一种烟道‑室内温差能量收集装置，所述能量收集装置包括由外到内布置的文丘里板、底板、烟道侧电路板、室内侧电路板和隔热支承块，其中隔热支承块中布置了P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒。本发明专利技术提供了一种便捷、持久和环保地给无线传感网络供电的烟道‑室内温差能量收集装置。
【技术实现步骤摘要】
烟道-室内温差能量收集装置
本专利技术涉及智能建筑中的能量收集装置，尤其是涉及利用一种智能民用建筑烟道-室内温差进行能量收集的装置，用于为低功耗的智能建筑无线传感器节点供电。
技术介绍
未来智能建筑中分布大量传感器节点，例如室内外的温度、湿度、照度、风速、风向传感器，均需解决节点供电问题，通常有两种选择，第一，布线实现供电以及测量信号的传递，考虑到传感器数量繁多、围护结构体量巨大并可能存在的活动部件，布线设计和施工代价较大；第二，电池供电，测量信号无线传输，即构建无线传感网络，避免前种方法布线的困扰，但仍存在某些负面影响：a)电池电量有限，限制节点使用寿命，b)节点往往不回收，化学电池引起的二次污染。针对上述问题，希望实现中无线传感网络节点的自供电，因此能量收集技术在智能建筑有了用武之地。该技术致力于收集自然环境中无处不在的可再生能源，如风能、太阳能、温差、各种物体的动能，为低功耗的无线传感网络节点供电。能量收集技术与发电有些区别，能量收集往往意味着仅仅获取较为微弱的能量为低功耗或超低功耗的用电设备供电，而发电通常要求为外界提供强劲的动力。目前，能量收集技术这一新型环保供电技术受到学术界和产业界的共同关注，正越来越接近应用水平；该技术在智能建筑上的应用出现喜人的萌芽态势。近年来智能建筑中的能量收集成为国内外研究的一个热点，大致分为如下几种类型：建筑光伏能量收集；混凝土温差能量收集；屋顶降水能量收集，在高层建筑屋顶蓄积雨水，冲击水泵叶轮收集能量；高层建筑晃动能量收集；风能收集。然而智能建筑中的能量收集技术仍有如下问题和挑战：1)均专注于能量收集技术本身，在智能建筑构造、部件设计上如何适应和配合能量收集装置和无线传感网络节点的功能发挥方面，相应的研发仍显不足，有待加强。2)上述每一种能量收集方法均存在时间上、空间上不可完全覆盖性。时间上看，夜间无法利用光伏太阳能；阴天往往室内外温差很小无法利用混凝土温差能量收集；风能收集依赖于气象条件；高层建筑晃动能量收集和屋顶降水能量收集可利用的时段较上述几种方式更为短暂。空间上看，屋顶降水能量收集、高层建筑晃动能量收集的分布性不佳，能量收集区位集中；风力收集装置通常有旋转部件，其安装位置大为受限。针对以上存在的问题，认识到为智能建筑的无线传感网络提供可靠能源，必须拓展能量收集在所处位置上、时段上的限制，唯此能无线传感网络才能发挥全天候的功效。
技术实现思路
为了克服已有智能建筑的无线传感网络提供可靠能源受到所处位置上、时段上的限制，无法发挥全天候的功效的不足，本专利技术提供了一种便捷、持久和环保地给无线传感网络供电的烟道-室内温差能量收集装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种烟道-室内温差能量收集装置，所述能量收集装置包括由外到内布置的文丘里板、底板、烟道侧电路板、室内侧电路板和隔热支承块，其中隔热支承块中布置了P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒。进一步，所述水泥薄壁排烟道中，在烟道壁上预留圆孔用于安装防火止回阀，防火止回阀外侧安装排烟管，在预留圆孔的两侧的烟道壁上分别预留两个相同形式的矩形安装孔，以便分别安装两组文丘里板及底板；所述两个预留矩形安装孔，其中一个矩形安装孔必须位于烟道壁的毗邻室内一侧，另一个在其对壁；两个矩形安装孔中心高度相同，且与预留圆孔孔心的高度位置接近；两个矩形安装孔的形状、大小相同，均为阶梯形方孔，开孔沿水泥薄壁排烟道壁外侧设有便于安装的矩形凹台。再进一步，所述文丘里板材料可为导热系数高、轻质的金属材料，文丘里板是向烟道内弯折的金属板，从安装位置看，弯折的剖面轮廓近似梯形，嵌套在水泥薄壁排烟道壁的矩形安装孔上，并凸向烟道内；文丘里板四周有折边，便于与底板拼装。与文丘里板拼合的底板是平面形状为矩形的薄金属板，材料与文丘里板相同；底板形状、面积与水泥薄壁排烟道上的预留矩形安装孔凹台吻合；位于烟道壁毗邻室内一侧的矩形安装孔上，安装的一组文丘里板及底板，其底板中央开设方孔，方孔是预留安装无线传感器的空位，该位置与室内侧电路板中央的空位对应；位于烟道壁非毗邻室内一侧的矩形安装孔上，安装的一组文丘里板及底板，其底板没有开孔。所述文丘里板与底板拼合后，用六个螺钉安装固定于水泥薄壁排烟道上的预留矩形安装孔上，文丘里板与底板拼合后的总厚度与水泥薄壁排烟道上的预留矩形安装孔轮廓边缘的凹台厚度相同，底板底部与烟道矩形安装孔外壁贴合；水泥薄壁排烟道上非毗邻室内一侧安装的文丘里板和底板的中间为空腔；水泥薄壁排烟道壁的毗邻室内一侧安装的文丘里板和带方孔的底板的空腔中有填充物，所述填充物构造层次由烟道内向外依次为：烟道侧电路板，隔热支承块和室内侧电路板，P型水泥基Seebeck效应棒，N型水泥基Seebeck效应棒布置在隔热支承块内部。所述烟道侧电路板安置在烟道壁的毗邻室内一侧的文丘里板及其底板的空腔中，与文丘里板的内侧轮廓吻合，并紧密贴合；烟道侧电路板四周有翻边，以便嵌套隔热支承块。所述烟道侧电路板为印刷电路板，在与文丘里板贴合接触的一侧无印刷电路，形成与文丘里板的电绝缘；有翻边的一侧表面嵌入多排矩形金属膜，每一个金属膜对应两个相邻的水泥基Seebeck效应棒，实现与P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒的电连通；烟道侧电路板厚度方向的中间为印刷电路层，印刷电路与板表面的金属膜电连通；从安装位置看，烟道侧电路板外表面的金属膜与水泥基Seebeck效应棒空间位置上对应，中间仅隔半层烟道侧电路板的厚度。所述室内侧电路板安置在烟道壁的毗邻室内一侧的文丘里板及其底板的空腔中，紧贴底板的内侧；外形为四周有翻边的矩形薄板，便于嵌套隔热支承块，端面与隔热支承块侧面贴合。所述室内侧电路板为印刷电路板，有翻边的一侧表面为多排矩形金属膜，每一个金属膜对应两个相邻的水泥基Seebeck效应棒，实现与P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒的电连通；室内侧电路板厚度方向的中间为印刷电路层，印刷电路与室内侧电路板表面的金属膜电连通；室内侧电路板的另一侧表面无印刷电路，与文丘里板的底板紧密贴合。所述隔热支承块填充于烟道侧电路板和室内侧电路板之间的空腔内。隔热支承块采用导热系数低，热阻较大，隔热性能好的材料，隔热支承块内排列正方形通孔，孔内注入相应的P型半导体性质的碳纤维水泥基复合材料以及N型半导体性质的碳纤维水泥基复合材料，凝固分别形成P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒。每两个相邻的水泥基Seebeck效应棒的端部，对应烟道侧电路板表面的一个金属膜，实现与P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒的电连通；将所有P型水泥基Seebeck效应棒两端的温度电动势正向串接，每一N型水泥基Seebeck效应棒与每一P型水泥基Seebeck效应棒反向串接，所有水泥基Seebeck效应棒串接后的两个总引出端应布置在室内侧电路板，储能电路模块、传感器模块、无线传输模块也均应布置在室内侧电路板；取P型水泥基Seebeck效应棒与N型水泥基Seebeck效应棒的数量相同，并在空间上交错排布，并加以编号，所有奇数编号为P型水泥基Seebeck效应棒，偶数编号为N型水泥基See本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种烟道‑室内温差能量收集装置，其特征在于：所述能量收集装置包括由外到内布置的文丘里板、底板、烟道侧电路板、室内侧电路板和隔热支承块，其中隔热支承块中布置了P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒。
【技术特征摘要】
1.一种烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：所述能量收集装置包括由外到内布置的文丘里板、底板、烟道侧电路板、室内侧电路板和隔热支承块，其中隔热支承块中布置了P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒。2.如权利要求1所述的烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：所述水泥薄壁排烟道中，在烟道壁上预留圆孔用于安装防火止回阀，防火止回阀外侧安装排烟管，在预留圆孔的两侧的烟道壁上分别预留两个相同形式的矩形安装孔，以便分别安装两组文丘里板及底板；所述两个预留矩形安装孔，其中一个矩形安装孔必须位于烟道壁的毗邻室内一侧，另一个在其对壁；两个矩形安装孔中心高度相同，且与预留圆孔孔心的高度位置接近；两个矩形安装孔的形状、大小相同，均为阶梯形方孔，开孔沿水泥薄壁排烟道壁外侧设有便于安装的矩形凹台。3.如权利要求2所述的烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：所述文丘里板材料可为导热系数高、轻质的金属材料，文丘里板是向烟道内弯折的金属板，从安装位置看，弯折的剖面轮廓近似梯形，嵌套在水泥薄壁排烟道壁的矩形安装孔上，并凸向烟道内；文丘里板四周有折边，便于与底板拼装。4.如权利要求2或3所述的烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：与文丘里板拼合的底板是平面形状为矩形的薄金属板，材料与文丘里板相同；底板形状、面积与水泥薄壁排烟道上的预留矩形安装孔凹台吻合；位于烟道壁毗邻室内一侧的矩形安装孔上，安装的一组文丘里板及底板，其底板中央开设方孔，方孔是预留安装无线传感器的空位，该位置与室内侧电路板中央的空位对应；位于烟道壁非毗邻室内一侧的矩形安装孔上，安装的一组文丘里板及底板，其底板没有开孔。5.如权利要求4所述的烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：所述文丘里板与底板拼合后，用六个螺钉安装固定于水泥薄壁排烟道上的预留矩形安装孔上，文丘里板与底板拼合后的总厚度与水泥薄壁排烟道上的预留矩形安装孔轮廓边缘的凹台厚度相同，底板底部与烟道矩形安装孔外壁贴合；水泥薄壁排烟道上非毗邻室内一侧安装的文丘里板和底板的中间为空腔；水泥薄壁排烟道壁的毗邻室内一侧安装的文丘里板和带方孔的底板的空腔中有填充物，所述填充物构造层次由烟道内向外依次为：烟道侧电路板，隔热支承块和室内侧电路板，P型水泥基Seebeck效应棒，N型水泥基Seebeck效应棒布置在隔热支承块内部。6.如权利要求5所述的烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：所述烟道侧电路板安置在烟道壁的毗邻室内一侧的文丘里板及其底板的空腔中，与文丘里板的内侧轮廓吻合，并紧密贴合；烟道侧电路板四周有翻边，以便嵌套隔热支承块。7.如权利要求6所述的烟道-室内温差能量收集装置，其特征在于：所述烟道侧电路板为印刷电路板，在与文丘里板贴合接触的一侧无印刷电路，形成与文丘里板的电绝缘；有翻边的一侧表面嵌入多排矩形金属膜，每一个金属膜对应两个相邻的水泥基Seebeck效应棒，实现与P型水泥基Seebeck效应棒以及N型水泥基Seebeck效应棒的电连通；烟道侧电路板厚度方向的中...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙莹，张端，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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