发电装置、自供电火情报警装置

技术领域

本发明属于安防报警技术领域，尤其涉及一种发电装置、自供电火情报警装置。

背景技术

太阳能电池板是将光能转化为电能的能量收集装置，太阳能发电具有清洁，可再生等优点。利用太阳的热能能够进行温差发电，而温差发电是利用塞贝克效应将热能直接转换为电能的发电方式，也是一种清洁可再生的发电方式，但温差发电存在的物理矛盾是既需要温差发电片的热端面温度高，又需要温差发电片的冷端面温度低。现有的太阳能温差发电装置通常通过将温差发电组件的两端分别设置于热水环境和冷水环境中，以实现温差发电，但通常装置体积过大，构建成本过高，且当用于户外供电电源时，热水和冷水通常难以提供。

现有的火情报警装置需要不间断供电，在停电时启动蓄电池，而这种方式需要在接入电路的情况下再单独提供蓄电池作为电源，为火情的检测带来不便，现有火情报警装置难以满足野外火情监测报警需要完全自供电的要求。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的发电装置、自供电火情报警装置，提供能够通过太阳能和温差发电的发电装置，通过太阳能板、低温箱和低压系统的设置实现了温差发电，为火情报警实现自供电，解决了火情报警装置不间断自供电的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供一种发电装置，包括：

散热系统，用于提供冷热空气置换和水气化的散热空间，并通过腔体内水的气化吸热，对温差发电片的冷端面降温；

穿设于散热系统的低压系统，用于降低散热空间内温度，为温差发电片的冷端面降温；

与散热系统连接的发电装置，用于通过太阳能板对温差发电片的热端面供热，并基于温差发电片和太阳能板进行发电。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种发电装置，通过太阳能板和温差发电片构成的发电系统实现太阳能发电和温差发电，通过太阳能板发热为温差发电片的热端面供热，并通过散热系统和低压系统为温差发电片的冷端面降温，实现基于赛贝克效应的温差供电；所述低压系统通过降低冷端面所处低温箱环境内的空气温度，结合散热系统构成腔体内水气化吸热，实现对温差发电片的冷端面降温；本方案中的发电装置产生的电能可用于通过整流后直接为报警装置供电，也能够用于蓄电池充电。

进一步地，所述散热系统包括：

低温箱，用于提供冷热空气置换和水气化的散热空间；

设置于低温箱一侧板的对流孔，用于将低温箱内的自然风导出，并随自然风带出低温箱内的热量，对温差发电片的冷端面降温；

沿低温箱开口斜面设置的金属板，用于将太阳能板的热能传输至温差发电片的热端面；

与低温箱侧板连接的导热板，用于通过导热板与低温箱两侧板构成的腔体内水的气化吸热，对温差发电片的冷端面降温。

采用上述进一步方案的有益效果为：低温箱侧板与导热板两侧封闭固定连接，形成封闭腔体，在吸收温差发电片冷端面热能后，墙体内水气化吸热，并结合低温箱通过自然风的吸入，以及通过对流孔将箱内热风导出，实现持续将低温箱箱体内热量导出，为温差发电片的冷端面降温。

进一步地，所述低压系统包括相对对流孔穿设于低温箱另一侧板的若干锥型管；各所述锥形管大口端设置于低温箱外部，各所述锥形管小口端设置于低温箱的内部。

采用上述进一步方案的有益效果为：锥形管相对对流孔设置，自然风从锥形管构成的低压系统吸入低温箱，低温箱内的热风再通过对流孔流出，便于将吸入的外界自然风与低温箱箱体内的热风形成置换，为温差发电片的冷端面降温所在的低温箱散热。

进一步地，所述锥形管用于基于伯努利方程中流速与压强关系以及气体状态方程，降低低温箱内压强，并吸入低温箱外低温气体为低温箱降温；

所述伯努利方程中流速与压强关系的计算表达式如下：

其中，P

所述气体状态方程的计算表达式如下：

P

其中，V表示低温箱的容积，n表示物质的量，R表示气体常数，T表示低温箱内的温度。

采用上述进一步方案的有益效果为：根据锥形管的形状，以及大口设置于低温箱侧板外部，小口设置于低温箱侧板内部的情况，提供基于伯努利方程中流速与压强关系以及气体状态方程，为降低低温箱内压强，并吸入低温箱外低温气体为低温箱降温提供基础。

进一步地，所述锥形管和对流孔设置的约束条件的计算表达式如下：

其中，q表示自然风对流带出的热量，h表示传热系数，T

采用上述进一步方案的有益效果为：提供锥形管和对流孔设置的约束条件的计算方法，通过锥形管和对流孔在低温箱侧板的约束设置，避免设置锥形管和对流孔相对侧板面积过大或过小，导致的低温箱低压状态低效不能充分吸入外接自然风，或低温箱内空气对流带出热量不明显。

进一步地，所述发电装置包括：

与金属板通过导热硅脂连接的太阳能板，用于进行太阳能发电，以及通过导热硅脂和金属板将产生的热能传递至温差发电片的热端面；

温差发电片，用于根据赛贝克效应利用温差发电。

采用上述进一步方案的有益效果为：将太阳能板产生的热能通过导热硅脂和金属板传递至温差发动的热端面，为温差发电提供热端面的供热基础，并结合发电装置内散热系统和低压系统为温差发电片的冷端面降温，实现太阳能发电和温差发电的双效发电供电，为火情报警和蓄电池充电等方案的实现提供电源基础。

另一方面，本发明还提供一种自供电火情报警装置，包括上述发电装置，以及火情监测报警系统和蓄电池；

所述发电装置作为电源为火情监测报警系统供电，和/或为蓄电池充电。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种自供电火情报警装置，通过将上述发电装置中太阳能发电和温差发电产生的电能进行整流后为火情监测报警系统进行供电，并为蓄电池进行充电，以备夜间为火情监测报警系统进行供电，实现了火情报警装置自供电，以及连续无间断的火情监测报警。

进一步地，所述火情监测报警系统包括依次连接的火情监测传感模块、处理器模块、电压比较电路模块以及声光报警电路模块；

所述火情监测传感模块、处理器模块、电压比较电路模块和声光报警电路模块均由发电装置或蓄电池产生的电能整流后供电。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过火情监测报警传感模块监测火情，并在触发火情监测条件时，将火情报警信号传输至处理器模块，处理器模块传输火情报警控制电压信号至电压比较电路模块，通过报警控制信号实现电压比较后，将报警信号输入声光报警模块，实现自供电的火情声光报警。

进一步地，所述电压比较电路模块包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、可变电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管L1、二极管L2和型号为LM393的电压比较器CP1；

所述电容C1的一端分别与二极管L1的正极、电阻R2的一端、可变电阻R3的第1端、电压比较器CP1的第2端、电阻R4的一端、二极管L2的正极连接，并外接5V电源；所述电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，并接地；所述二极管L1的负极与电阻R1的另一端连接；所述电阻R2的另一端分别与电容C2的一端和电压比较器的第5端连接；所述可变电阻R3的第2端作为火情报警控制电压输入端IN1，分别与电阻C2的另一端和电压比较器CP1的第4端连接，并接地；所述可变电阻R3的第3端与电压比较器CP1的第1引脚连接；所述电阻R4的另一端作为报警信号输出端IN2，分别与电压比较器CP1的第3引脚、电阻R5的一端和声光报警电路模块连接；所述二极管L2的另一端与电阻R5的另一端连接。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过电压比较器CP1对接收到处理器模块发送的火情报警控制电压信号进行比较，实现对火情发生的监测控制报警。

进一步地，所述声光报警电路模块包括开个K1、报警喇叭BZ、二极管L3、单向可控硅SCR1、单向可控硅SCR2、电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9；

所述开关K1的一端外接5V电源；所述开关K1的另一端分别与二极管L3的正极和报警喇叭BZ的一端连接；所述二极管L3的负极分别与电容C3的一端和单向可控硅SCR1的阳极连接；所述单向可控硅SCR1的阴极与电阻R6的一端连接；所述单向可控硅SCR1的门极与电阻R7的一端连接；所述电容C3的另一端与电阻R6的另一端连接，并接地；所述电阻R7的另一端与二极管L4的负极连接；所述二极管L4的正极作为报警信号输入端IN2，分别与单向可控硅SCR2的阴极和电阻R9的一端连接；所述单向可控硅SCR2的门极分别与电容C4的一端、电阻R8的一端和电阻R4的另一端连接；所述电阻R9的另一端分别与电容C4的另一端和电阻R8的另一端连接，并接地；所述单向可控硅SCR2的阳极与报警喇叭BZ的另一端连接。

采用上述进一步方案的有益效果为：通过开关K1的通断实现对火情报警装置的开启与关闭，并通过接收电压比较电路模块发送的报警信号，通过单向可控硅驱动报警喇叭实现火情报警。

针对于本发明还具有的其他优势将在后续的实施例中进行更细致的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例中发电装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中发电装置的结构爆炸图。

图3为本发明实施例中自供电火情报警装置的框图。

图4为本发明实施例中电压比较电路模块的电路原理图。

图5为本发明实施例中声光报警电路模块的电路原理图。

其中：1、散热系统；101、低温箱；102、对流孔；103、金属板；104、导热板；2、低压系统；201锥形管；3、发电系统；301、太阳能板；302、温差发电片；30201、温差发电片的热端面；30202、温差发电片的冷端面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种发电装置，包括：

散热系统1，用于提供冷热空气置换和水气化的散热空间，并通过腔体内水的气化吸热，对温差发电片302的冷端面降温；

所述散热系统1包括：

低温箱101，用于提供冷热空气置换和水气化的散热空间；

设置于低温箱101一侧板10101的对流孔102，用于将低温箱101内的自然风导出，并随自然风带出低温箱101内的热量，对温差发电片302的冷端面降温；

沿低温箱101开口斜面设置的金属板103，用于将太阳能板301的热能传输至温差发电片302的热端面30201；

与低温箱101侧板连接的导热板104，用于通过导热板104与低温箱101两侧板构成的腔体内水的气化吸热，对温差发电片302的冷端面30202降温。

穿设于散热系统1的低压系统2，用于降低散热空间内温度，为温差发电片302的冷端面30202降温；

所述低压系统2包括相对对流孔102穿设于低温箱101另一侧板的若干锥型管；各所述锥形管201大口端设置于低温箱101外部，各所述锥形管201小口端设置于低温箱101的内部。

所述锥形管201用于基于伯努利方程中流速与压强关系以及气体状态方程，降低低温箱101内压强，并吸入低温箱101外低温气体为低温箱101降温；

所述伯努利方程中流速与压强关系的计算表达式如下：

其中，P

所述气体状态方程的计算表达式如下：

P

其中，V表示低温箱101的容积，n表示物质的量，R表示气体常数，T表示低温箱101内的温度。

所述锥形管201和对流孔102设置的约束条件的计算表达式如下：

其中，q表示自然风对流带出的热量，h表示传热系数，T

提供锥形管和对流孔设置的约束条件的计算方法，通过锥形管和对流孔在低温箱侧板的约束设置，避免设置锥形管和对流孔相对侧板面积过大或过小，导致的低温箱低压状态低效不能充分吸入外接自然风，或低温箱内空气对流带出热量不明显。

与散热系统1连接的发电系统3，用于通过太阳能板301对温差发电片302的热端面0201供热，并基于温差发电片302和太阳能板301进行发电。

所述发电系统3包括：

与金属板103通过导热硅脂连接的太阳能板301，用于进行太阳能发电，以及通过导热硅脂和金属板103将产生的热能传递至温差发电片302的热端面30201；

温差发电片302，用于根据赛贝克效应利用温差发电。所述温差发电片的热断面30201的一侧和温差发电片的冷端面30202的一侧均设置有导电桩，用于将太阳能板301和温差发电片302产生的电能传输至用于整流的整流器或整流模块中，并将整流后的直流电用于火情报警装置供电或蓄电池充电。

本发明的有益效果为：本发明提供的一种发电装置通过太阳能板和温差发电片构成的发电系统实现太阳能发电和温差发电，通过太阳能板发热为温差发电片的热端面供热，并通过散热系统和低压系统为温差发电片的冷端面降温，实现基于赛贝克效应的温差供电；所述低压系统通过降低冷端面所处低温箱环境内的空气温度，结合散热系统构成腔体内水气化吸热，实现对温差发电片的冷端面降温；本方案中的发电装置产生的电能可用于通过整流后直接为报警装置供电，也能够用于蓄电池充电。

实施例2

如图3所示，在本发明的另一个实施例中，本发明还提供一种自供电火情报警装置，包括上述发电装置，以及火情监测报警系统和蓄电池；

所述发电装置作为电源为火情监测报警系统供电，和/或为蓄电池充电。

太阳能板301和温差发电片302发的电并联接入蓄电池储存，并经过DCDC电压转换后作为自供电火情报警装置的电源。

所述火情监测报警系统包括依次连接的火情监测传感模块、处理器模块、电压比较电路模块以及声光报警电路模块；

所述火情监测传感模块、处理器模块、电压比较电路模块和声光报警电路模块均由发电装置或蓄电池产生的电能整流后供电。

作为本实施例中的优选方案，所述火情监测传感模块采用型号为YS12K的热释电红外传感器；所述热释电红外传感器感应距离为10m，感应角度为120°，工作电压为2.2V-5.5V，静态功耗小于15uA，通过数字信号输出监测结果，功耗低，监测结果准确，常用于安防领域；所述热释电红外传感器的第3引脚作为火情监测结果信号输出端与处理器模块连接；

作为本实施例中的优选方案，所述处理器模块采用型号为STM32F103ZET6的单片机，所述单片机功耗低，具有睡眠、停机和待机模式，且能够自主为后备寄存器进行供电，具有32位基于ARM核心的微控制器，其第5引脚作为火情监测结果输入端与热释电红外传感器的第3引脚连接；所述单片机的第6引脚作为火情报警控制电压输出端与电压比较电路模块连接；

如图4所示，所述电压比较电路模块包括电容C1、电容C2、电阻R1、电阻R2、可变电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管L1、二极管L2和型号为LM393的电压比较器CP1；

所述电容C1的一端分别与二极管L1的正极、电阻R2的一端、可变电阻R3的第1端、电压比较器CP1的第2端、电阻R4的一端、二极管L2的正极连接，并外接5V电源；所述电容C1的另一端与电阻R1的一端连接，并接地；所述二极管L1的负极与电阻R1的另一端连接；所述电阻R2的另一端分别与电容C2的一端和电压比较器的第5端连接；所述可变电阻R3的第2端作为火情报警控制电压输入端IN1，分别与电阻C2的另一端、电压比较器CP1的第4端和单片机的第6引脚连接，并接地；所述可变电阻R3的第3端与电压比较器CP1的第1引脚连接；所述电阻R4的另一端作为报警信号输出端IN2，分别与电压比较器CP1的第3引脚、电阻R5的一端和声光报警电路模块连接；所述二极管L2的另一端与电阻R5的另一端连接。

电压比较电路模块中电容C1为去耦电容，二极管L1作为电源显示灯，电压比较器CP1的第5端作为参考端接收处理器发送的火情报警控制电压信号，电容C2作为旁路电容，可变电阻R3作为电位器提供电压比较器同向端，即同向端的电压，其火情报警信号输出端，即第3端与声光报警电路模块中的单向可控硅SCR2的门极连接。

如图5所示，所述声光报警电路模块包括开个K1、报警喇叭BZ、二极管L3、单向可控硅SCR1、单向可控硅SCR2、电容C3、电容C4、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9；

所述开关K1的一端外接5V电源；所述开关K1的另一端分别与二极管L3的正极和报警喇叭BZ的一端连接；所述二极管L3的负极分别与电容C3的一端和单向可控硅SCR1的阳极连接；所述单向可控硅SCR1的阴极与电阻R6的一端连接；所述单向可控硅SCR1的门极与电阻R7的一端连接；所述电容C3的另一端与电阻R6的另一端连接，并接地；所述电阻R7的另一端与二极管L4的负极连接；所述二极管L4的正极作为报警信号输入端IN2，分别与单向可控硅SCR2的阴极和电阻R9的一端连接；所述单向可控硅SCR2的门极分别与电容C4的一端、电阻R8的一端和电阻R4的另一端连接；所述电阻R9的另一端分别与电容C4的另一端和电阻R8的另一端连接，并接地；所述单向可控硅SCR2的阳极与报警喇叭BZ的另一端连接。

本实施例中通过上述实施例中的发电装置经过太阳能发电和温差发电得到电能，并将电能进行整流后为本自供电火情报警装置直接供电，以及为蓄电池充电；在具备系统电源后，热释红外传感器对监测区域通过烟雾对红外光学路径的遮挡程度进行火情监测，并将监测结果信号通过其第3引脚与单片机的第5引脚连接，实现监测结果的传输；在无火情情况下，单片机的火情报警控制电压信号端处于休眠状态，节省能耗；在有火情的情况下单片机的第6引脚作为火情报警控制电压输出端与电压比较电路模块中可变电阻R3的第二端连接，实现火情报警控制电压信号的输出；通过电压比较器CP1的第3端与单向可控硅SCR2的门极连接，当门极接入高电平，实现驱动电压比较电路模块传输火情报警信号至声光报警电路模块，此时单向可控硅的阳极与阴极间导通，利用能够发光的二极管L4和报警喇叭BZ完成对火情的声光报警。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。