基于温差与叶轮互补发电技术的智能远传热量表的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在加热系统中测量流动介质传递的热量的仪表，具体设及一种基 于温差与叶轮互补发电技术的智能远传热量表。
【背景技术】
[0002] 家用热量表主要用于对家用热量表热网集中供热进行计量，是在入口和出口处之 间测量温度差与测量介质流速相结合，从而计量所消费的热量，并作为收费数据。
[0003] 传统热表通常采用内置电池的供电方式，虽成本低廉，但电池易损需维护，且由于 供电功率不足W支持远程通信，需要人员上口抄表，造成管理不便。而带有无线装置的热计 量装置常需要外接电源，或者需要外接信号线路，设计、施工工艺复杂，成本高，易发故障， 且耗能大大增加。
[0004] 而在智能控制方面，通用热表多数只有简单的热量计量功能W及数据存储功能， 而不存在复杂的智能控制系统。然而，随着自动化机械产业的发展，测量仪表与自动控制系 统的结合能够大幅度提高产品的工作性能与经济效益。
[0005] 在通讯方式方面，上文提到，由于远程传输耗能较高，带有远传功能的热量表往往 需要外接电源，而该种热量表尚未大范围推行。因此传统热表仍W人工抄表为通讯方式的 主流。热量表多在北方城市有成熟的供热系统，但由于在北方城市用户分布面积广，人工抄 表十分耗费人力物力。
[0006] 经检索，中国专利文献CN20274817抓公开了一种热电式热量表，包括计算器、温 度传感器、流量传感器、热电组件，热电组件、温度传感器和流量传感器分别通过导线与计 算器连接。热电组件由温差发电模块组和散热器组成。温差发电模块组由多块半导体温差 发电模块串联而成，连接有用于输出温差发电总电能的电压输出接口。将半导体温差发电 模块组的一侧与热源管道接触，另一侧与处于室内环境中的片式散热器接触，使得半导体 温差发电模块组的两侧产生温度差，利用塞贝克原理，将管道内热源的热能转换为电能，W 满足计算器的测量、计算、显示和存储的功耗需求。该方案单纯依赖温差发电所获得的电量 有限，在管道内外温差不足时无法进行供电，而且也无法实现远程抄表功能。
[0007] 中国专利文献CN102650555A-种基于热电及祸轮发电的供暖管网热量计，其由 热电元件、祸轮发电元件、电能管理模块、微处理器、存储器和通讯巧片构成；热量计有两路 能量来源，一是通过热电元件利用供回水温差产生电能；二是通过祸轮发电元件利用热水 推动转子产生电能；电能管理模块对两路电能进行调理和存储；热量计采集两路信号，一 路信号通过热电元件采集供回水温差，另一路信号由祸轮发电元件采集供回水流量；两路 信号通过微处理器计算热量值，由存储器存储，并由通讯巧片进行传输。本发明一方面利用 热电和祸轮发电元件采集供回水温差和流量信息W计算热量，另一方面转化热水热能及动 能产生电能驱动系统运行。该热量计万全擬弃了现有的热量计结构，需要重新设计，相比现 有的超声波热量计而言，计量的精度存在明显不足。而且在非供暖季就失去了系统的电源 供给，再次使用时需要重新初始化，也未对温差发电部分做出具体设计。可见，设计一种适 应已安装热量计，而且具备季节切换功能的智能远传热量表已成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0008] 发明目的；为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于温差与叶轮互 补发电技术的智能远传热量表。
[0009] 技术方案；为解决上述技术问题，本发明提供的基于温差与叶轮互补发电技术的 智能远传热量表，包括安装于供暖系统中的热量表，所述热量表连接到供电系统、智能控制 系统和通信系统，所述供电系统包括充电电池、温差发电装置和管道式水力发电机，所述温 差发电装置和管道式水力发电机安装于供暖系统的管道上；所述智能控制系统具有供暖模 式和存储模式切换开关。
[0010] 作为优选，为了实现远程自动抄表，所述通信系统是无线通信系统，具有无线串 口和GPRS发射模块。
[0011] 作为优选，为了提高温差发电的效率，所述温差发电装置包括作为热端的导热块、 作为冷端的热管散热片，W及夹设于热端和冷端的工作平面之间的温差发电片；所述导热 块贴合于供暖系统管道外壁。
[0012] 为了提高导热速率，所述温差发电片是呈矩阵排列的四片，所述温差发电片与所 述工作平面之间涂覆有导热硅胶层。
[0013] 作为优选，为了更大限度地发挥散热片的性能，使温差发电的两侧具有足够的热 量差，所述导热块是铜导热块，所述铜导热块具有紧贴供暖系统管道外壁的弧形部，所述铜 导热块与除工作平面与户型部之外的其他表面外部包裹起有隔热外壳，所述热管散热片与 温差发电片之间还设有铜散热片，所述热管散热片除工作平面的其他面外部包裹有铜网。 所述热管散热片具有散热罐片和封闭的U形热管，所述U形热管内填充有导热介质，所述U 形热管包括竖直的散热部和水平的集热部，所述散热罐片中穿设有散热部；所述集热部紧 贴所述工作平面的背部，并与供热管道同向布置。
[0014] 作为优选，所述供电系统还包括升压电路和充放电电路。
[0015] 作为优选，所述热量表是超声波式热量表。
[0016] 本发明同时提出上述基于温差与叶轮互补发电技术的智能远传热量表的工作方 法：
[0017] 在供暖季时，管道内流动的供热工质通过温差与叶轮互补发电系统进行供电，所 述智能控制系统的模式切换开关切换到供电模式；
[0018] 在非供暖季时，管道内无流动的供热工质，所述智能控制系统读取到统计流量数 据不再变化时，切换到掉电存储模式，依靠电池存储电能维持供暖结束时装置的相关参数 记录；
[0019] 所述通信系统通过无线串口近距离传输热量累计数据和时间信息，并将所述信息 加密后发送到远程终端的采集数据软件。
[0020] 发明原理：本发明是在现有供热系统及计量系统基础上，将供暖系统工质与环境 温度的温差发电技术和管道内流体带动轮叶转动驱动发电机发电技术并行使用，为热计量 系统和通信系统提供长期稳定的电能供给。由温差和轮叶机械发电产生的直流电经升压 稳压电路再通过充电电路给裡离子电池充电，裡离子电池再放电供给热计量系统和通信系 统，其过程由智能充放电巧片控制。装置无需电源线，收集原热表安装位置的散失热能与流 体动能为热量表长期、稳定供电。智能控制系统可W切换工作模式。在供暖季，选择供电模 式。在非供暖季，切换到存储模式。通信系统使用GPRS传输模块实现远程传输功能，同时 兼有无线藍牙串口模块实现近距离实时的传输功能。
[0021] 有益效果：
[0022] 1、相对于需内置电池或外接电源的传统热表，本发明将其改为回收热表供暖管道 表面散失的热量W及充分利用管道流体流动的机械能，为热计量系统和通讯系统供电，实 现了"一次安装、终身供电"。减少热能浪费，无需其他电源，充分体现了节能思想，可观的经 济和环境效益。
[0023] 2、为了减少非供暖季不必要的能量损耗，本发明还在传统热表系统中增设了智能 控制系统。在供暖季，选择供电模式，利用充放电电路通过51单片机控制热量统计、远程 通讯等功能；在非供暖季，切换到存储模式；停止热量计量及数据通讯，由裡电池供电，保 存系统的重要参数(通讯地址等)。设计出的热表可根据季节将工作模式与休眠模式进行智 能切换，进一步实现了节能。
[0024] 3、在安装与升级过程中，本发明无需破坏现有供热系统及计量系统结构，无需外 接电源和信号线，工艺简单，制造成本低。
[00巧]除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征W及由该些技 术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的基于温差与叶轮互补发电技术的智能远传热 量表所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征W及该些技术特征带来的 优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例的系统架构图；
[0027] 图2是图1的结构示意图；
[002引图3是图2中温差发电部分的结构示意图；
[0029] 图4是图1中智能控制系统的架构图；
[0030] 图5是图1中通信系统的架构图。
[0031] 图中：温差发电部分1-1、叶轮发电部分1-2、充放电模块1-3-1、裡离子电池 1-3-2、升压稳压模块1-3-3、智能控制系统2、温度传感器3-1、显示屏3-2、通信系统4、供暖 系统管道1-1-1、铜导热块1-1-2、温差发电片1-1-3、铜散热板1-1-4、导热娃脂1-1-5、散热 罐片1-1-6。
【具体实施方式】 [00础 实施例：
[0033] 如图1所示，本实施例的基于温差与叶轮互补发电技术的智能远传热量表包括供 电系统、智能控制系统、热量计量系统及通信系统四部分。供电系统主要包括温差与叶轮互 补发电系统，热量计量系统主要包括温度、流速传感器。
[0034] 如图2所示，本实施例的供电系统由温差发电部分1-1、叶轮发电部分1-2及稳压 部分组成。稳压部分包括充放电模块1-3-1、裡离子电池1-3-2和升压稳压模块1-3-3。叶 轮发电部分1-2采用HY-368