温差能量收集装置

1.本发明涉及能量收集装置技术领域，尤其涉及一种温差能量收集装置。


背景技术：

2.矿井下由于无线传感器数量大、种类多，一般采用电池为传感器节点供电，特别是一些环境危险、地质条件复杂的监测地点，无线传感器设备难以进行定期维护和更换电池，造成其电量有限、使用寿命短的问题。
3.煤矿井下大型设备工作功率大，工作时间长，经调研发现，矿井下设备表面温度在停机2小时后，依然高达50℃，开机工作时表面温度可达70℃，矿井下环境温度有20℃，因此，可利用的温差约为30℃到50℃。
4.散热器是一种给机械设备或高功率电器中易发热部件散热的器件，多由铝合金、黄铜、青铜等材料制成。现有的散热器一般包括底板，底板上设置若干相互平行且竖直设置的翅片，通过采用扩大散热面积的方式，得以散热。然而，在矿井环境中，弥漫着大量的粉尘，大量粉尘落在散热器的翅片与翅片之间的缝隙中，导致散热器的散热效果差，由于在矿井下的特殊环境，往往会配备降尘喷雾系统，通过喷淋也难以清除翅片缝隙中的粉尘。


技术实现要素：

5.本发明主要解决现有技术中的矿井下温差利用以及传感器节点能量受限的技术问题，提供一种温差能量收集装置，将矿井环境中的温差能量转换为电能，为煤矿井下的无线传感器节点电能补充，解决了矿用无线传感器供电不便的技术问题，提升了矿井下传感器节点的工作时间。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温差能量收集装置，包括：
7.温差发电片，温差发电片对应设置有热面和冷面，所述温差发电片的热面抵靠在发热的机械设备表面，所述温差发电片的热面和冷面之间产生温度差，温差发电片将温度差转化为电能；
8.散热器，所述散热器固定设置在所述温差发电片的冷面上；
9.能量管理芯片，所述能量管理芯片电连接所述温差发电片，所述能量管理芯片存储温差发电片转化的电能，并能够进行调配输出。
10.所述散热器，包括：底座，所述底座上包括顶面，所述顶面在空间上至少分为一个片区；至少一个散热单元，所述散热单元设置在对应的片区上，所述散热片单元包括若干翅片，所述片区的中心点设为s，设垂直片区且过点s的线为虚拟中心轴l，若干翅片均以虚拟中心轴l为基准周向发散设置，每个翅片的下端均固定连接对应片区的周沿，每个翅片的上端均汇聚后固定连接，相邻两个翅片之间具有镂空部。
11.每个翅片竖向发散设置，能够有效减少灰尘的聚集，且每个翅片之间设置镂空部，风能够从四周吹进散热器内部，带走部分热量，本技术利用矿井下的降尘喷雾系统，降尘喷雾落在散热器的翅片上，部分蒸发部分从散热器翅片上滑落，带走散热器上的热量，有效提
高散热效率。
12.为了增加发电效率，所述温差发电片为多个，温差发电片和散热器上散热单元一一对应设置，多个温差散热片并联后输出电压连接能量管理芯片。
13.进一步的，为了便于水滴向外滑落，若干翅片从上到下向外扩张。
14.进一步的，为了便于安装，若干翅片的上端均相交至虚拟中心轴l上，且若干翅片的上端均固定连接。
15.为了增加散热器的安全性能，散热器的顶部平滑设置，所述散热单元还包括上支架，所述上支架设置在对应片区的上方，所述上支架和所述片区的虚拟中心轴l相同，所述上支架的正投影落在对应片区的内部，每个翅片的上端均连接所述上支架。
16.每个翅片所在的平面均过所述虚拟中心轴l，设所述翅片靠近虚拟中心轴l的一边为内边，设所述翅片远离中心轴l的一边为外边，所述内边和外边之间具有夹角a，所述夹角a为锐角，即所述翅片为上窄下宽结构，当降尘喷雾落到翅片上时，由于重力和坡面摩擦力的作用，形成一个沿坡面的合力。当合力足够时，水珠停留在坡面时间就足够长，有利于蒸发散热来吸收由温差片热端传导过来的热量，从而达到有效散热的目的。
17.具体地，所述翅片的内边的末端和外边的末端通过第三边相连。
18.优选地，所述第三边平行于虚拟中心轴l，即第三边垂直于顶面，降尘喷雾聚集成水滴从翅片上滑下，翅片的外边末端设置为垂直于顶面，便于水滴的滴落。
19.进一步地，为了增加散热效果，所述顶面空间上分为九个片区，九个片区按3
×
3阵列排布，每个片区上均设置有散热单元。
20.为了便于连接，温差发电片和散热单元一一对应，为3
×
3阵列排布，每排的温差发电片通过正负引脚串联，串联后的三排温差发电片再进行并联，并联后输出电压连接所述能量管理芯片。
21.进一步地，为了便于水滴进一步地滑落，所述底座还包括底面和斜面，所述底面平行于所述顶面，所述顶面的正投影落在底面内，所述顶面和斜面通过若干斜面连接。
22.优选地，所述散热器一体成型。
23.进一步地，为了防止散热器被氧化腐蚀，所述散热器表面上包覆有抗氧化膜。
24.进一步地，为了便于安装，散热器上还设有若干安装孔，若干安装孔均贯穿斜面和底面。
25.本发明的温差能量收集装置，具体效果如下：
26.本发明的温差能量收集装置，针对矿井下大型机器工作时产生的温度，采集温度差转化为能量为井下传感器节点供电。
27.本技术中根据矿井下的特殊环境，配合矿井下的降尘喷雾系统，提出一种散热器，散热器可以有效利用降尘喷雾形成的水滴，吸收热量热，有效提高散热效率，良好的散热效果进一步增大温差，使得温差发电片增大热转换效率，更优效果的为矿井下的传感器节点供电。
附图说明
28.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
29.图1是本发明的温差能量收集装置结构示意图；
30.图2是本发明散热器的第一实施例结构示意图；
31.图3是本发明的散热器的第一实施例的俯视图；
32.图4本发明的散热器的第一实施例的侧视图；
33.图5是发明的散热器的第二实施例的结构示意图；
34.图6是图5的过虚拟中心轴l的纵向剖面图；
35.图7是本发明的翅片末端示意图。
36.附图标记：
37.100、机械设备表面；200、传感器节点；1、温差发电片；2、散热器；3、能量管理芯片；10、底座；11、顶面；12、片区；13、底面；14、斜面；15、安装孔；21、翅片；211、外边；212、内边；213、第三边；22、上支架。
具体实施方式
38.现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
39.如图1所示，是本发明的实施例，一种温差能量收集装置，包括：
40.温差发电片1，温差发电片1对应设置有热面和冷面，温差发电片1的热面抵靠在发热的机械设备表面100，温差发电片1的热面和冷面之间产生温度差，温差发电片1将温度差转化为电能，温差发电片1和散热单元一一对应，为3
×
3阵列排布，每排的温差发电片1通过正负引脚串联，串联后的三排温差发电片1再进行并联，并联后输出电压连接能量管理芯片3。
41.散热器2，散热器2固定设置在温差发电片1的冷面上，如图2至图4所示，散热器2包括：底座10，底座10上包括顶面11、底面13和斜面14，底面13平行于顶面11，顶面11的正投影落在底面13内，顶面11和斜面14通过若干斜面14连接，顶面11在空间上分为9个片区12，9个片区12按3*3矩阵分布；每个片区12上均设有散热单元，每个散热片单元包括若干翅片21，片区12的中心点设为s，设垂直片区12且过点s的线为虚拟中心轴l，若干翅片21均以虚拟中心轴l为基准周向发散设置，每个翅片21的下端均固定连接对应片区12的周沿，每个翅片21的上端均汇聚后固定连接，相邻两个翅片21之间具有镂空部，若干翅片21从上到下向外扩张。
42.散热器还包括：上支架，上支架22设置在对应片区12的上方，上支架22和片区12的虚拟中心轴l相同，上支架22的正投影落在对应片区12的内部，每个翅片21的上端均连接上支架22，若干翅片21的上端均连接到水平的上支架22上，每个翅片21所在的平面均过虚拟中心轴l，设翅片21靠近虚拟中心轴l的一边为内边212，设翅片21远离中心轴l的一边为外边211，内边212和外边211之间具有夹角a，夹角a为锐角，翅片21的内边212的末端和外边211的末端通过第三边213相连，第三边213平行于虚拟中心轴l。
43.散热器2一体成型，散热器2的表面上包覆有抗氧化膜。
44.底座10上还设有8个安装孔15，8个安装孔15均贯穿斜面14和底面13，周向均布在斜面14上，使其充分固定在大型设备上，安全稳固，避免大型设备工作时散热器2不牢固带来的安全隐患和散热效果差的问题。
45.能量管理芯片3，能量管理芯片3电连接温差发电片1，能量管理芯片3存储温差发
电片1转化的电能，并能够进行调配输出。
46.本实施例采用的teg.199-1.4-0.5型号温差片，将温差片的冷端装上散热器2放置于空气中，热端紧贴煤矿大型机械工作表面，借助机械产生的余热和煤矿井下低温环境，从而产生温度差，再通过温差片将温差转换成电能，即利用塞贝克效应将能量直接转化为电能，有温差就能提供电能。(基于塞贝克效应，指由于两种不同的电导体或者半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差现象，由于温度差使得导体内的载流子从热端流向冷端，并在冷端聚集，从而形成电势差。在电势差的作用下，导体内部形成反向电荷流，当电荷流与内部电场达到动态平衡时，导体两端形成稳定的电动势。)
47.采用bq25505能量管理芯片3收集温差能并且转换成电能，给传感器供电。bq25505能量管理芯片3不仅能将温差产生的电能收集，还能进行储存管理，具体为，当能量收集时，这款芯片本身带有一个储能装置，即升压存储模块，将收集的电能放在一起，当这款芯片接入负载，给负载供电时，这时候芯片可以调配存储的电能进行供电输出，为矿井下的传感器节点200进行供电。
48.本技术结合矿井下的实际情况，设置了3*3规格的温差发电片1组并拼配了3*3规格的散热单元，有效提升了每一块温差发电片1冷端的散热效率，大大提高了温差发电片1的热能的采集能力，满足能量收集管理芯片bq25505的冷启动电压要求，使得bq25505正常工作。
49.如图5和图6所示，是本发明的散热器的第二实施例，和第一实施例的区别在于，若干翅片21的上端均相交至虚拟中心轴l上，且若干翅片21的上端均固定连接，呈金字塔状，相较于实施例一，本实施例二便于生产制造，一体成型。
50.散热器2工作原理：
51.将散热器2的底板安装在需要散热的器件上，器件工作时散发大量热量，本技术的散热器2翅片21与翅片21之间间隔设置，散热效果好，且本技术的翅片21呈金字塔状排列，矿井下多灰尘，灰尘不易堆积在散热器2上，能够避免灰尘的堆积造成散热器2散热效果不佳的技术问题。
52.当降尘喷雾打开时，水珠落在散热翅片21上，若干翅片21均呈金字塔状向下发散设置，由于重力和坡面摩擦力的作用，形成一个沿坡面的合力，该合力致使水珠缓慢下落，有利于蒸发散热来吸收由温差片热端传导过来的热量，从而达到增强降低冷端热量的目的，翅片21上窄下宽的设计，利于雾气水珠滑落，增大水珠接触面积，最后，水珠从翅片21的末端，如图7所示，即竖直的第三边213和外边211组成屋檐状结构，便于雾气水珠的滴落。
53.水珠滴落至底座10上，并从底座10上的斜面14流下，雾气水珠散热的同时带走散热器2上的灰尘。
54.为了提升散热器2的抗氧化性能，本技术的散热器2表面均设置抗氧化膜。
55.总而言之，本发明的温差能量收集装置，针对矿井下大型机器工作时产生的温度，采集温度差转化为能量为井下传感器节点200供电。
56.本技术中根据矿井下的特殊环境，配合矿井下的降尘喷雾系统，提出一种散热器2，散热器2可以有效利用降尘喷雾形成的水滴，吸收热量热，有效提高散热效率，良好的散热效果进一步增大温差，使得温差发电片1增大热转换效率，更优效果的为矿井下的传感器节点200供电。
57.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。