CN107084551A - 基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置和方法，所述装置包括机架、设置于机架顶部的顶板和设置于机架侧面的侧板，侧板上设有发电模块，顶板上设有发电制冷一体模块，发电制冷一体模块包括一体化设置的发电单元和制冷单元，发电单元包括压电陶瓷片，制冷单元包括半导体片。基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，利用压电转换装置收集旋转机械噪声转换为电能输出，然后驱动半导体制冷装置降低旋转机械周围的温度。本发明利用旋转机械工作时所产生的噪声并用于降低其周边的环境温度，既实现了能源的二次利用又改善了工作环境。
Description
技术领域
本发明是属于降噪降温技术领域有，具体涉及一种以压电效应和半导体制冷原理为核心的减噪降温装置。
背景技术
噪声对人体的危害是全身性的，既可以引起听觉系统的变化，也可以对非听觉系统产生影响。这些影响的早期主要是生理性改变，长期接触比较强烈的噪声，可以引起病理性改变。此外，作业场所中的噪声还可以干扰语言交流，影响工作效率，甚至引起意外事故。
本专利选取船舶为例，船舶机舱内部旋转机械数量多，产生大量噪声的同时，还产生很多的热能，使得机舱内噪声大温度高。人长期处于这种情况下，会对人体产生危害。船舶噪声的噪声源,主要来自机舱,有时通风系统、甲板机械和推进系统所发出的嗓声也影响船舶各舱室的噪声级大小。主要决定于距离噪声源的远近和嗓声传递过程中衰减程度。机舱噪声主要来自主机和辅机(柴油发电机组、空压机组和冷冻机等),声压级在95dB一110dB左右。而机舱内主机等旋转机器在工作时产生大量的热能，使得机舱温度升高。
基于机舱的现状，本项目着力研究关于机舱的降噪降温。机舱安装有上万千瓦的柴油机(主机)、柴油发电机组、增压器等，这些设备的持续运行其产生的噪声和释放的热能是很大的，如果能把噪声能量进行有效收集然后使其用于设备的降温，降低噪声的同时改善了机舱设备的运行环境。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，利用压电转换装置收集旋转机械噪声转换为电能输出，然后驱动半导体制冷装置降低旋转机械周围的温度。
本发明提供的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，包括：机架、设置于机架顶部的顶板和设置于机架侧面的侧板，侧板上设有发电模块，顶板上设有发电制冷一体模块；侧板和顶板上均设有连接于发电模块和/或发电制冷一体模块的汇流排，以及连接于汇流排的稳压蓄能模块，发电模块包括压电陶瓷片，发电制冷一体模块包括一体化设置的发电单元和制冷单元，发电单元包括压电陶瓷片，制冷单元包括半导体片；发电模块、发电制冷一体模块的控制端均连接于控制器，控制器的信号输入端连接有噪声测量传感器、温度测量传感器。
较佳地，侧板设置于机架两个相对的侧面。
较佳地，发电制冷一体模块包括压电陶瓷片和半导体片间隔均布设置形成的表面。
较佳地，压电陶瓷片和半导体片均设置为方形，各个压电陶瓷片和半导体片纵横间隔均布设置。
较佳地，发电模块包括压电陶瓷片。
较佳地，侧板上设有发电模块安装槽，顶板上设有发电制冷一体模块安装槽。
较佳地，机架包括位于顶部的方形框架，方形框架包括四根水平管，方形框架的四个顶角分别设有垂直向下伸出的竖直管。
较佳地，机架至少在两个相对的侧面设有加强结构，加强结构包括两个交叉设置在两个相邻竖直管之间的加强管，加强管的一端连接一个竖直管的顶端，加强管的另一端连接另一个竖直管的底端。
较佳地，噪声测量传感器和温度测量传感器设置于机架。
较佳地，机架上还设有锁紧装置。
本发明的有益效果在于：本发明在机架上设置了侧板和顶板，侧板和顶板上均设有带有压电陶瓷片的发电模块和发电制冷一体化模块，可以将旋转机械发出的噪声转化为电能，一方面降低了旋转机械所产生的噪声，另一方面对这部分能源进行储存和利用；利用压电陶瓷片进行声电换能所产生的电能驱动半导体制冷装置，达到对机架内部的旋转机械等进行降温的效果；同时通过温度测量装置和噪声测量装置实时采集机架内部旋转机械附近的噪声和温度，并将噪声值和温度值输入到控制器，由控制器依据噪声值和温度值输出对发电模块和发电制冷一体化模块的控制信号。制冷模块是采用半导体制冷，可根据不同场合及不同需要自行调节温度，不需要任何制冷剂。利用特种半导体材料组成PN结进行制冷，还具有体积小、重量轻、寿命长、无噪音等特点。这套以压电效应和半导体制冷原理为核心的减噪降温装置有效地利用了旋转机械工作时所产生的噪声并用于降低其周边的环境温度，改善了工作人员的工作环境。发电制冷一体化模块上压电陶瓷片和半导体的间隔均布设置方法使得发电和制冷的配比更合理化，效率更高。本发明利用旋转机械工作时所产生的噪声并用于降低其周边的环境温度，既实现了能源的二次利用又改善了工作环境。
附图说明
图1为本发明实施例一的整体结构示意图；
图2为本发明实施例一的机架结构示意图；
图3为本发明实施例一的侧板结构示意图；
图4为本发明实施例一的顶板结构示意图；
图5为本发明实施例一的快插接头结构示意图；
图6为本发明实施例一的发电制冷一体化模块结构示意图；
图7为本发明实施例二依据实时噪声值启动或关闭发电模块和发电单元的流程图；
图8为本发明实施例二依据实时温度值启动或关闭制冷模块的流程图。
1-机架，2-水平管，3-竖直管，4-加强结构，5-快速接头，6-锁紧机构，7-噪声测量传感器，8-温度测量传感器，9-侧板，10-发电模块安装槽，11-稳压蓄能模块，12-汇流排，13-发电模块，14-顶板，15-发电制冷一体化模块，15.1-发电单元，15.2-制冷单元，16-旋转机械。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例一
本发明提供的基于压电效应和半导体制冷的旋转机械16降噪降温装置，如图1至图6所示，包括：机架1、设置于机架1顶部的顶板14和设置于机架1侧面的侧板9，侧板9上设有发电模块13，顶板14上设有发电制冷一体模块；侧板9和顶板14上均设有连接于发电模块13和/或发电制冷一体模块的汇流排12，以及连接于汇流排12的稳压蓄能模块11，发电模块13包括压电陶瓷片，发电制冷一体模块包括一体化设置的发电单元15.1和制冷单元15.2，发电单元15.1包括压电陶瓷片，制冷单元15.2包括半导体片；发电模块13、发电制冷一体模块的控制端均连接于控制器，控制器的信号输入端连接有噪声测量传感器7、温度测量传感器8。侧板9设置于机架1两个相对的侧面。
发电制冷一体模块包括压电陶瓷片和半导体片间隔均布设置形成的表面。
压电陶瓷片和半导体片均设置为方形，各个压电陶瓷片和半导体片纵横间隔均布设置。
发电模块13包括压电陶瓷片。
侧板9上设有发电模块安装槽10，顶板14上设有发电制冷一体模块安装槽。
机架1包括位于顶部的方形框架，方形框架包括四根水平管2，方形框架的四个顶角分别设有垂直向下伸出的竖直管3。所述的水平管2和树脂罐均为铝合金空心管。
机架1至少在两个相对的侧面设有加强结构4，加强结构4为加强筋4，包括两个交叉设置在两个相邻竖直管3之间的加强管，加强管的一端连接一个竖直管3的顶端，加强管的另一端连接另一个竖直管3的底端。加强筋4用工字型钢分别位于前后俩个面上各有俩根交叉用螺丝安装在对应面的俩个竖直空心管上
噪声测量传感器7和温度测量传感器8设置于机架1。
机架1上还设有锁紧装置。
本发明的目的在于设计一套以压电效应和半导体制冷原理为核心的减噪降温装置，使其有效地利用了旋转机械16工作时所产生的噪声并用于降低其周边的环境温度。
本发明采用以下技术措施来实现：
本发明是针对旋转机械16噪声及发热问题，设计的一种降噪降温装置。本装置由压电式发电模块13、稳压蓄能模块11和制冷模块三部分构成，通过布置在“工作罩式”收集噪声发电内侧的压电陶瓷片，使压电陶瓷在上下表面形成压差，利用压差输出电能，通过稳压蓄能电路，将产生的电能用于辅助旋转机械16降温，一定程度上降低机械的环境温度和噪声。
本装置所采用的发电模块13采用的是压电陶瓷片，属于声电换能器，其工作原理是利用极化材料的压电效应使声能转化为电能，这无需额外供电也无需音圈等附属结构；稳压蓄能模块11是采用稳压蓄能电路将不同工况下由发电模块13产生的电能转化为稳压电源；制冷模块是采用半导体制冷，可根据不同场合及不同需要自行调节温度，不需要任何制冷剂。利用特种半导体材料组成PN结进行制冷，还具有体积小、重量轻、寿命长、无噪音等特点。这套以压电效应和半导体制冷原理为核心的减噪降温装置有效地利用了旋转机械16工作时所产生的噪声并用于降低其周边的环境温度，改善了工作人员的工作环境。
上述各个结构包括了发电模块13、稳压蓄能模块11和制冷模块三部分，侧板9为压电陶瓷片的安装面，侧板9上设有并排的多通道发电模块安装槽10，在发电模块安装槽10的头部留有一定的矩形空间用来放置汇流排12和稳压蓄能模块11；发电模块13是指附有发电陶瓷和相关线路的整体结构，发电模块13的发出的电流经稳压蓄能模块11电路，经过处理的电稳定在需要的电压并输出。并且可以直接安装在发电模块安装槽10上方便拆卸、更换和维修压电陶瓷，当其中发电模块13出现故障时，PLC控制器切断其电能输出，而不影响其他的单元的持续正常工作，实现了不停机维修；汇流排12是指经过每个发电模块13发出的电都汇集在此处用来集中处理，当单个发电模块13不发电时也能够保证整个装置的电压基本稳定，实现了一定的自我稳压；稳压蓄能模块11是指经过汇流排12的电流汇集在一起，由于发电的频率和电压大小的不同，为使得制冷装置能够正常运行，需要稳定电压的直流电，所以设计稳压电路把不合格的电流过滤和把电压稳定在一定的范围内，储能是为了暂时储存一定的电能，在需要制冷时及时供应给制冷单元15.2；稳压蓄能模块11还包括连接PLC控制器，主要用来控制各个发电模块13和发电制冷一体化模块15的开关状态来实现效率更高；顶板14是凹面型内部也设计有并排的安装槽和线槽，用来安装镶嵌式的发电制冷一体化模块15和安置汇集压电陶瓷发出的电和为制冷单元15.2提供稳定的电压的电能的线路；发电制冷一体化模块15是指压电陶瓷和半导体片镶嵌分布的单元，使得发电和制冷的配比更合理化，效率更高。锁紧机构6为利用简单杠杆原理制造的机械锁，当压下手柄时由于杠杆原理用较小的力使得顶板14和侧板9被压在一起，当抬起手柄时则松开。
报警器是在装置长时间温度过高，或者发电单元15.1故障时发出警报。
水平管2和竖直管3通过快速接头5组合和为一个整体的机架1，四个加强筋4加强结构4分别通过螺丝和空心管固定，从而加强了机架1的整体抗弯抗扭性，再通过螺丝接上锁紧装置，用来锁紧侧板9和顶板14；
发电模块13通过发电模块安装槽10安装在侧板9上，汇流排12通过螺丝安装在流出的空间内，稳压蓄能模块11安装在小矩形槽内用螺丝固定，使得发电和一体化控制集中在此板；
发电制冷一体化模块15通过安装槽安装在顶板14上，汇集压电陶瓷发出的电和为制冷装置提供稳定的电压的电能的线路放置在安装槽一侧的槽内；
本装置共有俩个侧板9和一个顶板14，俩个侧板9分别安装在前后面上，顶板14安装在机架1上顶面，通过锁紧机构6将各个板锁紧在机架1上，再将线路连接起来，并将温度测量传感器8和噪声测量传感器7装置在机架1上。
按上述方案：本方案电能的来源有两个方面分别是侧板9和顶板14的压电陶瓷发电，制冷来自顶板14的半导体制冷。发电制冷一体化模块15的发电单元15.1发出的电通过汇流排12汇集在一起，通过稳压蓄能模块11进行整流、滤波和稳压处理，首先储存在蓄电池内部，PLC控制器控制制冷单元15.2开启的数量和发电单元15.1的工作数量。进而控制整个系统的工作模式：当机器温度超过设定值时启动效应数量的制冷单元15.2，在噪声分贝低于设定值时关闭相应数量的发单元。
实施例二
一种利用上述装置进行基于压电效应和半导体制冷的旋转机械16降噪降温方法，包括：
如图7所示，通过噪声测量传感器7实时获取机架1内侧旋转机械16附近的实时噪声值，控制器将实时噪声值与预设分贝值进行比较，若实时噪声值大于预设分贝值，则向发电模块13、发电制冷一体化模块15的发电单元15.1和稳压蓄能模块11发出启动信号，若实时噪声值小于预设分贝值，则向发电模块13、发电制冷一体化模块15的发电单元15.1和稳压蓄能模块11发出关闭信号；
如图8所示，通过温度测量传感器8实时获取机架1内测旋转机械16附近的实时温度值，控制器将实时温度值与预设温度值进行比较，若实时温度值大于预设温度值，则向发电制冷一体化模块15的制冷单元15.2发出启动信号，若实时温度值小于预设温度值，则向发电制冷一体化模块15的制冷单元15.2发出关闭信号。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于，包括：机架(1)、设置于所述机架(1)顶部的顶板(14)和设置于所述机架(1)侧面的侧板(9)，所述侧板(9)上设有发电模块(13)，所述顶板(14)上设有发电制冷一体模块；所述侧板(9)和所述顶板(14)上均设有连接于所述发电模块(13)和/或所述发电制冷一体模块的汇流排(12)(12)，以及连接于所述汇流排(12)(12)的稳压蓄能模块(11)，所述发电模块(13)包括压电陶瓷片，所述发电制冷一体模块包括一体化设置的发电单元(15.1)和制冷单元(15.2)，所述发电单元(15.1)包括压电陶瓷片，所述制冷单元(15.2)包括半导体片；所述发电模块(13)、所述发电制冷一体模块的控制端均连接于控制器，所述控制器的信号输入端连接有噪声测量传感器(7)、温度测量传感器(8)。
2.根据权利要求1所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述侧板(9)设置于所述机架(1)两个相对的侧面。
3.根据权利要求1所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述发电制冷一体模块包括压电陶瓷片和所述半导体片间隔均布设置形成的表面。
4.根据权利要求3所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述压电陶瓷片和所述半导体片均设置为方形，各个所述压电陶瓷片和所述半导体片纵横间隔均布设置。
5.根据权利要求1所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述发电模块(13)包括压电陶瓷片。
6.根据权利要求1所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述侧板(9)上设有发电模块安装槽(10)，所述顶板(14)上设有发电制冷一体模块安装槽。
7.根据权利要求1所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述机架(1)包括位于顶部的方形框架，所述方形框架包括四根水平管(2)管，所述方形框架的四个顶角分别设有垂直向下伸出的竖直管(3)。
8.根据权利要求7所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述机架(1)至少在两个相对的侧面设有加强结构(4)，所述加强结构(4)包括两个交叉设置在两个相邻竖直管(3)之间的加强管，所述加强管的一端连接一个所述竖直管(3)的顶端，所述加强管的另一端连接另一个所述竖直管(3)的底端。
9.根据权利要求1所述的基于压电效应和半导体制冷的降噪降温装置，其特征在于：所述噪声测量传感器(7)和所述温度测量传感器(8)设置于所述机架(1)，所述机架(1)上还设有锁紧装置。
10.一种利用如权利要求1所述装置进行基于压电效应和半导体制冷的旋转机械(16)降噪降温方法，其特征在于：
通过所述噪声测量传感器(7)实时获取所述机架(1)内侧的实时噪声值，所述控制器将所述实时噪声值与预设分贝值进行比较，若所述实时噪声值大于所述预设分贝值，则向所述发电模块(13)、所述发电制冷一体化模块(15)的发电单元(15.1)和稳压蓄能模块(11)发出启动信号，若所述实时噪声值小于所述预设分贝值，则向所述发电模块(13)、所述发电制冷一体化模块(15)的发电单元(15.1)和稳压蓄能模块(11)发出关闭信号；
通过所述温度测量传感器(8)实时获取所述机架(1)内测的实时温度值，所述控制器将所述实时温度值与预设温度值进行比较，若所述实时温度值大于所述预设温度值，则向所述发电制冷一体化模块(15)的所述制冷单元(15.2)发出启动信号，若所述实时温度值小于所述预设温度值，则向所述发电制冷一体化模块(15)的所述制冷单元(15.2)发出关闭信号。
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