CN101619872B - 一种供暖系统用的装置 - Google Patents
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Abstract
一种供暖系统用的装置，属于供暖装置，主要解决普通供暖系统用的电动阀布线复杂，维修困难的问题，包括供暖装置和电动阀装置，供暖装置设有温差发电装置，其热源为供热管道，冷面设有散热装置，供暖装置连接一控制充电电路的温控开关，温差发电装置连接充电泵，充电泵连接蓄电池，蓄电池连接电动阀，电动阀装置设有基于ZigBee技术的无线网络模块。本发明通过温差发电装置自行供电，不必为其布线，而且温差发电装置设有温控开关电路，可以有效防止充电电源的电量流失，电动阀装置设有无线控制装置，可以实现远程无线控制电动阀的开度。
Description
技术领域
本发明涉及一种供暖装置，具体地说是一种供暖装置用的装置。
背景技术
温差发电是一种新型的发电方式，利用塞贝尔效应将热能直接转换为电能。它的工作原理是在两块不同性质的半导体两端设置一个温差，在半导体两端就产生了直流电压。温差越大产生的电压也越大，目前，温差发电模块主要用于将高温热能转化为电能。温差发电模块的热源温度要在150摄氏度以上(例如热炉、工业废热等)，温差发电模块两面温差要保持在60摄氏度以上，且使用温差发电模块的数量要在10片以上，这样产生的电能才足够大，可直接利用。用低温热能做温差发电模块的热源，输出电压小，工业上用途比较少。供暖系统中控制水流量的电动阀，一般采取电缆铺设供电，对一些户外安装的电动阀，特别是在一些特殊场合安装的电动阀是不容易实现长距离电缆供电的。电动阀数量比较多，且分布比较分散，给铺设电缆带来了更大的困难，而且电缆的主干线一旦损坏，将会造成下游电动阀不能工作，影响人们的正常生活，维修成本较高。
发明内容
针对现有供暖系统用的电动阀装置布线复杂、维修困难的问题，本发明提供了一种结构简单，利用供暖系统与外界环境低温差的情况下产生电源，然后使用充电泵将电压提升，最后给电动阀装置的蓄电池充电，且能通过远程无线控制电动阀的开度。
本发明采用的具体技术方案是：一种供暖系统用的装置，包括供暖装置和电动阀装置，所述的供暖装置设有温差发电装置和充电电路，温差发电装置的热源为供暖装置的暖气管道，温差发电装置的冷面设有散热装置，所述的供暖装置设有一控制充电电路的温控开关，温控开关控制充电电路的通断，温差发电装置两面温差不够高时，温控开关将充电电路断开，防止充电电源电量流失，当温差发电装置两面温差高于某个门限值时，将充电电路闭合，温差发电装置给充电电源供电，所述的温差发电装置连接充电泵，充电泵连接充电电源，充电电源连接电动阀装置，所述的电动阀装置设有电动阀、无线控制装置和电动阀控制电路。
充电泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC变换器。电容式充电泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。其工作过程为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5，2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率。与传统的电感式DC-DC升压电路相比，充电泵只需外接陶瓷电容，占用空间最小，使用成本较低，而且充电泵不使用电感器，因此其辐射EMI可以忽略。
所述的无线控制装置设有基于ZigBee技术的无线网络模块和单片机控制模块，单片机控制模块连接电动阀控制电路控制阀门开度。每个电动阀装置配置一个无线控制装置，用于接收处理无线控制信号，ZigBee无线网络技术低成本、低功耗、低传输速率，比较适合该装置使用。
所述的无线控制装置的电源为充电电源，由于无线控制装置耗电小，可以一起使用充电电源。
所述的充电泵连接升压电路，升压电路与充电电源连接，充电电源连接电动阀装置，以保证在较低的温差下，该充电电路可以继续工作。
所述的充电电源为蓄电池，可以根据需要设置充电电源的种类，以保证电动阀的使用寿命更长。
本发明的有益效果是：该供暖系统用的装置可以通过温差发电装置自行供电，可以不必为电动阀重新布线，使电动阀安装简单，成本低，而且该电动阀装置设有控制充电电路的温控开关，可以有效防止充电电源的电量流失，电动阀装置设有无线控制装置，可以实现远程无线控制电动阀的开度。
附图说明
附图1为本发明的原理框图
附图2为本发明中温差发电装置的结构示意图
附图3为本发明散热装置的结构示意图
附图4为本发明中充电泵电路(1)
附图5为本发明中充电泵电路(2)
附图6为本发明中ZigBee无线网络拓扑图
附图7为本发明中电动阀控制电路图
1热面，11第一级输出线，2冷面，21第二级输出线，3底座，31热管，32散热片。
具体实施方式
如图1所示，该供暖系统用的装置，供暖装置上设有温差发电装置，将温差发电装置的热面贴靠在供暖装置上，冷面暴露在空气中，利用暖气管道和外界环境的温差来发电，温差发电装置的冷面上设有散热装置，以避免温差发电模块两面达到热平衡，影响充电电路的使用，供暖装置连接一控制充电电路的温控开关，温控开关控制充电电路的打开与闭合，温差发电装置两面温差不够高时，温控开关将充电电路断开，防止充电电源电量流失，当温差发电装置两面温差足够高时，将充电电路闭合，温差发电装置给充电电源供电，温差发电装置连接充电泵，充电泵连接充电电源，充电电源连接电动阀，电动阀装置设有电动阀、无线控制装置和电动阀控制电路，无线控制装置通过接收无线控制信号，控制电动阀电路，实现对电动阀的开关。
如图2所示，该温差发电模块的外形尺寸为40mm×40mm×4mm，，具有一定的耐高温特性(热端稳定工作温度可达180℃，最高短时冲击温度220℃)。该模块体积小，便于安装，为使温差发电模块的热面1与热源(供暖装置的暖气管道)紧密接触，在温差发电模块的热面1与供暖装置之间放一个平整的导热片，且要涂导热硅脂。温差发电模块非常薄，冷面2和热面1容易达到热平衡，因此，使用温差发电模块发电的关键一点是要做好冷面2的散热工作，图3是本发明所使用的散热装置。散热装置的底座3要与温差发电模块冷面2有良好的接触，所以要在与其接触的中间涂上一层导热硅脂，有助于热量经热管31导出，再通过散热片32将热量散到空气中，在热面和冷面上分别连接上第一级输出线11和第二级输出线21，分别连接充电泵的电源输入和地。
如图4所示，若温差发电模块两面温差为15-30℃，温差发电模块每片输出0.4V-0.6V电压，将温差发电模块的输出作为由充电泵S882-Z和升压电路S-8353D30MC组成电路的输入，利用此电路可将电压抬高到3V，用它作为电路图5的输入把电压抬高到给蓄电池充电的电压。传统DC/DC的工作电压一般都在1.0V以上，而如果输入电压降到0.6V以下，DC/DC的内部电路不能正常工作。S-882Z是一款超低输入电压充电泵，工作电压为0.3V-3V。是采用完全耗尽型SOI(绝缘体上硅)技术开发的、可以超低电压工作的升压DC-DC转换器启动用充电泵IC。由于利用非常低的输入电压(0.3-0.35V)即可升压，因此可有效地利用微弱的能源。升压电力可存储在外接的启动用电容器中，一旦达到所设定的放电开始电压，就可以作为升压电路S-8353D30MC的启动电力，来进行放电。此方案只使用一块温差发电模块即可有效的将低温热能转化为电能。不仅节约了成本，且弥补了传统低温热能不能利用的缺陷。
如图5所示，当温差发电模块两面温差达到40℃时，每片温差发电模块0.8V-1.2V(因温差发电模块组装的工艺水平和内部结构有差异而有变化)的电压。经研究知，每个温差发电模块相当于一个微电源，串联时的电动势是每个模块的叠加。因此，两片串联可输出1.6V-2.2V的电压。此时将温差发电模块的输出的接充电泵TPS60140(工作电压为1.8V-3.6V)，就可以将电压抬升到5v，给蓄电池充电。根据使用要求充电泵TPS60140电路还可以后接升压电路，来实现给不同充电电压的蓄电池充电。因温差发电模块两面只要有温差就有电压产生，可不分昼夜的为蓄电池充电，再用蓄电池里的稳定电能给电动阀供电。
每个电动阀配置一个无线控制装置，其无线通信模块(CC2420)用于接收无线控制信号，单片机控制模块(PIC18LF4620)是整个无线通信模块的核心，是ZigBee协议的载体，起到对数据的处理和控制作用，它连接电动阀控制电路控制电动球阀的通电时间从而控制阀门开度。其网络拓扑图如图6所示，协调器节点除了无线通信模块和单片机控制模块外，还包括异步收发器，异步收发器在整个基于无线通信网络中起着数据承上启下的作用，在本发明中，采用的是SP3232EEN作为串口收发芯片，基于ZigBee技术的射频芯片CC2420构建了底层的通讯网络，协调器节点通过RS-232接收计算机的控制信号，协调器节点管理整个通信网络，将控制信号通过路由器节点向下传输给每一个电动阀装置，从而控制电动阀的开度。无线控制装置的电源也使用充电电源，。
所使用的电动阀则由内部电机来驱动，阀门开度可以控制，可用来控制管道中介质的流量。从而实现供暖系统中的温度控制。本设计选用直流式微型电动球阀作为执行机构，相同时间内的耗电量小。其技术参数为：(1)微型电动球阀适合范围介质温度100℃，介质压力1.6Mpa，寿命长达10万次。(2)微型电动球阀开关时间3-8s，最大输出扭矩33Kg.cm。(3)微型电动球阀功耗检测：在3-6V下空载电流值＜30mA，堵转电流约为300mA-450mA。控制装置通过一定的引脚控制电动阀的起停。
如图7所示，PIC18LF4620单片机通过P2.3引脚控制电动阀的起停，当P2.3为高时，电动阀门开始动作，反之，当P2.3为低时，电动阀停止动作。电动阀的正反转则由PIC18LF4620单片机的P2.2引脚控制，根据控制算法输出的控制量来控制P2.2的高低电平时间，以此来控制管道中水的流量。并通过检测CA1引脚值判断电动机是否发生堵转现象，当电机停止转动时，电路中会有反向电流，通过二极管D4和D5流走。
随着能源的短缺，如何能有效的利用能源成为人们关注的焦点，此外，通过半导体热电转换材料将热能转化为电能发电效率低、成本较大、体积较大，因此向工业和民用产业的普及受到很大制约。本发明就是为普通用的供暖系统的装置，实现电动阀装置可以通过自供获得所需电能，并通过无线控制装置控制阀门开度。
Claims (5)
1.一种供暖系统用的装置，包括供暖装置和电动阀装置，其特征是，所述的供暖装置设有温差发电装置和充电电路，温差发电装置的热源为供暖装置的暖气管道，温差发电装置的冷面设有散热装置，所述的供暖装置设有一控制充电电路的温控开关，所述的温差发电装置连接充电泵，充电泵连接充电电源，充电电源连接电动阀装置，所述的电动阀装置设有电动阀、无线控制装置和电动阀控制电路。
2.根据权利要求1所述的一种供暖系统用的装置，其特征是，所述的无线控制装置设有基于ZigBee技术的无线网络模块和单片机控制模块，单片机控制模块连接电动阀控制电路控制阀门开度。
3.根据权利要求2所述的一种供暖系统用的装置，其特征是，所述的无线控制装置的电源为充电电源。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种供暖系统用的装置，其特征是，所述的充电泵连接升压电路，升压电路与充电电源连接，充电电源连接电动阀。
5.根据权利要求4所述的一种供暖系统用的装置，其特征是，所述的充电电源为蓄电池。
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