一种基于温差发电的自供电系统技术方案

本申请公开了一种基于温差发电的自供电系统，包括控制单元、稳压单元、蓄电单元、升压单元，以及安装在供热管道上的温差发电单元；所述温差发电单元热端汲取供热管道能量，冷端远离供热管道，冷热两端形成的温差将热能转换为电能，温差发电单元产生的电能通过稳压单元后存储在蓄电单元中，蓄电单元一方面为弱电设备提供电能，另一方面通过升压单元升压后为动力设备供电。本实用新型专利技术所述的温差发电单元通过供热管道热水与空气的温差实现热能‑电能的转化，既满足控制单元、供热管道系统内的传感器和执行单元等弱电设备的供能，又可以通过升压单元满足动力设备(如电动调节阀伺服电机)负荷需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温差发电的自供电系统
本技术涉及一种基于温差发电的自供电系统，属于电网自供电领域。
技术介绍
我国北方地区供热管网极其庞大，作用于供热管道上的电控阀、传感器、控制单元等数量巨大，改变热管网中的电动阀、传感器、控制单元等设备的供电方式一直是众多学者探寻研究的热点之一。目前供热管网上传感器、控制单元、电动阀等的供电方式主要有图1中的方式(一)与方式(二)，一种是采用市电，另一种则采用蓄电池。这两种供电方式主要存在如下问题：1.建设220V市电线路需耗费大量人力、物力、财力，且一些地方施工困难甚至无法铺设220V供电线路；供电线路如出现故障将导致电动阀、传感器、控制单元等无法动作，严重影响供热管网运行的可靠性及安全性；而且，虽然电动阀供电计量设备众多，但电动阀每年耗电量并不是很大，所缴纳的电费与计量设备成本严重失衡，对电网公司来说，经济性较差。2.蓄电池能量密度低、体积大、重量高，运输与安装极其不便；蓄电池容量有限需定期运输到指定地点进行充电，拆卸、运输、安装过程费时费力，运维成本过高；供热管道所处环境恶劣，蓄电池组故障率较高，给供热管网可靠安全持续的运行带来了隐患。基于上述市电和蓄电池供电的弊端，目前，有供热管道开始尝试采用自供电系统供电，当前关于管道自供电问题主要集中在利用流体发电模块和压电发电模块两类。如《一种管道流体信息的远程自供电监控器》公开了：利用流体发电装置将流体动能-电能进行转换，并利用储能装置进行存储，实现了为系统智能控制板的自供电，达到了管道信息远程监视效果；《自供电海底管道在线检漏设备》公开了：利用管道内的水流带动叶片旋转，通过三级齿轮实现发电机高速旋转完成动能-机械能-电能的转换，经过整流模块蓄电池对电能进行实时存储以满足arm处理器、无线声学发送装置的供电，实现系统自供电的同时完成管道远程检漏；《流体管道自供电智能传感器》公开了：通过水流带动涡轮机旋转使发电机发出交流电能，经过电源单元满足计算机主板、网络连接器和传感器的功率需求后为蓄电池充电，实现了系统的自供电。《一种旋转式自供电的管道监测装置》公开了：在旋转轴上均匀合理布置磁铁与压电器，管道流体通过旋转轴并带动其转动时，在激励磁铁的作用下使压电器发电满足温度与压力等传感器需求，实现系统的自供电；《用于油气输送管道监测的自供电装置》公开了：利用管道油气动能通过叶片带动主轴转动，在圆孔内磁铁的作用下产生压力使压电模块发出电能，满足检测传感器的功率需求，实现了系统的自供电。上述自供电方法主要存在如下问题：1.现有自供电系统中原始动力都来源于机械能(动能)，通过动态转换设备实现机械能(动能)-电能的转换，这样的自供电设备噪音大、寿命短、故障率高，严重影响系统安全稳定可靠运行，并且受应用环境及场所的限制；2、现有管道自供电系统电源模块单元发出的功率较小，仅能满足传感器、控制单元等mW级(毫瓦级)的小功率负荷需求，并不能实现对W级(瓦级)功率的动力设备供能。有鉴于此，本专利技术人对此进行研究，专门开发出一种基于温差发电的自供电系统，本案由此产生。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于温差发电的自供电系统，以实现管道系统中动力设备和弱电设备的自供电。为了实现上述目的，本技术的解决方案是：基于温差发电的自供电系统，包括控制单元、稳压单元、蓄电单元、升压单元，以及安装在供热管道上的温差发电单元；其中，所述温差发电单元热端汲取供热管道能量，冷端远离供热管道，冷热两端形成的温差将热能转换为电能，温差发电单元产生的电能通过稳压单元后存储在蓄电单元中，蓄电单元一方面为弱电设备提供电能，另一方面通过升压单元升压后为动力设备供电。作为优选，所述温差发电单元包括热源存储器、温差发电模块和散热器，其中，所述热源存储器与供热管道相连通，提供热源，形成温差发电单元的热端；所述散热器与温差发电模块相连接，设置在远离热端的一侧，形成温差发电单元的冷端。作为优选，所述温差发电单元还包括电路板，所述温差发电模块及外围电气元件安装在电路板上。作为优选，所述温差发电单元还包括绝缘导热隔离垫，所述绝缘导热隔离垫设置在温差发电模块和热源存储器之间，避免温差发电模块、电路板直接与热源存储器接触而损坏。作为优选，所述温差发电模块包括n个串联的温差发电片，以及m个并联的温差发电片。利用供热管道热水与空气之间的温差发电，满足电动调节阀、传感器等设备功率需求与电压需求。作为优选，所述散热器采用铝质散热器或塑料散热器。作为优选，所述蓄电单元采用超级电容器组或锂电池组。作为优选，所述控制单元采用微处理器控制。上述基于温差发电的自供电系统，所述温差发电单元通过供热管道热水与空气的温差实现热能-电能的转化；所述稳压单元将温差发电单元输出电压稳定于一数值，使温差发电单元电能注入蓄电单元中且满足控制单元、供热管道系统内的传感器和执行单元等弱电设备的供能，蓄电单元则实时汇集存储温差发电单元的电能，当电动调节阀等动力设备需要动作时，蓄电单元将电能集中释放保证动力设备可靠动作；升压单元将蓄电单元端口输出电压升于动力设备(如电动调节阀伺服电机)额定电压，确保升压单元输出端口电压始终稳定于动力设备额定电压值。控制单元实时采集监控温差发电单元、蓄电单元、稳压单元、升压单元，以及与之相连的弱电设备、动力设备的信息，并根据系统运行工况实时发出指令给系统各个单元，确保各个单元安全运行的基础上，满足动力设备及控制单元等弱电负荷需求。以下结合附图及具体实施例对本技术做进一步详细描述。附图说明图1为现有技术中供热管网供电方式示意图；图2为本实施例的自供电系统控制原理图；图3为本实施例的温差发电单元结构示意图；图4为本实施例的温差发电单元结构分解示意图；图5为本实施例的温差发电片模块的等效电路；图6为本实施例的超级电容组等效电路图；图7为本实施例的自供电系统等效电路图；图8为本实施例的自供电系统操作过程图。具体实施方式如图2所示，基于温差发电的自供电系统，包括控制单元1、稳压单元2、蓄电单元3、升压单元4，，以及安装在供热管道7上的温差发电单元6。整个自供电系统可以统一封装在一起，然后安装在供热管道7上，也可以单独将温差发电单元6安装在供热管道7上，不论哪种安装方式，所述温差发电单元6热端必须靠近供热管道7，以汲取供热管道7能量，冷端远离供热管道7，使冷端和热端形成较大的温差，冷热两端形成的温差将热能转换为电能，温差发电单元6产生的电能通过稳压单元2后存储在蓄电单元3中，所述稳压单元2将温差发电单元6输出电压稳定于一数值，使温差发电单元6电能注入蓄电单元3中且满足控制单元1、供热管道系统内的传感器(如供热管道的温度传感器8、压力传感器9等)和执行单元5(如电动调节阀的触动开发等)等弱电设备的供能，蓄电单元3则实时汇集存储温差发电单元6的电能，当电动调节阀10等动力设备需要动作时，蓄电单元3将电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于温差发电的自供电系统，其特征在于：包括控制单元、稳压单元、蓄电单元、升压单元，以及安装在供热管道上的温差发电单元；其中，所述温差发电单元热端汲取供热管道能量，冷端远离供热管道，冷热两端形成的温差将热能转换为电能，所述电能通过稳压单元后存储在蓄电单元中，蓄电单元一方面为弱电设备提供电能，另一方面通过升压单元升压后为动力设备供电。/n

【技术特征摘要】
1.基于温差发电的自供电系统，其特征在于：包括控制单元、稳压单元、蓄电单元、升压单元，以及安装在供热管道上的温差发电单元；其中，所述温差发电单元热端汲取供热管道能量，冷端远离供热管道，冷热两端形成的温差将热能转换为电能，所述电能通过稳压单元后存储在蓄电单元中，蓄电单元一方面为弱电设备提供电能，另一方面通过升压单元升压后为动力设备供电。


2.如权利要求1所述的基于温差发电的自供电系统，其特征在于：所述温差发电单元包括热源存储器、温差发电模块和散热器，其中，所述热源存储器与供热管道相连通，提供热源，形成温差发电单元的热端；所述散热器与温差发电模块相连接，设置在远离热端的一侧，形成温差发电单元的冷端。


3.如权利要求2所述的基于温差发电的自供电系统，其特征在于：所述温差发电单元还包括电路板...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁立中，陈冲，
申请(专利权)人：青海能高新能源有限公司微电网储能技术分公司，
类型：新型
国别省市：青海;63