5mm)以串聯(lián)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采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(nèi)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，并沿基板3b底面延伸到中央；在基板3b相應(yīng)位置鉆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(jīng)過陽極氧化，呈黑色。用M3規(guī)格的不銹鋼螺釘將散熱器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(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。
在集熱塊1、散熱器3和塑料隔板4圍成的空腔內(nèi)注入聚氨脂發(fā)泡劑，形成一個致密的隔熱層5，同時保護(hù)溫差電換能器2內(nèi)的半導(dǎo)體材料，也加強(qiáng)了溫差電池自身的機(jī)械強(qiáng)度；溫差電換能器2的輸出電源線從隔板4鉆孔引出，經(jīng)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(gòu)成與熱能表一體化的溫差電池。然后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采用美國美信公司的步升式升壓穩(wěn)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，整流二極管z1為IN5817。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，IC1自動調(diào)節(jié)脈沖頻率，穩(wěn)定輸出電壓為設(shè)定值。附圖4中的阻塞二極管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(dāng)溫差電池發(fā)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(shí)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(shí)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中的阻塞二極管D2為IN5817，防止電子模塊6對鋰錳電池充電。實(shí)施例2的機(jī)械部份與實(shí)施例1相同。
權(quán)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，其特征在于利用熱能表的流量計(jì)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(wěn)壓電路組成，附有輔助電池[7]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特征在于所述的集熱塊[1]為熱能表流量計(jì)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(jù)權(quán)利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特征在于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(nèi)壁直徑小于口部直徑，32個肋片呈輻射狀分布在“碗型”基板的外壁，并沿基板底面延伸到中央；在基板相應(yīng)位置鉆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(jīng)過陽極氧化，呈黑色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特征在于所述的溫差電換能器[2]采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制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特征在于所述的電子模塊[6]包括步升式升壓穩(wěn)壓集成電路，能夠把溫差電換能器輸出的不穩(wěn)定低電壓變換成可預(yù)先設(shè)定的電壓值(如3.6V)，用作熱能表電源，并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(jù)權(quán)利要求1所述的與熱能表一體化溫差電池，其特征在于所述的電子模塊[6]和輔助電池[7]，經(jīng)過低壓降的肖特基二極管，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?qū)︿囧i電池充電。
專利摘要本實(shí)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(dāng)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，余熱由散熱器散發(fā)到周圍空間，在換能器兩面形成溫度差，產(chǎn)生溫差電動勢，經(jīng)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(dāng)管道內(nèi)流動低溫水時，也可為冷熱量度表提供電源。當(dāng)管道內(nèi)無水流動、熱能表電路處于休眠狀態(tài)，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(yōu)先權(quán)日2002年2月20日
發(fā)明者劉曉光, 王鳳躍, 陳學(xué)軍, 祖鐵柱 申請人:天津藍(lán)天高科電源股份有限公司