一種熱電壓電裝置控制系統的制作方法

本發明涉及一種發電裝置系統，尤其涉及一種熱電壓電裝置控制系統。

背景技術：

熱電裝置是基于利用半導體的seebeck效應將熱能直接轉換為電能，具備無運動部件、體積小、重量輕、無噪音、無污染的優點，同時低品位的熱能(＜350℃)難于回收成為提高能源利用率的難點之一。因此，熱電發電作為一種能源領域的高新技術成為國際上競相研究的熱點之一，并將對人類世紀經濟生活和社會發展產生重大的影響。

當熱電發電器件應用到低品位廢熱發電上，如：汽車尾氣、發動機、垃圾燃燒、工廠廢熱、家用木炭爐、熱水器等，廢熱的溫度變化大且快。已知熱電變換元件高溫部與低溫部之間產生電位差的塞貝克效應，溫度差越大則發電量也越大。這樣的熱電變換元件以將多個接合的熱電變換元件模組的形態使用。在這種發電裝置中，如上述那樣，已知對熱電變換模組賦予的溫度差越大則發電量越大、發電性能越提高。熱電模塊必須經受熱端從室溫-40℃～100℃到使用溫度-40℃～400℃，冷端在-40℃～200℃的熱沖擊。如熱水器中，當加熱時，會使保溫室內壓力變大，且溫度升高，使熱電器件存在熱脹冷縮現象，而熱電裝置在熱沖擊下而引起的熱應力難于釋放，造成焊點松動直至脫落，進而影響器件的壽命。且作為將熱電變換模組的溫度差取較大的對策之一，使夾著熱電變換模組配設的加熱側及冷卻側的板部件相對于熱電變換模組以均勻的狀態緊貼、提高經由這些板部件的熱傳導度是有效的。然而，現有技術難以以均勻的壓力將板部件向熱電變換模組加壓，且結構變復雜或成本提高。只是存在使用熱電裝置收集能量，其能量回收率不高，機械能量浪費較多，如何釋放熱電發電器件在低品位熱源回收中熱沖擊的熱應力以及提高能源利用率，是保證其性能穩定壽命長的唯一途徑。而壓電裝置也是一種新型的回收能量的一種途徑，可有效回收機械能量。

另外，現有技術中如何有效控制熱電裝置，保證熱電裝置的壽命以及提高熱電轉化效率也是一種面臨解決的問題，如當溫差較小時，運行熱電裝置，不僅其熱電轉化效率較低，還使熱電裝置長時間運行，影響壽命；此外，當熱水器等剛開始使用時，其熱量不高，熱電裝置的兩端的溫差較小，此時開啟熱電裝置，不僅熱電轉化效率較低，還會因熱電裝置長時間運行，導致壽命縮短。當熱水器等運行結束時，其容器或熱電兩端的溫差還處于較大的狀態，如果此時與熱水器同時停止熱電裝置的運行，其必然也會導致剩余的熱量浪費，不利于能量的高效回收。此外，因熱電裝置的特殊性，其需要一定的溫差，即需要熱端，當長時間使用熱電裝置時，熱電裝置不可避免地會出現各種故障，如果不及時檢測與處理，會出現安全問題，可能會產生較大損失。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種熱電壓電裝置控制系統，可以提高熱電裝置的穩定性，以及可提高能量的利用率，形成一種新型高效的能量轉換集成裝置，同時對裝置進行監控保證熱電壓電裝置的使用效率，延長使用壽命，保證其安全運轉，減少不必要的損傷。

為實現上述目的，本發明提供一種熱電壓電裝置控制系統，其特征在于，包括熱電壓電裝置、至少一個溫度感測器、至少一個異常檢測器、至少一個監控單元、系統控制器、電源存儲器及控制電路；所述熱電壓電裝置包括至少一個熱電壓電組；所述監控單元分別與溫度感測器、異常檢測器和熱電壓電組連接，至少一個監控單元用于接收至少一個熱電壓電組的至少一個參數的數據，采集所接收的數據并且將所采集的數據向系統控制器傳送；所述至少一個監控單元用于探測所述至少一個熱電壓電組的故障事件并且觸發至少一個熱電壓電組的切斷；熱電壓電裝置通過控制電路與連接電源存儲器連接；所述熱電壓電組包括熱電裝置和壓電裝置，熱電裝置包括上熱電裝置和下熱電裝置，壓電裝置設置在上熱電裝置與下熱電裝置之間，在壓電裝置與熱電裝置之間還設有緩沖裝置。

作為優選，所述熱電壓電組至少為兩個。

進一步地，所述熱電壓電裝置控制系統還包括控制開關，所述控制開關與熱電壓電組和電源存儲器連接。

具體地，所述溫度感測器探測到熱電壓電組外部溫度達到一定溫度時，并將數據信號傳遞至監控單元，監控單元會將數據信號傳遞至系統控制器，系統控制器根據預設的溫度值，進行比較，當溫度感測器溫度大于預設溫度時，會將控制開關閉合，使熱電壓電組運轉工作；當溫度感測器溫度小于預設溫度時，會選擇性將一定數目控制開關斷開，使相應熱電壓電組停止工作。

具體地，所述異常檢測器檢查到熱電壓電組電壓或電流值異常時，將異常數據信號傳輸至監控單元，監控單元將該異常數據信號傳輸至系統控制器，系統控制器向控制開關的接觸器發送斷開信號，同時監控單元顯示異常信息。

進一步地，所述壓電裝置上設置導熱層，所述導熱層為石墨烯層。

具體地，所述緩沖裝置為彈簧或彈性板或彈性框，所述緩沖裝置內設置冷卻部件。

進一步地，所述熱電裝置兩側設置限位緩沖部件，或導熱部件兩側設置限位緩沖部件，所述限位緩沖部件為v型鋼板，所述限位緩沖部件在上下左右具有緩沖作用。

具體地，所述熱電裝置包括高溫部模塊和低溫部模塊。

具體地，所述熱電裝置可包括多個熱電單元。

有益效果：本發明的熱電壓電裝置控制系統，通過設置溫度感測器探測熱電壓電組的外部溫度，并和系統控制器預設溫度值進行比較，選擇性使熱電壓電組進行或停止工作，有效保證熱電壓電組的使用效率，減少不必要的使用，延長使用壽命，同時還可根據溫度高低或熱量的多少來決定熱電壓電組的工作數目，便于有效的根據需求進行控制；異常檢測單元可以有效的保證熱電壓電組的安全使用，減少不必要的損傷。本發明采用的熱電裝置包括上熱電裝置和下熱電裝置，壓電裝置設置在上熱電裝置與下熱電裝置之間，在壓電裝置與熱電裝置之間還設有緩沖裝置。熱電裝置的冷卻側的板部件相對于熱電裝置的緊貼性提高；另外，通過設置緩沖裝置，可以緩沖對熱電裝置的熱沖擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設置壓電裝置，可轉換機械能，提高能量回收率。

此外，將冷卻部件設置在緩沖裝置中，一方面可以提高空間利用率，另一方面也可減少熱對壓電裝置影響。壓電裝置上設置高導熱材料，如石墨烯層材料，可以有助于快速散去壓電裝置工作過程中產生的熱量，提高工作效率。

附圖說明

圖1是本發明的熱電壓電控制系統的框圖；

圖2是本發明的熱電壓電組的結構示意圖；

圖3是本發明的熱電壓電組的拆分結構示意圖；

圖4是本發明的緩沖裝置中設置冷卻部件的結構示意圖；

其中：1-上流通管；2-上流通管內壁；3-上熱電裝置；4-上緩沖裝置；5-壓電裝置；6-上限位緩沖部件；7-上剛性部件；8-固定部件；9-下緩沖裝置；10-下剛性部件；11-下熱電裝置；12-下流通管內壁；13-下流通管；14-下限位緩沖部件；15-冷卻部件；16-石墨烯層；17-導熱部件。

具體實施方式

如圖1所示，一種熱電壓電裝置控制系統，包括熱電壓電裝置、至少一個溫度感測器、至少一個異常檢測器、至少一個監控單元、系統控制器和電源存儲器及控制電路；所述熱電壓電裝置包括至少一個熱電壓電組；所述監控單元分別與溫度感測器、異常檢測器和熱電壓電組連接，至少一個監控單元用于接收至少一個熱電壓電組的至少一個參數的數據，采集所接收的數據并且將所采集的數據向系統控制器傳送；所述至少一個監控單元還被構造用于，探測關于所述至少一個熱電壓電組的故障事件并且觸發包括所述熱電壓電裝置的至少一個熱電壓電組的切斷；熱電壓電裝置通過控制電路與連接電源存儲器連接；如圖2、3所示，所述熱電壓電組包括熱電裝置和壓電裝置5，熱電裝置包括上熱電裝置3和下熱電裝置11，壓電裝置5設置在上熱電裝置3與下熱電裝置11之間，在壓電裝置5與熱電裝置之間還設有緩沖裝置。

以上為本發明的核心，通過設置溫度感測器探測熱電壓電組的外部溫度，并和系統控制器預設溫度值進行比較，選擇性使一定數目的熱電壓電組進行或停止工作，有效保證熱電壓電組的使用效率，減少不必要的使用，延長使用壽命；異常檢測單元可以有效的保證熱電壓電組的安全使用，減少不必要的損傷。本發明采用的熱電裝置包括上熱電裝置3和下熱電裝置11，壓電裝置5設置在上熱電裝置3與下熱電裝置11之間，在壓電裝置5與熱電裝置之間還設有緩沖裝置。熱電裝置的冷卻側的板部件相對于熱電裝置的緊貼性提高；另外，通過設置緩沖裝置，可以緩沖對熱電裝置的熱沖擊，提高的熱電裝置的使用壽命；在上下兩個熱電裝置之間設置壓電裝置5，可轉換機械能，提高能量回收率，將熱電壓電組的電能存儲至電源存儲器，以備負載使用。

作為優選，所述熱電壓電組至少為兩個，本實施中所述熱電壓電組為三個，每個熱電壓電組均連接一個溫度感測器和異常檢測器。作為變形，熱電壓電組可以三個以上。

進一步地，所述熱電壓電裝置控制系統還包括控制開關，所述控制開關與熱電壓電組和電源存儲器連接。

具體地，所述溫度感測器探測到熱電壓電組外部溫度達到一定溫度時，并將數據信號傳遞至監控單元，監控單元會將數據信號傳遞至系統控制器，系統控制器根據預設的溫度值，進行比較，當溫度感測器溫度大于預設溫度時，會將控制開關閉合，使熱電壓電組運轉工作；當溫度感測器溫度小于預設溫度時，會選擇性將一定數目控制開關斷開，使相應熱電壓電組停止工作。

具體地，所述異常檢測器檢查到熱電壓電組電壓或電流值異常時，將異常數據信號傳輸至監控單元，監控單元將該異常數據信號傳輸至系統控制器，系統控制器向控制開關的接觸器發送斷開信號，同時監控單元顯示異常信息。

具體地，熱電壓電組包括用于流通熱流的上流通管1和下流通管13，上流通管內壁2和下流通管內壁12的外側分別緊貼設置上熱電裝置3和下熱電裝置11，焊接于上流通管內壁2外側的上剛性部件7，焊接于下流通管內壁12外側的下剛性部件10，剛性部件用于支撐熱電裝置；在上熱電裝置3與壓電裝置5之間還設有上緩沖裝置4，在下熱電裝置11與壓電裝置5之間還設有下緩沖裝置9。

進一步地，所述壓電裝置5上設置導熱層，所述導熱層為石墨烯層16，可以有助于快速散去壓電裝置工作過程中產生的熱量，提高工作效率。

上緩沖裝置4和下緩沖裝置9為彈性框，所述彈性框為中空結構；作為變形，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9還可以為彈簧、彈性板或其他具有緩沖功能的部件。

此外，為了減少熱電裝置的熱量對壓電裝置的影響，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9內還設有冷卻部件15，冷卻部件15可以為熱電裝置的提供冷卻側；冷卻部件15可為套接在緩沖裝置內的一個或多個彎曲管或直通管，本實施例中，如圖4所示，冷卻部件15為套接在緩沖裝置內的一個彎曲管。所述緩沖裝置內設置冷卻部件15，一方面可以提高空間利用率，另一方面也可減少熱對壓電裝置影響。

進一步地，在導熱板面兩側設有兩個相對的上限位緩沖部件6，下導熱板面兩側設有兩個相對的下限位緩沖部件14，如圖1和圖2所示，上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14為v型鋼板；上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14的另外一側設有固定部件8，本實施例中，固定部件8貫穿于壓電裝置5周圍，固定部件8具有固定上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14的作用，同時用于固定支撐壓電裝置5；限位緩沖部件在上下左右具有緩沖作用，一方面可以起到限制導熱部件和熱電裝置，同時能夠起到上下左右緩沖作用，用于熱電裝置膨脹而導致的擠壓變形。作為變形，上限位緩沖部件6和下限位緩沖部件14也可以分別設置于上熱電裝置3和下熱電裝置11兩側，用于限制熱電裝置，及熱電裝置膨脹或收縮而導致的變形。

本實施例中，固定部件8為一體結構，其可固定壓電裝置5；作為變形，固定部件8也可為可拆卸的結構，其一部分與剛性部件相連接，起到支撐作用。

作為優選，熱電壓電組還包括導熱部件17，所述導熱部件設置于緩沖裝置外部并置于緩沖裝置4和熱電裝置之間。這樣以提高冷卻的面積，以便于為熱電裝置提供良好地冷卻側；此外，還可以增加導熱部件17與緩沖裝置之間的結構穩定性。

熱電裝置可包括多個熱電單元串聯或并聯，且每一熱電單元可包括高溫部模塊和低溫部模塊，以提高熱電轉換率。壓電裝置5也包括壓電層，設置在壓電層兩側的上下電極。

當流通熱流的上流通管1內流過熱流時，上流通管1內的溫度變高，上流通管內壁2會將熱傳遞給緊靠上流通管內壁2的上熱電裝置3上，使上熱電裝置3的加熱側加熱，而在上熱電裝置3的下側設有上緩沖裝置4內的冷卻部件15以提供冷卻側，使熱電裝置產生溫差，進而會發電，將熱能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負載供電。同理，下流通管13內流過熱流時，下流通管13內的溫度變高，下流通管內壁12會將熱傳遞給靠近下流通管內壁12的下熱電裝置11，使下熱電裝置11的加熱側加熱，而在下熱電裝置11的下側設有下緩沖裝置9內的冷卻部件15以提供冷卻側，使熱電裝置產生溫差，進而會發電，將熱能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負載供電。

當上流通管1和下流通管13中的至少一個流通熱流時，流通管內的溫度變高，管內氣壓也會變大，導致流通管內壁既產生熱脹冷縮，且又會產生向外的壓力，使流通管內部向外側施加壓力，即會擠壓緊靠熱流管內壁的上熱電裝置3或/和下熱電裝置11，而上熱電裝置3下設有上緩沖裝置4，繼而上熱電裝置3會擠壓上緩沖裝置4，上緩沖裝置4會將壓力傳遞給壓電裝置5上端；而下熱電裝置11上部設有下緩沖裝置9，繼而下熱電裝置11會擠壓下緩沖裝置9，下緩沖裝置9會將壓力傳遞給壓電裝置5下端，壓電裝置5受到壓力的作用會變形，進而會發電，將機械能轉換為電能，產生的電能會經輸出電路的調理和控制后，輸出到電源存儲或控制電路，以備后期向負載供電。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。