CN107171597B - 一种热电压电装置控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热电压电装置控制系统，包括热电压电装置、温度感测器、异常检测器、监控单元、系统控制器、电源存储器及控制电路；热电压电装置包括至少一个热电压电组；监控单元分别与温度感测器、异常检测器和热电压电组连接，监控单元用于接收热电压电组参数数据，采集所接收的数据并且将所采集的数据向系统控制器传送；至少一个监控单元用于探测关于热电压电组的故障事件并且触热电压电组的切断；所述热电压电组包括热电装置和压电装置，热电装置包括上热电装置和下热电装置，压电装置设置在上热电装置与下热电装置之间，在压电装置与热电装置之间还设有缓冲装置，具有使用寿命长，安全性高，效率高的优点。

Description

一种热电压电装置控制系统

技术领域

本发明涉及一种发电装置系统，尤其涉及一种热电压电装置控制系统。

背景技术

热电装置是基于利用半导体的Seebeck效应将热能直接转换为电能，具备无运动部件、体积小、重量轻、无噪音、无污染的优点，同时低品位的热能(＜350℃)难于回收成为提高能源利用率的难点之一。因此，热电发电作为一种能源领域的高新技术成为国际上竞相研究的热点之一，并将对人类世纪经济生活和社会发展产生重大的影响。

当热电发电器件应用到低品位废热发电上，如：汽车尾气、发动机、垃圾燃烧、工厂废热、家用木炭炉、热水器等，废热的温度变化大且快。已知热电变换元件高温部与低温部之间产生电位差的塞贝克效应，温度差越大则发电量也越大。这样的热电变换元件以将多个接合的热电变换元件模组的形态使用。在这种发电装置中，如上述那样，已知对热电变换模组赋予的温度差越大则发电量越大、发电性能越提高。热电模块必须经受热端从室温-40℃～100℃到使用温度-40℃～400℃，冷端在-40℃～200℃的热冲击。如热水器中，当加热时，会使保温室内压力变大，且温度升高，使热电器件存在热胀冷缩现象，而热电装置在热冲击下而引起的热应力难于释放，造成焊点松动直至脱落，进而影响器件的寿命。且作为将热电变换模组的温度差取较大的对策之一，使夹着热电变换模组配设的加热侧及冷却侧的板部件相对于热电变换模组以均匀的状态紧贴、提高经由这些板部件的热传导度是有效的。然而，现有技术难以以均匀的压力将板部件向热电变换模组加压，且结构变复杂或成本提高。只是存在使用热电装置收集能量，其能量回收率不高，机械能量浪费较多，如何释放热电发电器件在低品位热源回收中热冲击的热应力以及提高能源利用率，是保证其性能稳定寿命长的唯一途径。而压电装置也是一种新型的回收能量的一种途径，可有效回收机械能量。

另外，现有技术中如何有效控制热电装置，保证热电装置的寿命以及提高热电转化效率也是一种面临解决的问题，如当温差较小时，运行热电装置，不仅其热电转化效率较低，还使热电装置长时间运行，影响寿命；此外，当热水器等刚开始使用时，其热量不高，热电装置的两端的温差较小，此时开启热电装置，不仅热电转化效率较低，还会因热电装置长时间运行，导致寿命缩短。当热水器等运行结束时，其容器或热电两端的温差还处于较大的状态，如果此时与热水器同时停止热电装置的运行，其必然也会导致剩余的热量浪费，不利于能量的高效回收。此外，因热电装置的特殊性，其需要一定的温差，即需要热端，当长时间使用热电装置时，热电装置不可避免地会出现各种故障，如果不及时检测与处理，会出现安全问题，可能会产生较大损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种热电压电装置控制系统，可以提高热电装置的稳定性，以及可提高能量的利用率，形成一种新型高效的能量转换集成装置，同时对装置进行监控保证热电压电装置的使用效率，延长使用寿命，保证其安全运转，减少不必要的损伤。

为实现上述目的，本发明提供一种热电压电装置控制系统，其特征在于，包括热电压电装置、至少一个温度感测器、至少一个异常检测器、至少一个监控单元、系统控制器、电源存储器及控制电路；所述热电压电装置包括至少一个热电压电组；所述监控单元分别与温度感测器、异常检测器和热电压电组连接，至少一个监控单元用于接收至少一个热电压电组的至少一个参数的数据，采集所接收的数据并且将所采集的数据向系统控制器传送；所述至少一个监控单元用于探测所述至少一个热电压电组的故障事件并且触发至少一个热电压电组的切断；热电压电装置通过控制电路与连接电源存储器连接；所述热电压电组包括热电装置和压电装置，热电装置包括上热电装置和下热电装置，压电装置设置在上热电装置与下热电装置之间，在压电装置与热电装置之间还设有缓冲装置。

作为优选，所述热电压电组至少为两个。

进一步地，所述热电压电装置控制系统还包括控制开关，所述控制开关与热电压电组和电源存储器连接。

具体地，所述温度感测器探测到热电压电组外部温度达到一定温度时，并将数据信号传递至监控单元，监控单元会将数据信号传递至系统控制器，系统控制器根据预设的温度值，进行比较，当温度感测器温度大于预设温度时，会将控制开关闭合，使热电压电组运转工作；当温度感测器温度小于预设温度时，会选择性将一定数目控制开关断开，使相应热电压电组停止工作。

具体地，所述异常检测器检查到热电压电组电压或电流值异常时，将异常数据信号传输至监控单元，监控单元将该异常数据信号传输至系统控制器，系统控制器向控制开关的接触器发送断开信号，同时监控单元显示异常信息。

进一步地，所述压电装置上设置导热层，所述导热层为石墨烯层。

具体地，所述缓冲装置为弹簧或弹性板或弹性框，所述缓冲装置内设置冷却部件。

进一步地，所述热电装置两侧设置限位缓冲部件，或导热部件两侧设置限位缓冲部件，所述限位缓冲部件为V型钢板，所述限位缓冲部件在上下左右具有缓冲作用。

具体地，所述热电装置包括高温部模块和低温部模块。

具体地，所述热电装置可包括多个热电单元。

有益效果：本发明的热电压电装置控制系统，通过设置温度感测器探测热电压电组的外部温度，并和系统控制器预设温度值进行比较，选择性使热电压电组进行或停止工作，有效保证热电压电组的使用效率，减少不必要的使用，延长使用寿命，同时还可根据温度高低或热量的多少来决定热电压电组的工作数目，便于有效的根据需求进行控制；异常检测单元可以有效的保证热电压电组的安全使用，减少不必要的损伤。本发明采用的热电装置包括上热电装置和下热电装置，压电装置设置在上热电装置与下热电装置之间，在压电装置与热电装置之间还设有缓冲装置。热电装置的冷却侧的板部件相对于热电装置的紧贴性提高；另外，通过设置缓冲装置，可以缓冲对热电装置的热冲击，提高的热电装置的使用寿命；在上下两个热电装置之间设置压电装置，可转换机械能，提高能量回收率。

此外，将冷却部件设置在缓冲装置中，一方面可以提高空间利用率，另一方面也可减少热对压电装置影响。压电装置上设置高导热材料，如石墨烯层材料，可以有助于快速散去压电装置工作过程中产生的热量，提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的热电压电控制系统的框图；

图2是本发明的热电压电组的结构示意图；

图3是本发明的热电压电组的拆分结构示意图；

图4是本发明的缓冲装置中设置冷却部件的结构示意图；

其中：1-上流通管；2-上流通管内壁；3-上热电装置；4-上缓冲装置；5-压电装置；6-上限位缓冲部件；7-上刚性部件；8-固定部件；9-下缓冲装置；10-下刚性部件；11-下热电装置；12-下流通管内壁；13-下流通管；14-下限位缓冲部件；15-冷却部件；16-石墨烯层；17-导热部件。

具体实施方式

如图1所示，一种热电压电装置控制系统，包括热电压电装置、至少一个温度感测器、至少一个异常检测器、至少一个监控单元、系统控制器和电源存储器及控制电路；所述热电压电装置包括至少一个热电压电组；所述监控单元分别与温度感测器、异常检测器和热电压电组连接，至少一个监控单元用于接收至少一个热电压电组的至少一个参数的数据，采集所接收的数据并且将所采集的数据向系统控制器传送；所述至少一个监控单元还被构造用于，探测关于所述至少一个热电压电组的故障事件并且触发包括所述热电压电装置的至少一个热电压电组的切断；热电压电装置通过控制电路与连接电源存储器连接；如图2、3所示，所述热电压电组包括热电装置和压电装置5，热电装置包括上热电装置3和下热电装置11，压电装置5设置在上热电装置3与下热电装置11之间，在压电装置5与热电装置之间还设有缓冲装置。

以上为本发明的核心，通过设置温度感测器探测热电压电组的外部温度，并和系统控制器预设温度值进行比较，选择性使一定数目的热电压电组进行或停止工作，有效保证热电压电组的使用效率，减少不必要的使用，延长使用寿命；异常检测单元可以有效的保证热电压电组的安全使用，减少不必要的损伤。本发明采用的热电装置包括上热电装置3和下热电装置11，压电装置5设置在上热电装置3与下热电装置11之间，在压电装置5与热电装置之间还设有缓冲装置。热电装置的冷却侧的板部件相对于热电装置的紧贴性提高；另外，通过设置缓冲装置，可以缓冲对热电装置的热冲击，提高的热电装置的使用寿命；在上下两个热电装置之间设置压电装置5，可转换机械能，提高能量回收率，将热电压电组的电能存储至电源存储器，以备负载使用。

作为优选，所述热电压电组至少为两个，本实施中所述热电压电组为三个，每个热电压电组均连接一个温度感测器和异常检测器。作为变形，热电压电组可以三个以上。

进一步地，所述热电压电装置控制系统还包括控制开关，所述控制开关与热电压电组和电源存储器连接。

具体地，所述温度感测器探测到热电压电组外部温度达到一定温度时，并将数据信号传递至监控单元，监控单元会将数据信号传递至系统控制器，系统控制器根据预设的温度值，进行比较，当温度感测器温度大于预设温度时，会将控制开关闭合，使热电压电组运转工作；当温度感测器温度小于预设温度时，会选择性将一定数目控制开关断开，使相应热电压电组停止工作。

具体地，所述异常检测器检查到热电压电组电压或电流值异常时，将异常数据信号传输至监控单元，监控单元将该异常数据信号传输至系统控制器，系统控制器向控制开关的接触器发送断开信号，同时监控单元显示异常信息。

具体地，热电压电组包括用于流通热流的上流通管1和下流通管13，上流通管内壁2和下流通管内壁12的外侧分别紧贴设置上热电装置3和下热电装置11，焊接于上流通管内壁2外侧的上刚性部件7，焊接于下流通管内壁12外侧的下刚性部件10，刚性部件用于支撑热电装置；在上热电装置3与压电装置5之间还设有上缓冲装置4，在下热电装置11与压电装置5之间还设有下缓冲装置9。

进一步地，所述压电装置5上设置导热层，所述导热层为石墨烯层16，可以有助于快速散去压电装置工作过程中产生的热量，提高工作效率。

上缓冲装置4和下缓冲装置9为弹性框，所述弹性框为中空结构；作为变形，上缓冲装置4和下缓冲装置9还可以为弹簧、弹性板或其他具有缓冲功能的部件。

此外，为了减少热电装置的热量对压电装置的影响，上缓冲装置4和下缓冲装置9内还设有冷却部件15，冷却部件15可以为热电装置的提供冷却侧；冷却部件15可为套接在缓冲装置内的一个或多个弯曲管或直通管，本实施例中，如图4所示，冷却部件15为套接在缓冲装置内的一个弯曲管。所述缓冲装置内设置冷却部件15，一方面可以提高空间利用率，另一方面也可减少热对压电装置影响。

进一步地，在导热板面两侧设有两个相对的上限位缓冲部件6，下导热板面两侧设有两个相对的下限位缓冲部件14，如图1和图2所示，上限位缓冲部件6和下限位缓冲部件14为V型钢板；上限位缓冲部件6和下限位缓冲部件14的另外一侧设有固定部件8，本实施例中，固定部件8贯穿于压电装置5周围，固定部件8具有固定上限位缓冲部件6和下限位缓冲部件14的作用，同时用于固定支撑压电装置5；限位缓冲部件在上下左右具有缓冲作用，一方面可以起到限制导热部件和热电装置，同时能够起到上下左右缓冲作用，用于热电装置膨胀而导致的挤压变形。作为变形，上限位缓冲部件6和下限位缓冲部件14也可以分别设置于上热电装置3和下热电装置11两侧，用于限制热电装置，及热电装置膨胀或收缩而导致的变形。

本实施例中，固定部件8为一体结构，其可固定压电装置5；作为变形，固定部件8也可为可拆卸的结构，其一部分与刚性部件相连接，起到支撑作用。

作为优选，热电压电组还包括导热部件17，所述导热部件设置于缓冲装置外部并置于缓冲装置4和热电装置之间。这样以提高冷却的面积，以便于为热电装置提供良好地冷却侧；此外，还可以增加导热部件17与缓冲装置之间的结构稳定性。

热电装置可包括多个热电单元串联或并联，且每一热电单元可包括高温部模块和低温部模块，以提高热电转换率。压电装置5也包括压电层，设置在压电层两侧的上下电极。

当流通热流的上流通管1内流过热流时，上流通管1内的温度变高，上流通管内壁2会将热传递给紧靠上流通管内壁2的上热电装置3上，使上热电装置3的加热侧加热，而在上热电装置3的下侧设有上缓冲装置4内的冷却部件15以提供冷却侧，使热电装置产生温差，进而会发电，将热能转换为电能，产生的电能会经输出电路的调理和控制后，输出到电源存储或控制电路，以备后期向负载供电。同理，下流通管13内流过热流时，下流通管13内的温度变高，下流通管内壁12会将热传递给靠近下流通管内壁12的下热电装置11，使下热电装置11的加热侧加热，而在下热电装置11的下侧设有下缓冲装置9内的冷却部件15以提供冷却侧，使热电装置产生温差，进而会发电，将热能转换为电能，产生的电能会经输出电路的调理和控制后，输出到电源存储或控制电路，以备后期向负载供电。

当上流通管1和下流通管13中的至少一个流通热流时，流通管内的温度变高，管内气压也会变大，导致流通管内壁既产生热胀冷缩，且又会产生向外的压力，使流通管内部向外侧施加压力，即会挤压紧靠热流管内壁的上热电装置3或/和下热电装置11，而上热电装置3下设有上缓冲装置4，继而上热电装置3会挤压上缓冲装置4，上缓冲装置4会将压力传递给压电装置5上端；而下热电装置11上部设有下缓冲装置9，继而下热电装置11会挤压下缓冲装置9，下缓冲装置9会将压力传递给压电装置5下端，压电装置5受到压力的作用会变形，进而会发电，将机械能转换为电能，产生的电能会经输出电路的调理和控制后，输出到电源存储或控制电路，以备后期向负载供电。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种热电压电装置控制系统，其特征在于，包括热电压电装置、至少一个温度感测器、至少一个异常检测器、至少一个监控单元、系统控制器、电源存储器及控制电路；所述热电压电装置包括至少一个热电压电组；所述监控单元分别与温度感测器、异常检测器和热电压电组连接，至少一个监控单元用于接收至少一个热电压电组的至少一个参数的数据，采集所接收的数据并且将所采集的数据向系统控制器传送；所述至少一个监控单元用于探测所述至少一个热电压电组的故障事件并且触发至少一个热电压电组的切断；热电压电装置通过控制电路与电源存储器连接；所述热电压电组包括热电装置和压电装置，热电装置包括上热电装置和下热电装置，压电装置设置在上热电装置与下热电装置之间，在压电装置与热电装置之间还设有缓冲装置。

2.根据权利要求1所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述热电压电组至少为两个。

3.根据权利要求1所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，还包括控制开关，所述控制开关与热电压电组和电源存储器连接。

4.根据权利要求3所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述温度感测器探测到热电压电组外部温度达到一定温度时，将数据信号传递至监控单元，监控单元会将数据信号传递至系统控制器，系统控制器根据预设的温度值，进行比较，当温度感测器温度大于预设温度时，会将控制开关闭合，使热电压电组运转工作；当温度感测器温度小于预设温度时，会选择性将一定数目控制开关断开，使相应热电压电组停止工作。

5.根据权利要求3或4所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述异常检测器检查到热电压电组电压或电流值异常时，将异常数据信号传输至监控单元，监控单元将该异常数据信号传输至系统控制器，系统控制器向控制开关的接触器发送断开信号，同时监控单元显示异常信息。

6.根据权利要求1所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述压电装置上设置导热层，所述导热层为石墨烯层。

7.根据权利要求1所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述缓冲装置为弹簧或弹性板或弹性框，所述缓冲装置内设置冷却部件。

8.根据权利要求1所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述热电装置两侧设置限位缓冲部件，或导热部件两侧设置限位缓冲部件，所述限位缓冲部件为V型钢板，所述限位缓冲部件在上下左右具有缓冲作用。

9.根据权利要求1或6或7或8所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述热电装置包括高温部模块和低温部模块。

10.根据权利要求1或6或7或8所述的热电压电装置控制系统，其特征在于，所述热电装置可包括多个热电单元。