CN109489115A - 一种自供电室温调节系统 - Google Patents

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蔡烨芸
高峰
丁宁
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赵佳晨
徐悦
陈文颉
吴晓波
陈杰
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Abstract

本发明公开了一种自供电室温调节系统，包括封装管、控制器和受控于控制器的温差发电模块、储能模块、电动调节阀和温度检测模块；封装管包括其内环和外环，温差发电模块、储能模块和温度检测模块均封装在内环和外环之间；封装管两端分别与供热进水管和后续水管连接；温差发电模块贴在封装管内环外壁上；电动调节阀设置在封装管内环内壁；控制器控制温差发电模块在设定功率范围内工作；通过控制器切换储能模块的工作状态为充电状态或放电状态；储能模块分别和电动调节阀及温度检测模块连接；温度检测模块用于检测室温，并将其发送给控制器，控制器依据接收到的室温调节电动调节阀的开度，使室温保持在设定温度范围。

Description

一种自供电室温调节系统
技术领域
本发明涉及能量存储及能量控制领域，具体涉及一种自供电室温调节系统。
背景技术
在我国北方，大多数地区采用通水暖的方式进行集中供暖，通过调节电动调节阀可以调节暖气片内的入水量，从而控制温度。通常管道内的热水温度能达到60℃，而室温只有25℃左右，因此大量热量散失，没有得到有效利用。并且由于没有温度反馈系统，还可能会出现室内温度已经很高，但仍持续供热，导致居民需要开窗降温的情况。这种情况则是能源过量分配，造成的浪费更让人心痛。
温差发电作为一种绿色环保并且可再生的新型发电方式，逐渐进入人们视线。整个发电过程主要利用热电效应，可以利用热能直接发电。当热电材料两端存在温度梯度时，会产生相应的电池差现象，即产生电能。
现有类似专利《一种利用暖气炉温差进行发电的发电装置》，该专利是利用磁铁将温差发电装置贴于暖气炉壁上，利用暖气炉与自带水箱的温差进行发电，并可为蓄电池充电。装置将受限于暖气炉壁的材料和自带水箱的大小。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种自供电室温调节系统，能够实现温差发电的同时自动调节室内温度。
本发明的技术方案是：一种自供电室温调节系统，包括：封装管、控制器和受控于所述控制器的温差发电模块、储能模块、电动调节阀和温度检测模块；
所述封装管包括封装管内环和封装管外环，所述温差发电模块、所述储能模块和所述温度检测模块均封装在所述封装管内环和封装管外环之间的密闭空间内；
所述封装管两端分别与供热进水管和后续水管连接；
所述温差发电模块的热端贴在所述封装管内环外壁上；
所述电动调节阀设置在封装管内环内壁，通过调节所述电动调节阀的开度调节所述封装管中心孔的流通面积；
所述控制器控制所述温差发电模块在设定功率范围内工作；通过所述控制器切换所述储能模块的工作状态为充电状态或放电状态，当其处于充电状态时，所述控制器将所述温差发电模块的电能稳压处理后传输给所述储能模块存储；所述储能模块分别和所述电动调节阀及所述温度检测模块连接，当其处于放电状态时，为所述电动调节阀、所述控制器和所述温度检测模块供电；所述温度检测模块用于检测室温，并将检测到的室温发送给所述控制器，所述控制器依据接收到的室温调节所述电动调节阀的开度，使室温保持在设定温度范围内。
作为本发明的一种优选方式，所述温差发电模块包括三个以上串联或并联或串并联结合的温差发电片，所述温差发电片沿周向布置在所述封装管内环外圆周面上，其热端贴在所述封装管内环外壁上感知流经所述封装管的水温。
作为本发明的一种优选方式，所述温差发电片的冷端通过导热硅胶与散热片贴合。
作为本发明的一种优选方式，所述温度检测模块包括温度传感器和显示屏，所述温度传感器位于所述封装管外环外壁上，用于实时监测室温，并将检测的室温反馈到所述控制器和显示屏。
作为本发明的一种优选方式，所述温差发电模块还包括红色工作状态指示灯A和绿色工作状态指示灯A，所述红色工作状态指示灯A和所述绿色工作状态指示灯A用于分别指示所述温度检测模块处于供电状态和工作状态，所述供电状态指所述温度传感器只处于供电状态不进行温度检测工作，所述工作状态指所述温度传感器处于温度检测状态。
作为本发明的一种优选方式，所述控制器每间隔设定时间向所述温度传感器发送一次工作指令，所述温度传感器接收到工作时令后，开始温度检测工作，检测所述封装管外环的室温并将数据传回所述控制器；所述控制器根据所得到的数据判断室温是否达到设定温度范围内，并将室温显示到所述显示屏上；当所述温度传感器检测到的室温不在设定温度范围内时，所述控制器调节所述电动调节阀的开度，使室温保持在设定温度范围内。
作为本发明的一种优选方式，还包括设置在所述封装管外环外壁上的检修窗口。
作为本发明的一种优选方式，在所述封装管外环外壁上还设置有红色工作状态指示灯B和绿色工作状态指示灯B，所述红色工作状态指示灯B和所述绿色工作状态指示灯B均与所述电动调节阀连接，用于分别指示所述电动调节阀处于供电状态和工作状态，所述供电状态指所述电动调节阀受所述控制器控制只处于供电状态不进行阀门的开度调节，所述工作状态指所述电动调节阀在所述控制器控制下进行阀门的开度调节。
作为本发明的一种优选方式，所述封装管两端设置螺纹结构，供热进水管和后续水管通过螺纹结构分别和所述封装管两端相连。
有益效果：
(1)本发明的自供电室温调节系统通过温度检测模块和控制器，进行室温检测，控制电动调节阀的开度来控制供热水管内的进水量，从而控制水温，减少出现居民房间供热分布不均的情况，减少能源浪费。且利用温差发电模块将热能直接转化为电能进行自供电，发电效率高，无噪声污染，适用于带热水管道的所有暖气系统。
(2)本发明的各个模块之间的连接电路都封装在电路封装中，提高整个系统的安全性。
(3)本发明的温差发电模块、储能模块、温度检测模块和电路封装被封装在环形圆柱状封装管内。
(4)储能模块电路设计适应性广，可以根据需求选择不同的储能元件。可以选择普通电池作为储能元件，充分利用电池成熟的生产技术和高效的充电效率。也可以选择超级电容或者柔性电池作为储能元件，充分利用超级电容在电能存储方面的优势，以及柔性电池可塑性高的优势，充电时间短，反复充放电次数多，工作温度范围广，对环境无污染，且长期不充电不会影响寿命。
(5)本发明设计了螺纹结构，使之可以通过旋转直接与供热进水管和后续水管连接，连接方式简单、方便、可靠。
(6)调控室内温度处于较稳定状态，与供热水管内水温产生稳定的温度差，使系统可以产生稳定的电能，实现系统电能自给自足。
附图说明
图1为本系统的整体设计框图。
图2为本系统的结构示意图。
图3为本系统的封装管的截面图。
图4为本系统封装管的俯视图。
其中，1-温差发电片，2-散热片，3-储能元件，4-电路封装，5-温度传感器，6-封装管外环，7-封装管内环，8-温差发电模块连接电路，9-电动调节阀，10-储能元件连接电路，11-电动调节阀控制电机，12-螺纹，13-检修窗口，14-红色工作状态指示灯A，15-绿色工作状态指示灯A，16-显示屏,17-红色工作状态指示灯B，18-绿色工作状态指示灯B
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
以北方的暖气供热系统为例，管道内的热水温度与室内温度之间形成的温差恰好可以成为温差发电的能源。将设备安装在供热进水管原电动调节阀的位置，利用温差发电为系统提供电能，监测室内温度并控制电动调节阀的开度，从而达到控温目的。
本实施例提供了一种自供电室温调节系统，能够自动调节室内温度的同时实现温差发电，从而自供电。
该室温调节系统包括温差发电模块、储能模块、电动调节阀9、控制器、电路封装4和温度检测模块；温差发电模块和储能模块分别与控制器相连，温差发电模块将发的电能传至控制器，控制器对温差发电模块进行MPPT(最大功率点跟踪)控制处理使温差发电模块的发电功率接近最大功率；控制器切换储能模块的工作状态为充电状态或放电状态，当储能模块处于充电状态时，控制器将温差发电模块的电能稳压处理和电路保护处理后传输给储能模块存储；储能模块还分别和电动调节阀9及温度检测模块连接，当储能模块处于放电状态时，储能模块分别给电动调节阀9和温度检测模块供电；控制器还分别和电动调节阀9及温度检测模块相连，所述温度检测模块将检测的室温反馈到所述控制器，所述控制器驱动电动调节阀控制电机11调节电动调节阀9的开度来控制热水的进水量，用于调控室温；电路封装4包括各个模块及各个模块之间的连接电路，控制器位于所述电路封装4中。该室温调节系统的温差发电模块、储能模块、温度检测模块和电路封装4都封装在环形圆柱状封装管的内环和外环之间，用于与外界绝缘，其中，电动调节阀9的阀门与电动调节阀控制电机11相连，电动调节阀9的阀门与封装管内环7等直径设置在封装管内环7内壁，电动调节阀控制电机11设置在封装管外环6外壁上并通过电路和控制器相连，封装管两端通过其两端外环外壁上的管螺纹分别与供热进水管和后续水管连接。
如图1和图2所示，温差发电模块由温差发电片1、散热片2和温差发电模块连接电路8组成，温差发电片1的个数由封装管内环7的口径大小和电动调节阀电机11的型号确定，温差发电片1通过温差发电模块连接电路8串联或并联或串联与并联结合连接后沿周向均匀布置在封装管内环7的外壁上，其热端与封装管内环7的外壁固定连接，用于感知流通封装管内环7的水温，冷端通过导热硅胶与散热片2贴合，其中，散热片2用于降低温差发电片1冷端的温度。储能模块主要由储能元件3和储能元件连接电路10组成，储能元件3通过储能元件连接电路10由串联或并联或串联与并联结合连接形成储能模块，储能模块设有均压保护电路以及过压、过流保护电路，用于增强储能元件3适应性。温度检测模块由温度传感器5、红色工作状态指示灯A 14、绿色工作状态指示灯A 15、显示屏16和温度检测模块电路组成，温度传感器5置于封装管外环6外壁上，用于检测室温；温度传感器5、红色工作状态指示灯A 14、绿色工作状态指示灯A 15、显示屏16分别与温度检测模块电路相连，显示屏16用于显示温度传感器测得的室温，红色工作状态指示灯A 14和绿色工作状态指示灯A 15分别用于指示温度检测模块处于供电状态A和工作状态A，其中，供电状态A指温度传感器5受控制器控制只处于供电正常状态不进行温度检测工作，工作状态A指温度传感器5受控制器控制既处于供电正常状态又进行温度检测工作。电动调节阀主要由电动调节阀9的阀门和电动调节阀控制电机11组成。封装管外环6外壁设有检修窗口13，在检修窗口13的侧边设有红色工作状态指示灯B 17和绿色工作状态指示灯B 18，红色工作状态指示灯B 17和绿色工作状态指示灯B 18与电动调节阀连接，分别用于指示电动调节阀9处于供电状态B和工作状态B，其中，供电状态B指电动调节阀9受控制器控制只处于供电正常状态不进行阀门的开度调节工作，工作状态B指电动调节阀9受控制器控制既处于供电正常状态又进行阀门的开度调节工作。
具体为：该自供电室温调节系统通过封装管两端的管螺纹分别与供热进水管和后续水管连接，即热水流过封装管内环7。电动调节阀9初始设置为全开状态，因此热水直接通过封装管内环7，封装管内环7内壁得到加热，根据热传递原理，温差发电片1感受到热端和冷端的温度差，进入工作状态开始发电，此时红色工作状态指示灯A 14和红色工作状态指示灯B 17亮起，即表示温度检测模块和电动调节阀分别处于供电状态A和供电状态B，以待温度检测工作和电动调节阀的调节工作。温差发电模块所产生的电能经过控制器滤波，再到均压保护电路以及过压、过流保护电路进行稳压，输入到储能元件3中储存。温差发电模块工作半小时后，恰好保证储能模块存储的电能能够供应整个系统完成第一次检测和控制使用，此时，控制器向温度传感器5发送指令使其开始第一次温度检测工作，绿色工作状态指示灯A 15点亮，温度传感器5检测封装管外环6的室温并将数据传回控制器。控制器根据所得到的数据判断室温是否达到设定温度，并将室温显示到显示屏16上。当温度传感器5停止工作后，红色工作状态指示灯A 14重新点亮。每隔15分钟进行下一次检测，是为了控制间隔时间太短浪费电能且间隔时间太长检测不到准确的温度变化，此时，控制器将再一次激活温度传感器5进行温度检测工作。当控制器根据温度传感器5传回的检测数据判断室内温度已经达到或超过设定温度时，将会驱动电动调节阀控制电机11，此时绿色工作状态指示灯B 18点亮，电动调节阀控制电机11调小电动调节阀9的阀门开度，减小热水的进水量，控制室内温度不再继续上升。当控制器根据温度传感器5传回的检测数据判断室内温度低于设定温度时，将会驱动电动调节阀电机11，此时绿色工作状态指示灯B 18再次被点亮，电动调节阀控制电机11调大电动调节阀9的阀门开度，增大热水进水量，使室内温度适当升高。电动调节阀停止调节工作时，红色工作状态指示灯B 17亮起。显示屏16一般处于待机状态，当控制器收到温度传感器5测得的温度并输出给显示屏16时，显示屏16将会工作并显示温度。或者当用户需要查看温度时，可以按下显示屏16上的按钮查看当前或之前记录的温度。用户可以通过查看室温来判断热水供暖系统是否运作正常。整个系统工作所需电能均由温差发电模块发电并储存在储能元件3中的电能提供。封装管外环6外壁还设有检修窗口13，如果整个系统出现故障，则维修人员可以拧下固定螺丝，打开检修窗口13，对内部电路或零件进行检查修理。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自供电室温调节系统，其特征在于，包括：封装管、控制器和受控于所述控制器的温差发电模块、储能模块、电动调节阀和温度检测模块；
所述封装管包括封装管内环(7)和封装管外环(6)，所述温差发电模块、所述储能模块和所述温度检测模块均封装在所述封装管内环(7)和封装管外环(6)之间的密闭空间内；
所述封装管两端分别与供热进水管和后续水管连接；
所述温差发电模块的热端贴在所述封装管内环(7)外壁上；
所述电动调节阀设置在封装管内环(7)内壁，通过调节所述电动调节阀的开度调节所述封装管中心孔的流通面积；
所述控制器控制所述温差发电模块在设定功率范围内工作；通过所述控制器切换所述储能模块的工作状态为充电状态或放电状态，当其处于充电状态时，所述控制器将所述温差发电模块的电能稳压处理后传输给所述储能模块存储；所述储能模块分别和所述电动调节阀及所述温度检测模块连接，当其处于放电状态时，为所述电动调节阀、所述控制器和所述温度检测模块供电；所述温度检测模块用于检测室温，并将检测到的室温发送给所述控制器，所述控制器依据接收到的室温调节所述电动调节阀的开度，使室温保持在设定温度范围内。
2.如权利要求1所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，所述温差发电模块包括三个以上串联或并联或串并联结合的温差发电片(1)，所述温差发电片(1)沿周向布置在所述封装管内环(7)外圆周面上，其热端贴在所述封装管内环(7)外壁上感知流经所述封装管的水温。
3.如权利要求2所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，所述温差发电片(1)的冷端通过导热硅胶与散热片(2)贴合。
4.如权利要求1所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，所述温度检测模块包括温度传感器(5)和显示屏(16)，所述温度传感器(5)位于所述封装管外环(6)外壁上，用于实时监测室温，并将检测的室温反馈到所述控制器和显示屏(16)。
5.如权利要求4所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，所述温差发电模块还包括红色工作状态指示灯A(14)和绿色工作状态指示灯A(15)，所述红色工作状态指示灯A(14)和所述绿色工作状态指示灯A(15)用于分别指示所述温度检测模块处于供电状态和工作状态，所述供电状态指所述温度传感器(5)只处于供电状态不进行温度检测工作，所述工作状态指所述温度传感器(5)处于温度检测状态。
6.如权利要求4所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，所述控制器每间隔设定时间向所述温度传感器(5)发送一次工作指令，所述温度传感器(5)接收到工作时令后，开始温度检测工作，检测所述封装管外环(6)的室温并将数据传回所述控制器；所述控制器根据所得到的数据判断室温是否达到设定温度范围内，并将室温显示到所述显示屏(16)上；当所述温度传感器(5)检测到的室温不在设定温度范围内时，所述控制器调节所述电动调节阀的开度，使室温保持在设定温度范围内。
7.如权利要求1所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，还包括设置在所述封装管外环(6)外壁上的检修窗口(13)。
8.如权利要求4所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，在所述封装管外环(6)外壁上还设置有红色工作状态指示灯B(17)和绿色工作状态指示灯B(18)，所述红色工作状态指示灯B(17)和所述绿色工作状态指示灯B(18)均与所述电动调节阀(9)连接，用于分别指示所述电动调节阀(9)处于供电状态和工作状态，所述供电状态指所述电动调节阀(9)受所述控制器控制只处于供电状态不进行阀门的开度调节，所述工作状态指所述电动调节阀(9)在所述控制器控制下进行阀门的开度调节。
9.如权利要求1所述的一种自供电室温调节系统，其特征在于，所述封装管两端设置螺纹结构，供热进水管和后续水管通过螺纹结构分别和所述封装管两端相连。
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