阅读说明：本技术 一种应用于智能水表的柔性温差取能模块 (Flexible temperature difference energy-obtaining module applied to intelligent water meter ) 是由 范建华 沈华刚 陈维广 陈超然 卢方君 刘永广 张公森 张建 李伟 吴雪梅 卢峰 于 2020-06-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用于智能水表的柔性温差取能模块,它包括柔性温差发电片、热交换结构、电源管理模块、冷热源。柔性温差发电片包括上下柔性基底、p型和n型热电臂、电极和绝缘导线。电源管理模块包括升压稳压电路、储能电路。热交换结构紧密贴合在柔性温差发电片外侧。本发明应用柔性温差发电模块为智能水表供电,克服了单独使用电池供电的传统智能水表寿命短的缺点；相比传统商用陶瓷温差发电模块具有高转换效率、高可靠、低成本等优势。(The invention discloses a flexible temperature difference energy-obtaining module applied to an intelligent water meter, which comprises a flexible temperature difference power generation sheet, a heat exchange structure, a power management module and a cold and heat source. The flexible thermoelectric power generation piece comprises an upper flexible substrate, a lower flexible substrate, p-type thermoelectric arms, n-type thermoelectric arms, electrodes and an insulated lead. The power management module comprises a voltage boosting and stabilizing circuit and an energy storage circuit. The heat exchange structure is tightly attached to the outer side of the flexible thermoelectric generation piece. The invention applies the flexible temperature difference power generation module to supply power to the intelligent water meter, and overcomes the defect of short service life of the traditional intelligent water meter which is supplied with power by a battery; compared with the traditional commercial ceramic thermoelectric power generation module, the thermoelectric power generation module has the advantages of high conversion efficiency, high reliability, low cost and the like.)

一种应用于智能水表的柔性温差取能模块

技术领域

本发明涉及温差发电取能领域，具体涉及一种应用于智能水表的柔性温差取能模块。

背景技术

现在较为广泛使用的家用水表经常是机械式的，需要工作人员定期抄读，且精度较低，逐渐被智能水表替代，智能水表一般采用微功率电路控制，可以实现远程抄读，流量监控等功能。市场中的智能水表一般采用蓄电池供电，或采用外接电源供电，这会大大增加水表安装和维护的成本，且电池寿命有限，需要定期更换，限制水表的使用寿命和数据安全，因此需要一种可以利用水流进行发电的设计，来实现智能水表的自供电。

热电材料根据塞贝克效应可以热力学能直接转换为电能，进而为智能水表供电，具有清洁、体积小、无运动部件等优点。相比于传统的商用陶瓷温差发电模块，柔性温差发电模块具有较好的力学性能，包括可弯曲性，可拉伸变形等，在电子器件微型化、穿戴式电子器件、生物医药以及取能等领域具有广泛的应用前景，且水管多为曲面，柔性温差发电模块可以与水管紧密连接，因此比陶瓷平板温差发电模块具有更高的转换效率和更长的寿命。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种应用于智能水表的柔性温差取能模块。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于智能水表的柔性温差取能模块，包括柔性温差发电片、热交换结构、电源管理模块、冷热源；所述柔性温差发电片包括上下柔性基底、p型热电臂、n型热电臂、电极和绝缘导线；所述电源管理模块包括升压稳压电路、储能电路，所述热交换结构，可用于吸热或散热。

优选地，柔性温差发电片的构成是在柔性基底上镀电极，并在其上连接交替排列的若干对p型和n型热电臂，在顶部连接镀有电极的柔性基底，使热电臂在电学是串联的，热学是并联的关系。

优选地，当水管中水的温度大于室温空气时，热源为流过热水的水管，冷源为热交换结构，热交换结构用于散热；当水管中水的温度小于室温空气时，冷源为流过冷水的水管，热源为与室温空气接触的热交换结构，柔性温差发电片内侧通过导热界面材料紧密的贴附在水管外侧，其外侧通过导热界面材料良好连接热交换结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、使用柔性温差发电模块对水表进行供电，在无需更换电池的情况下，可以满足智能水表长时间供电需求。

2、柔性温差发电模块相比于传统陶瓷平板温差发电模块，可以增加发电片与冷端和热端的接触面积从而尽可能提高柔性温差发电模块的输出功率，同时所占的体积更小，重量更轻。

3、柔性温差发电模块安装更加简单，适用于不同管径的水管。

4、柔性温差发电片相比于陶瓷平板温差发电模块具有更好的弯曲和抗冲击性能，可以抵抗跌落撞击等造成的影响。

5、柔性温差发电片可以在多次冷热循环后，保持内部较低的热应力，相比于陶瓷的刚性温差发电片，可以保持更久的使用寿命。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本专利一种应用于智能水表的柔性温差取能模块的横截面示意图；

图2是本专利柔性温差发电片的结构示意图；

其中，1：柔性基底；2：p型热电臂；3：n型热电臂；4：热交换结构；5：绝缘导线；6：水管；7：电源管理模块；8：水表本体；9：水表外壳；10：电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例示意性的公开了一种应用于智能水表的柔性温差取能模块，它包括柔性温差发电片、热交换结构4、电源管理模块7、冷热源。所述柔性温差发电片包括上下柔性基底1、若干对p型热电臂2和n型热电臂3、电极10和绝缘导线5。所述电源管理模块包括升压稳压电路、储能电路。所述热交换结构4，用于吸热或散热。

如图2所示，所述的柔性温差发电片，在柔性基底1上镀上电极10，并在其上连接交替排列的若干对p型热电臂2和n型热电臂3，在顶部连接镀有电极10的柔性基底1，使热电臂在电学是串联的，热学是并联的关系。

所述的冷热源，当水管中水的温度大于室温空气时，热源为流过热水的水管6，冷源为热交换结构4，热交换结构用于散热；当水管中水的温度小于室温空气时，冷源为流过冷水的水管6，热源为与室温空气接触的热交换结构4，柔性温差发电片内侧通过导热界面材料紧密的贴附在水管外侧，其外侧通过导热界面材料良好连接热交换结构。

电源管理模块7分为两个部分，由于水与空气的温差较小，因此柔性温差发电片的输出电压较小，且水和空气的温度不是固定值，导致输出电压也随之变化，因此需要升压稳压电路；储能电路的设计是为了在发电量充足的情况下进行储能，在发电量不足的时候释放电能，将能量送入系统。

当加到柔性温差发电片两端温度不同时，在其两端会产生电压，并有电流通过温差发电片，流入电源管理模块7，进行整流之后可以输出较为稳定的功率，为水表供电。

柔性温差发电片与水管6和热交换结构4接触时，为增加导热性能，会在中间添加界面导热材料，如导热硅脂、导热硅胶等热导率较高且能填充界面空隙的材料。

所述的热交换结构4，其作用为散热时，可以是施加强制水冷对流、强制空冷对流等，也可以是采用不同结构、不同材料的散热片进行自然对流；其作用为吸热时，可以是贴附的吸热材料等，以上热交换结构可以采用刚性或者柔性的结构。

图2所述的柔性温差发电片，其中p型热电臂2和n型热电臂3可以是长方形的，也可以是梯形或者其他的变形形状，所述电极10可以是柔韧性较好的金属、液态金属、或者具有良好导电性的高分子材料。热电臂周围通常采用柔性聚合物进行封装。

柔性温差取能模块可以是与水表一体的，也可以独立于水表之外，与水表本体8相连。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神或基本特征的前提下，不仅能够以其他的具体形式实现本发明，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围，因此本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定，而不是上述说明限定。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。