TWM536419U - 熱電感測裝置 - Google Patents

Description

熱電感測裝置

本新型創作是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種熱電感測裝置。

現今無線通訊技術中，無線感測網路(Wireless Sensor Networks，WSN)以眾多低成本且體積小的感測器設置於預定感測範圍，並透過多個感測器彼此間之訊息傳遞，藉以應用於如自然環境或工業環境等領域之監控用途。隨著無線感測器的技術不斷進步，近年來無線感測網路已經廣泛被應用於如軍事監控、環境監測、家庭健康檢測等領域上。然而，在無線感測器的數目增加時，強制要求更換電池的電力為數百甚至數千，而使得無線感測網路的維護成本顯著增加，且系統的可靠度也相對降低。因此，各種相關的解決方法因應而生，而熱電發電便是其中之一。

熱電發電是基於塞貝克效應（Seebeckeffect），以溫度差直接轉換為電能，即一種能將熱能轉換成電能的方法。一旦能量收集供電被部署在熱源上，無線感測網路成為自供電，即可實現了電源的自主權。然而，若熱電發電是由​​超低電壓（小於0.5 V）來實現連續且免維護無線感測網路的執行操作，則受限於小功率（1毫瓦或子1毫瓦）以及熱電發電器（thermoelectric generator ，TEG）設備大小的限制。

本新型創作提供一種熱電感測裝置，具有較佳的工作效益。

本新型創作的熱電感測裝置，其包括一載體、一容置單元、至少一隔熱件、至少一熱電發電單元、一無線訊號發射單元以及一感測單元。載體具有一容置空間。容置單元配置於載體的容置空間內。隔熱件配置於載體的容置空間內，且位於載體與容置單元之間。熱電發電單元配置於載體的容置空間內，且位於載體與容置單元之間，以藉由載體與容置單元之間的溫度差而發電。無線訊號發射單元配置於載體上。感測單元配置於載體上。

在本新型創作的一實施例中，上述的容置單元可拆卸地配置於載體的容置空間內。

在本新型創作的一實施例中，上述的容置單元的形狀包括多面體或圓柱體。

在本新型創作的一實施例中，上述的無線訊號發射單元配置於載體上，且位於容置空間之外。

在本新型創作的一實施例中，上述的感測單元配置於載體上，且位於容置空間之外。

在本新型創作的一實施例中，上述的無線訊號發射單元與感測單元整合為一無線傳感器模組。

在本新型創作的一實施例中，上述的隔熱件直接接觸容置單元與載體。

在本新型創作的一實施例中，上述的熱電發電單元直接接觸容置單元與載體。

在本新型創作的一實施例中，上述的熱電感測裝置更包括一相變化材料，填充於容置單元內，以藉由相變化而吸收熱能或釋放熱能。

在本新型創作的一實施例中，上述的感測單元包括一三軸數位陀螺儀、一溫濕度感測器、一數位溫度感測器、一重力加速度感測器、一光電晶體測器、一光敏電阻感測器、一串列式全球定位系統（Globe Positioning System，GPS）衛星接收模組、一土壤溫溼度感測器、一數位光照度感測模組、一可燃性氣體感測器、一人體感測器、一溫度感測器、一酒精感測器、一直流馬達感測器、一空氣品質感測器、一聲音感測器、一雙重輸出火焰感測器、一超音波測距感測器、一微波移動感測器、一繼電器模組、一一氧化碳感測器、一紅外線接收模組、一近接金屬開關模組、一氨氣感測器、一振動檢測感測器、一紫外線感測器、一凝露感測器、一觸摸感測器、一光遮斷紅外計數模組、一傾斜感測器、一土壤溫濕度感測模組、一步進馬達模組、一步進馬達+紅外感測模組、一電流過流檢測模組、一電壓過壓檢測模組、一鉑電阻溫度感測模組、一重力加速度感測器、一二氧化碳感測器或上述的組合。

基於上述，在本新型創作的熱電感測裝置的設計中，熱電發電單元是藉由載體與容置單元之間的溫度差而發電，以供無線訊號發射單元以及感測單元使用。其中，由於本新型創作的熱電感測裝置具有隔熱件，可有效熱隔絕載體與容置單元，使兩者之間的熱能無法互相傳導，因此本新型創作的熱電發電單元即可透過小溫度差而產生高瓦數的電力，可發揮最大的工作效能。如此一來，可有效提升本新型創作的熱電感測裝置的工作效益。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本新型創作的一實施例的一種熱電感測裝置的示意圖。請參考圖1，在本實施例中，熱電感測裝置100a包括一載體110a、一容置單元120a、至少一隔熱件130a、至少一熱電發電單元140a、一無線訊號發射單元150a以及一感測單元160a。載體110a具有一容置空間112a，而容置單元120a配置於載體110a的容置空間112a內。隔熱件130a配置於載體110a的容置空間112a內，且位於載體110a與容置單元120a之間。熱電發電單元140a配置於載體110a的容置空間112a內，且位於載體110a與容置單元120a之間，以藉由載體110a與容置單元120a之間的溫度差而發電。無線訊號發射單元150a配置於載體110a上。感測單元160a配置於載體110a上。

詳細來說，本實施例的載體110a是用來承載容置單元120a與熱電發電單元140a，其中載體110a的容置空間112a可為一密閉空間，或是為一非密閉空間，於此並不加以限制。容置單元120a可拆卸地配置於載體110a的容置空間112a內，其中容置單元120a的形狀例如是圓柱體，但並不以此為限。在本實施例中，熱電感測裝置100a還包括一相變化材料170a，其中相變化材料170a填充於容置單元120a內，以藉由相變化而吸收熱能或釋放熱能。舉例來說，當容置單元120a接收熱能時，相變化材料170a藉由相變化而吸收熱能，而容置單元120a未接收熱能時，相變化材料170a藉由相變化而釋放熱能。此處，相變化材料170a例如水、液態甲烷、液態瓦斯、冷媒或汽油。使用者可透過拆卸的方式將容置單元120a移出載體110a，以填充或置換容置單元120a內的相變化材料170a，具有較佳的使用靈活度。

再者，如圖1所示，本實施例的隔熱件130a具體化為直接接觸容置單元120a與載體110a，以有效熱隔絕載體110a與容置單元120a，使兩者之間的熱能無法互相傳導。當然，於其他未繪示的實施例中，隔熱件130a與容置單元120a之間與/或隔熱件130a與載體110a之間亦可增設絕熱材料層，以更進一步有效隔離載體110a與容置單元120a之間的熱傳導效應。須說明的是，本實施例並不限制隔熱件130a的尺寸大小及形狀，只要能使載體110a與容置單元120a之間不互相接觸，即屬本新型創作所欲保護的範圍。

另一方面，本實施例的熱電發電單元140a具體化為直接接觸容置單元120a與載體110a，以藉由載體110a與容置單元120a之間的溫度差而發電，而供無線訊號發射單元150a以及感測單元160a使用。當然，為了提高熱傳導效率，於其他未繪示的實施例中，亦可於熱電發電單元140a與容置單元120a之間設置導熱膏、導熱膠或石墨片，於此並不加以限制。為了更清楚說明，下表一表示為載體110a及容置單元120a之間的溫度差△T與熱電發電單元140a所產生的電力P的實驗數據。

表一 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> △T(℃) </td><td> 1 </td><td> 2 </td><td> 3 </td><td> 4 </td><td> 5 </td><td> 6 </td><td> 7 </td><td> 8 </td><td> 9 </td><td> 10 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 0.3 </td><td> 1.0 </td><td> 2.3 </td><td> 4.1 </td><td> 6.4 </td><td> 9.2 </td><td> 12.5 </td><td> 16.3 </td><td> 20.5 </td><td> 25.3 </td></tr><tr><td> △T(℃) </td><td> 11 </td><td> 12 </td><td> 13 </td><td> 14 </td><td> 15 </td><td> 16 </td><td> 17 </td><td> 18 </td><td> 19 </td><td> 20 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 30.6 </td><td> 36.3 </td><td> 42.5 </td><td> 49.3 </td><td> 56.5 </td><td> 64.1 </td><td> 72.3 </td><td> 81.0 </td><td> 90.1 </td><td> 99.8 </td></tr><tr><td> △T(℃) </td><td> 21 </td><td> 22 </td><td> 23 </td><td> 24 </td><td> 25 </td><td> 26 </td><td> 27 </td><td> 28 </td><td> 29 </td><td> 30 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 109.9 </td><td> 120.5 </td><td> 131.5 </td><td> 143.1 </td><td> 155.1 </td><td> 167.6 </td><td> 180.6 </td><td> 194.1 </td><td> 208.1 </td><td> 222.5 </td></tr><tr><td> △T(℃) </td><td> 31 </td><td> 32 </td><td> 33 </td><td> 34 </td><td> 35 </td><td> 36 </td><td> 37 </td><td> 38 </td><td> 39 </td><td> 40 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 237.4 </td><td> 252.8 </td><td> 268.7 </td><td> 285.0 </td><td> 301.9 </td><td> 319.2 </td><td> 336.9 </td><td> 355.2 </td><td> 373.9 </td><td> 393.1 </td></tr><tr><td> △T(℃) </td><td> 41 </td><td> 42 </td><td> 43 </td><td> 44 </td><td> 45 </td><td> 46 </td><td> 47 </td><td> 48 </td><td> 49 </td><td> 50 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 412.8 </td><td> 433.0 </td><td> 453.6 </td><td> 474.7 </td><td> 496.3 </td><td> 518.4 </td><td> 540.9 </td><td> 563.9 </td><td> 587.4 </td><td> 611.4 </td></tr><tr><td> △T(℃) </td><td> 51 </td><td> 52 </td><td> 53 </td><td> 54 </td><td> 55 </td><td> 56 </td><td> 57 </td><td> 58 </td><td> 59 </td><td> 60 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 635.8 </td><td> 660.7 </td><td> 686.1 </td><td> 711.9 </td><td> 738.2 </td><td> 765.0 </td><td> 792.3 </td><td> 820.0 </td><td> 848.3 </td><td> 876.9 </td></tr><tr><td> △T(℃) </td><td> 61 </td><td> 62 </td><td> 63 </td><td> 64 </td><td> 65 </td><td> 66 </td><td> 67 </td><td> 68 </td><td> 69 </td><td> 70 </td></tr><tr><td> P(mW) </td><td> 906.1 </td><td> 935.7 </td><td> 965.8 </td><td> 996.4 </td><td> 1027.4 </td><td> 1058.9 </td><td> 1090.9 </td><td> 1123.4 </td><td> 1156.3 </td><td> 1189.7 </td></tr></TBODY></TABLE>

由上述內容可得知，當載體110a及容置單元120a之間的溫度差達到18℃時，熱電發電單元140a所產生的電力即可達到81mW，此電力已足夠供應中小瓦數的無線訊號發射單元150a及感測單元160a驅動使用。也就是說，本實施例的熱電發電單元140a可透過較小的溫度差，即可產生足夠無線訊號發射單元150a及感測單元160a使用的電力。

另一方面，當載體110a及容置單元120a之間的溫度差達到70℃時，熱電發電單元140a所產生的電力為1189.7mW，其中此電力已經是溫度差為18℃時熱電發電單元140a所產生的電力的14倍之多。也就是說，溫度差的差值相差不到4倍，但熱電發電單元140a所產生的電力的差值卻已相差到14倍之多。簡言之，本實施例的熱電發電單元140a可達到最大的工作效能。

此外，如圖1所示，本實施例的無線訊號發射單元150a與感測單元160a具體化皆為配置於載體110a上且位於容置空間112a之外，但並不以此為限。此處，感測單元160a例如是一三軸數位陀螺儀、一溫濕度感測器、一數位溫度感測器、一重力加速度感測器、一光電晶體測器、一光敏電阻感測器、一串列式全球定位系統（Globe Positioning System，GPS）衛星接收模組、一土壤溫溼度感測器、一數位光照度感測模組、一可燃性氣體感測器、一人體感測器、一溫度感測器、一酒精感測器、一直流馬達感測器、一空氣品質感測器、一聲音感測器、一雙重輸出火焰感測器、一超音波測距感測器、一微波移動感測器、一繼電器模組、一一氧化碳感測器、一紅外線接收模組、一近接金屬開關模組、一氨氣感測器、一振動檢測感測器、一紫外線感測器、一凝露感測器、一觸摸感測器、一光遮斷紅外計數模組、一傾斜感測器、一土壤溫濕度感測模組、一步進馬達模組、一步進馬達+紅外感測模組、一電流過流檢測模組、一電壓過壓檢測模組、一鉑電阻溫度感測模組、一重力加速度感測器、一二氧化碳感測器或上述的組合。

簡言之，在本實施例的熱電感測裝置100a的設計中，熱電發電單元140a是藉由載體110a與容置單元120a之間的溫度差而發電，以供無線訊號發射單元150a以及感測單元160a使用。其中，由於熱電感測裝置100a具有隔熱件130a，可有效熱隔絕載體110a與容置單元120a，使兩者之間的熱能無法互相傳導，因此熱電發電單元140a即可透過小溫度差（如18℃）而產生高瓦數的電力，可發揮最大的工作效能。如此一來，可有效提升本實施例的熱電感測裝置100a的工作效益。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2繪示為本新型創作的另一實施例的一種熱電感測裝置的示意圖。請同時參考圖1與圖2，本實施例的熱電感測裝置100b與圖1的熱電感測裝置100a相似，兩者的差異在於：本實施例的容置單元120b的形狀具體化為多面體，如四面體，其中容置單元120b內可填充相變化材料170b，而容置單元120b配置於載體110b的容置空間112b內，且直接接觸隔熱件130b以及熱電發電單元140b，但並不以此為限。此外，本實施例的無線訊號發射單元150b與感測單元160b可透過一電路板C而整合成一無線傳感器模組W，藉此能夠對無線訊號發射單元150b與感測單元160b實現模組化。

綜上所述，在本新型創作的熱電感測裝置的設計中，熱電發電單元是藉由載體與容置單元之間的溫度差而發電，以供無線訊號發射單元以及感測單元使用。其中，由於本新型創作的熱電感測裝置具有隔熱件，可有效熱隔絕載體與容置單元，使兩者之間的熱能無法互相傳導，因此本新型創作的熱電發電單元即可透過小溫度差而產生高瓦數的電力，可發揮最大的工作效能。如此一來，可有效提升本新型創作的熱電感測裝置的工作效益。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b‧‧‧熱電感測裝置
110a、110b‧‧‧載體
112a、112b‧‧‧容置空間
120a、120b‧‧‧容置單元
130a、130b‧‧‧隔熱件
140a、140b‧‧‧熱電發電單元
150a、150b‧‧‧無線訊號發射單元
160a、160b‧‧‧感測單元
170a、170b‧‧‧相變化材料
C‧‧‧電路板
W‧‧‧無線傳感器模組

圖1繪示為本新型創作的一實施例的一種熱電感測裝置的示意圖。 圖2繪示為本新型創作的另一實施例的一種熱電感測裝置的示意圖。

100a‧‧‧熱電感測裝置

110a‧‧‧載體

112a‧‧‧容置空間

120a‧‧‧容置單元

130a‧‧‧隔熱件

140a‧‧‧熱電發電單元

150a‧‧‧無線訊號發射單元

160a‧‧‧感測單元

170a‧‧‧相變化材料

Claims (10)

1. 一種熱電感測裝置，包括： 一載體，具有一容置空間； 一容置單元，配置於該載體的該容置空間內； 至少一隔熱件，配置於該載體的該容置空間內，且位於該載體與該容置單元之間； 至少一熱電發電單元，配置於該載體的該容置空間內，且位於該載體與該容置單元之間，以藉由該載體與該容置單元之間的溫度差而發電； 一無線訊號發射單元，配置於該載體上；以及 一感測單元，配置於該載體上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該容置單元可拆卸地配置於該載體的該容置空間內。
3. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該容置單元的形狀包括多面體或圓柱體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該無線訊號發射單元配置於該載體上，且位於該容置空間之外。
5. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該感測單元配置於該載體上，且位於該容置空間之外。
6. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該無線訊號發射單元與該感測單元整合為一無線傳感器模組。
7. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該隔熱件直接接觸該容置單元與該載體。
8. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該熱電發電單元直接接觸該容置單元與該載體。
9. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，更包括：     一相變化材料，填充於該容置單元內，以藉由相變化而吸收熱能或釋放熱能。
10. 如申請專利範圍第1項所述的熱電感測裝置，其中該感測單元包括一三軸數位陀螺儀、一溫濕度感測器、一數位溫度感測器、一重力加速度感測器、一光電晶體測器、一光敏電阻感測器、一串列式全球定位系統衛星接收模組、一土壤溫溼度感測器、一數位光照度感測模組、一可燃性氣體感測器、一人體感測器、一溫度感測器、一酒精感測器、一直流馬達感測器、一空氣品質感測器、一聲音感測器、一雙重輸出火焰感測器、一超音波測距感測器、一微波移動感測器、一繼電器模組、一一氧化碳感測器、一紅外線接收模組、一近接金屬開關模組、一氨氣感測器、一振動檢測感測器、一紫外線感測器、一凝露感測器、一觸摸感測器、一光遮斷紅外計數模組、一傾斜感測器、一土壤溫濕度感測模組、一步進馬達模組、一步進馬達+紅外感測模組、一電流過流檢測模組、一電壓過壓檢測模組、一鉑電阻溫度感測模組、一重力加速度感測器、一二氧化碳感測器或上述的組合。