本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置系統(tǒng)，尤其涉及一種熱電壓電裝置控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱電裝置是基于利用半導(dǎo)體的seebeck效應(yīng)將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能，具備無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、體積小、重量輕、無(wú)噪音、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)低品位的熱能(＜350℃)難于回收成為提高能源利用率的難點(diǎn)之一。因此，熱電發(fā)電作為一種能源領(lǐng)域的高新技術(shù)成為國(guó)際上競(jìng)相研究的熱點(diǎn)之一，并將對(duì)人類世紀(jì)經(jīng)濟(jì)生活和社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

當(dāng)熱電發(fā)電器件應(yīng)用到低品位廢熱發(fā)電上，如：汽車尾氣、發(fā)動(dòng)機(jī)、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(chǎn)生電位差的塞貝克效應(yīng)，溫度差越大則發(fā)電量也越大。這樣的熱電變換元件以將多個(gè)接合的熱電變換元件模組的形態(tài)使用。在這種發(fā)電裝置中，如上述那樣，已知對(duì)熱電變換模組賦予的溫度差越大則發(fā)電量越大、發(fā)電性能越提高。熱電模塊必須經(jīng)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(dāng)加熱時(shí)，會(huì)使保溫室內(nèi)壓力變大，且溫度升高，使熱電器件存在熱脹冷縮現(xiàn)象，而熱電裝置在熱沖擊下而引起的熱應(yīng)力難于釋放，造成焊點(diǎn)松動(dòng)直至脫落，進(jìn)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(duì)策之一，使夾著熱電變換模組配設(shè)的加熱側(cè)及冷卻側(cè)的板部件相對(duì)于熱電變換模組以均勻的狀態(tài)緊貼、提高經(jīng)由這些板部件的熱傳導(dǎo)度是有效的。然而，現(xiàn)有技術(shù)難以以均勻的壓力將板部件向熱電變換模組加壓，且結(jié)構(gòu)變復(fù)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(jī)械能量浪費(fèi)較多，如何釋放熱電發(fā)電器件在低品位熱源回收中熱沖擊的熱應(yīng)力以及提高能源利用率，是保證其性能穩(wěn)定壽命長(zhǎng)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(jī)械能量。

另外，現(xiàn)有技術(shù)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(zhuǎn)化效率也是一種面臨解決的問(wèn)題，如當(dāng)溫差較小時(shí)，運(yùn)行熱電裝置，不僅其熱電轉(zhuǎn)化效率較低，還使熱電裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，影響壽命；此外，當(dāng)熱水器等剛開始使用時(shí)，其熱量不高，熱電裝置的兩端的溫差較小，此時(shí)開啟熱電裝置，不僅熱電轉(zhuǎn)化效率較低，還會(huì)因熱電裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致壽命縮短。當(dāng)熱水器等運(yùn)行結(jié)束時(shí)，其容器或熱電兩端的溫差還處于較大的狀態(tài)，如果此時(shí)與熱水器同時(shí)停止熱電裝置的運(yùn)行，其必然也會(huì)導(dǎo)致剩余的熱量浪費(fèi)，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(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用熱電裝置時(shí)，熱電裝置不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種故障，如果不及時(shí)檢測(cè)與處理，會(huì)出現(xiàn)安全問(wèn)題，可能會(huì)產(chǎn)生較大損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種熱電壓電裝置控制系統(tǒng)，可以提高熱電裝置的穩(wěn)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(zhuǎn)換集成裝置，同時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)控保證熱電壓電裝置的使用效率，延長(zhǎng)使用壽命，保證其安全運(yùn)轉(zhuǎn)，減少不必要的損傷。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種熱電壓電裝置控制系統(tǒng)，其特征在于，包括熱電壓電裝置、至少一個(gè)溫度感測(cè)器、至少一個(gè)異常檢測(cè)器、至少一個(gè)監(jiān)控單元、系統(tǒng)控制器、電源存儲(chǔ)器及控制電路；所述熱電壓電裝置包括至少一個(gè)熱電壓電組；所述監(jiān)控單元分別與溫度感測(cè)器、異常檢測(cè)器和熱電壓電組連接，至少一個(gè)監(jiān)控單元用于接收至少一個(gè)熱電壓電組的至少一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)，采集所接收的數(shù)據(jù)并且將所采集的數(shù)據(jù)向系統(tǒng)控制器傳送；所述至少一個(gè)監(jiān)控單元用于探測(cè)所述至少一個(gè)熱電壓電組的故障事件并且觸發(fā)至少一個(gè)熱電壓電組的切斷；熱電壓電裝置通過(guò)控制電路與連接電源存儲(chǔ)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(shè)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(shè)有緩沖裝置。

作為優(yōu)選，所述熱電壓電組至少為兩個(gè)。

進(jìn)一步地，所述熱電壓電裝置控制系統(tǒng)還包括控制開關(guān)，所述控制開關(guān)與熱電壓電組和電源存儲(chǔ)器連接。

具體地，所述溫度感測(cè)器探測(cè)到熱電壓電組外部溫度達(dá)到一定溫度時(shí)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞至監(jiān)控單元，監(jiān)控單元會(huì)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度值，進(jìn)行比較，當(dāng)溫度感測(cè)器溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，會(huì)將控制開關(guān)閉合，使熱電壓電組運(yùn)轉(zhuǎn)工作；當(dāng)溫度感測(cè)器溫度小于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，會(huì)選擇性將一定數(shù)目控制開關(guān)斷開，使相應(yīng)熱電壓電組停止工作。

具體地，所述異常檢測(cè)器檢查到熱電壓電組電壓或電流值異常時(shí)，將異常數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至監(jiān)控單元，監(jiān)控單元將該異常數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器向控制開關(guān)的接觸器發(fā)送斷開信號(hào)，同時(shí)監(jiān)控單元顯示異常信息。

進(jìn)一步地，所述壓電裝置上設(shè)置導(dǎo)熱層，所述導(dǎo)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(nèi)設(shè)置冷卻部件。

進(jìn)一步地，所述熱電裝置兩側(cè)設(shè)置限位緩沖部件，或?qū)岵考蓚?cè)設(shè)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(gè)熱電單元。

有益效果：本發(fā)明的熱電壓電裝置控制系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置溫度感測(cè)器探測(cè)熱電壓電組的外部溫度，并和系統(tǒng)控制器預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較，選擇性使熱電壓電組進(jìn)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(zhǎng)使用壽命，同時(shí)還可根據(jù)溫度高低或熱量的多少來(lái)決定熱電壓電組的工作數(shù)目，便于有效的根據(jù)需求進(jìn)行控制；異常檢測(cè)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(fā)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(shè)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(shè)有緩沖裝置。熱電裝置的冷卻側(cè)的板部件相對(duì)于熱電裝置的緊貼性提高；另外，通過(guò)設(shè)置緩沖裝置，可以緩沖對(duì)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(gè)熱電裝置之間設(shè)置壓電裝置，可轉(zhuǎn)換機(jī)械能，提高能量回收率。

此外，將冷卻部件設(shè)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(duì)壓電裝置影響。壓電裝置上設(shè)置高導(dǎo)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(guò)程中產(chǎn)生的熱量，提高工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的熱電壓電控制系統(tǒng)的框圖；

圖2是本發(fā)明的熱電壓電組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的熱電壓電組的拆分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的緩沖裝置中設(shè)置冷卻部件的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1-上流通管；2-上流通管內(nèi)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(nèi)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(dǎo)熱部件。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種熱電壓電裝置控制系統(tǒng)，包括熱電壓電裝置、至少一個(gè)溫度感測(cè)器、至少一個(gè)異常檢測(cè)器、至少一個(gè)監(jiān)控單元、系統(tǒng)控制器和電源存儲(chǔ)器及控制電路；所述熱電壓電裝置包括至少一個(gè)熱電壓電組；所述監(jiān)控單元分別與溫度感測(cè)器、異常檢測(cè)器和熱電壓電組連接，至少一個(gè)監(jiān)控單元用于接收至少一個(gè)熱電壓電組的至少一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)，采集所接收的數(shù)據(jù)并且將所采集的數(shù)據(jù)向系統(tǒng)控制器傳送；所述至少一個(gè)監(jiān)控單元還被構(gòu)造用于，探測(cè)關(guān)于所述至少一個(gè)熱電壓電組的故障事件并且觸發(fā)包括所述熱電壓電裝置的至少一個(gè)熱電壓電組的切斷；熱電壓電裝置通過(guò)控制電路與連接電源存儲(chǔ)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(shè)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(shè)有緩沖裝置。

以上為本發(fā)明的核心，通過(guò)設(shè)置溫度感測(cè)器探測(cè)熱電壓電組的外部溫度，并和系統(tǒng)控制器預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較，選擇性使一定數(shù)目的熱電壓電組進(jìn)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(zhǎng)使用壽命；異常檢測(cè)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(fā)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(shè)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(shè)有緩沖裝置。熱電裝置的冷卻側(cè)的板部件相對(duì)于熱電裝置的緊貼性提高；另外，通過(guò)設(shè)置緩沖裝置，可以緩沖對(duì)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(gè)熱電裝置之間設(shè)置壓電裝置5，可轉(zhuǎn)換機(jī)械能，提高能量回收率，將熱電壓電組的電能存儲(chǔ)至電源存儲(chǔ)器，以備負(fù)載使用。

作為優(yōu)選，所述熱電壓電組至少為兩個(gè)，本實(shí)施中所述熱電壓電組為三個(gè)，每個(gè)熱電壓電組均連接一個(gè)溫度感測(cè)器和異常檢測(cè)器。作為變形，熱電壓電組可以三個(gè)以上。

進(jìn)一步地，所述熱電壓電裝置控制系統(tǒng)還包括控制開關(guān)，所述控制開關(guān)與熱電壓電組和電源存儲(chǔ)器連接。

具體地，所述溫度感測(cè)器探測(cè)到熱電壓電組外部溫度達(dá)到一定溫度時(shí)，并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞至監(jiān)控單元，監(jiān)控單元會(huì)將數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度值，進(jìn)行比較，當(dāng)溫度感測(cè)器溫度大于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，會(huì)將控制開關(guān)閉合，使熱電壓電組運(yùn)轉(zhuǎn)工作；當(dāng)溫度感測(cè)器溫度小于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，會(huì)選擇性將一定數(shù)目控制開關(guān)斷開，使相應(yīng)熱電壓電組停止工作。

具體地，所述異常檢測(cè)器檢查到熱電壓電組電壓或電流值異常時(shí)，將異常數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至監(jiān)控單元，監(jiān)控單元將該異常數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器向控制開關(guān)的接觸器發(fā)送斷開信號(hào)，同時(shí)監(jiān)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(nèi)壁2和下流通管內(nèi)壁12的外側(cè)分別緊貼設(shè)置上熱電裝置3和下熱電裝置11，焊接于上流通管內(nèi)壁2外側(cè)的上剛性部件7，焊接于下流通管內(nèi)壁12外側(cè)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(shè)有上緩沖裝置4，在下熱電裝置11與壓電裝置5之間還設(shè)有下緩沖裝置9。

進(jìn)一步地，所述壓電裝置5上設(shè)置導(dǎo)熱層，所述導(dǎo)熱層為石墨烯層16，可以有助于快速散去壓電裝置工作過(guò)程中產(chǎn)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?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)；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(duì)壓電裝置的影響，上緩沖裝置4和下緩沖裝置9內(nèi)還設(shè)有冷卻部件15，冷卻部件15可以為熱電裝置的提供冷卻側(cè)；冷卻部件15可為套接在緩沖裝置內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)彎曲管或直通管，本實(shí)施例中，如圖4所示，冷卻部件15為套接在緩沖裝置內(nèi)的一個(gè)彎曲管。所述緩沖裝置內(nèi)設(shè)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(duì)壓電裝置影響。

進(jìn)一步地，在導(dǎo)熱板面兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)相對(duì)的上限位緩沖部件6，下導(dǎo)熱板面兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)相對(duì)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(cè)設(shè)有固定部件8，本實(shí)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(shí)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(dǎo)熱部件和熱電裝置，同時(shí)能夠起到上下左右緩沖作用，用于熱電裝置膨脹而導(dǎo)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(shè)置于上熱電裝置3和下熱電裝置11兩側(cè)，用于限制熱電裝置，及熱電裝置膨脹或收縮而導(dǎo)致的變形。

本實(shí)施例中，固定部件8為一體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，其一部分與剛性部件相連接，起到支撐作用。

作為優(yōu)選，熱電壓電組還包括導(dǎo)熱部件17，所述導(dǎo)熱部件設(shè)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(cè)；此外，還可以增加導(dǎo)熱部件17與緩沖裝置之間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

熱電裝置可包括多個(gè)熱電單元串聯(lián)或并聯(lián)，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(zhuǎn)換率。壓電裝置5也包括壓電層，設(shè)置在壓電層兩側(cè)的上下電極。

當(dāng)流通熱流的上流通管1內(nèi)流過(guò)熱流時(shí)，上流通管1內(nèi)的溫度變高，上流通管內(nèi)壁2會(huì)將熱傳遞給緊靠上流通管內(nèi)壁2的上熱電裝置3上，使上熱電裝置3的加熱側(cè)加熱，而在上熱電裝置3的下側(cè)設(shè)有上緩沖裝置4內(nèi)的冷卻部件15以提供冷卻側(cè)，使熱電裝置產(chǎn)生溫差，進(jìn)而會(huì)發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會(huì)經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲(chǔ)或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。同理，下流通管13內(nèi)流過(guò)熱流時(shí)，下流通管13內(nèi)的溫度變高，下流通管內(nèi)壁12會(huì)將熱傳遞給靠近下流通管內(nèi)壁12的下熱電裝置11，使下熱電裝置11的加熱側(cè)加熱，而在下熱電裝置11的下側(cè)設(shè)有下緩沖裝置9內(nèi)的冷卻部件15以提供冷卻側(cè)，使熱電裝置產(chǎn)生溫差，進(jìn)而會(huì)發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會(huì)經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲(chǔ)或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。

當(dāng)上流通管1和下流通管13中的至少一個(gè)流通熱流時(shí)，流通管內(nèi)的溫度變高，管內(nèi)氣壓也會(huì)變大，導(dǎo)致流通管內(nèi)壁既產(chǎn)生熱脹冷縮，且又會(huì)產(chǎn)生向外的壓力，使流通管內(nèi)部向外側(cè)施加壓力，即會(huì)擠壓緊靠熱流管內(nèi)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(shè)有上緩沖裝置4，繼而上熱電裝置3會(huì)擠壓上緩沖裝置4，上緩沖裝置4會(huì)將壓力傳遞給壓電裝置5上端；而下熱電裝置11上部設(shè)有下緩沖裝置9，繼而下熱電裝置11會(huì)擠壓下緩沖裝置9，下緩沖裝置9會(huì)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(huì)變形，進(jìn)而會(huì)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生的電能會(huì)經(jīng)輸出電路的調(diào)理和控制后，輸出到電源存儲(chǔ)或控制電路，以備后期向負(fù)載供電。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。