[發(fā)明專利]一種無線電控井蓋的溫差電能轉(zhuǎn)換裝置

無效

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• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103227591A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙捷;唐立文;王明勇
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明迪森電氣有限公司
• 主分類號: H02N11/00
• 分類號: H02N11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫差電能轉(zhuǎn)換，具體涉及無線電控井蓋的溫差電能轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)

電力、通信、供水、供氣、有線電視地下隧道的出入井口窨井蓋是進(jìn)入地下隧道進(jìn)行檢修、維護(hù)的重要通道的關(guān)鍵裝置，這些出入口成為了保障這些系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。由于出入口環(huán)境復(fù)雜、條件惡劣、對成本敏感，實(shí)施監(jiān)測管理的技術(shù)難度高、研究開發(fā)費(fèi)用投入大、見效慢，這些因素的存在，使得地下隧道出入口的監(jiān)測長期以來一直沒有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，將遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)用于地下隧道入口的應(yīng)用開始出現(xiàn)。

由于受成本敏感?、使用環(huán)境惡劣的限制，窨井蓋的遠(yuǎn)程監(jiān)控僅僅在一些重要的電力隧道出入口采用。地下隧道出入口窨井蓋的遠(yuǎn)程監(jiān)控之所以不能在大范圍普及推廣，另一個(gè)更重要的原因是大量的窨井蓋無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場供電。除了電力地下隧道可采用感應(yīng)供電的方式就近取電外，絕大多數(shù)的非電力地下隧道出入口窨井蓋沒有電力線可供取電。

對于具有閉鎖機(jī)構(gòu)的無線電控井蓋系統(tǒng)而言，鎖具的開啟將產(chǎn)生較大功耗，如何做到在窨井蓋現(xiàn)場無法獲取電源的條件下，使電控井蓋的電池能夠在長達(dá)數(shù)年的時(shí)間保證井蓋的正常工作，就成為電子井蓋能否在除電力隧道以外的更大范圍普及推廣的核心問題。

解決辦法之一是中國專利CN201220125619發(fā)明的電控井蓋，該發(fā)明的井蓋與傳統(tǒng)窨井蓋不同之處在于為窨井蓋增加了電子鎖。要開啟或閉鎖井蓋前，需為井蓋控制器現(xiàn)場充電，沖完電之后，若輸入密碼正確，或者遠(yuǎn)程控制中心發(fā)出許可開鎖指令后，即可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場或遠(yuǎn)程開鎖、閉鎖。開鎖或閉鎖之后，電子控制器的電源就消耗殆盡。因此，需要打開井蓋必須要持有充電和發(fā)送開鎖密碼的手持充電控制儀。該發(fā)明有效地解決了電力隧道出入井口窨井蓋的控制管理，但不適于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理的應(yīng)用。

如何讓沒有現(xiàn)場供電條件的地下管道出入口窨井蓋的監(jiān)測管理成為可能，已經(jīng)成為無線電控井蓋大范圍應(yīng)用推廣首先要解決的主要問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種無線電控井蓋溫差電能轉(zhuǎn)換的裝置。

溫差電技術(shù)研究始于20世紀(jì)40年代，于20世紀(jì)60年代達(dá)到高峰，并成功地在航天器上實(shí)現(xiàn)了長時(shí)發(fā)電。當(dāng)時(shí)美國能源部的空間與防御動力系統(tǒng)辦公室給出鑒定稱，“溫差發(fā)電已被證明為性能可靠，維修少，可在極端惡劣環(huán)境下長時(shí)間工作的動力技術(shù)”。近幾年來，溫差發(fā)電機(jī)不僅在軍事和高科技方面，而且在民用方面也表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。

溫差電能轉(zhuǎn)換裝置的基本原理源于塞貝克（Seeback）效應(yīng)，又稱作第一熱電效應(yīng)，它是指由于溫差而產(chǎn)生的熱電現(xiàn)象。

將兩種半導(dǎo)體結(jié)合，并使其一端處于高溫狀態(tài)(熱源)，而另一端開路并且處于低溫狀態(tài)(冷源)，則在冷源端會產(chǎn)生開路電壓△U，稱為溫差電動勢，也稱為賽貝克電動勢，賽貝克電壓△U與熱冷兩端溫度差△T成正比：

△U?=?s△T

式中，s稱為塞貝克系數(shù)，其單位是V／K或μV／K。塞貝克系數(shù)由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定。

從上式可以看出，兩種半導(dǎo)體兩端的輸出電壓大小正比于兩種半導(dǎo)體熱端和冷端的溫度差，只要溫度差足夠大，就可以產(chǎn)生足夠的電壓并，引出半導(dǎo)體的兩個(gè)輸出端，即成為溫差電池。

從上式中，我們還可以看出，與輸出電壓密切相關(guān)的一個(gè)因數(shù)是塞貝克系數(shù)，該系數(shù)的數(shù)值由材料本身的電子能帶結(jié)構(gòu)決定。具有較高塞貝克系數(shù)數(shù)值的材料為熱電材料。熱電材料是一種能夠?qū)崮芎碗娔芟嗷マD(zhuǎn)換的功能材料，用多晶硅材料制作熱電偶，其相對于10μm波長的光源可顯示出90％以上的高吸收率，塞貝克系數(shù)值高達(dá)110uV/K，金屬鋁的塞貝克系數(shù)值為-3?uV/K，可見，多晶硅是性能較為優(yōu)異的熱電材料。

作為能源轉(zhuǎn)換器，不僅要求要有較高的電壓輸出特性，還要有較高的電流輸出特性。為此，在特定溫度條件下，需要將多個(gè)溫差電池串聯(lián)以獲得所需的電壓，將其并聯(lián)以獲得所需的電流。

基于塞貝克效應(yīng)的溫差電池在我國已大量生產(chǎn)，制造成本越來越低，為廣泛應(yīng)用溫差電池打下了良好的基礎(chǔ)。

絕大部分窨井蓋處于公路和露天無遮擋的環(huán)境。夏天，經(jīng)太陽暴曬后，窨井蓋表面的溫度可高達(dá)40℃—60℃，而窨井蓋背面的溫度遠(yuǎn)低于窨井蓋表面。這使溫差電池應(yīng)用于窨井蓋成為了可能。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：