一种两级式余热回收自给照明系统转让专利
申请号 : CN202110209940.1
文献号 : CN113037139B
文献日 : 2022-04-26
发明人 : 王静 , 陈永强 , 刘彦君 , 朱涛 , 王姜博
申请人 : 江苏大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,包括LED射灯、LED装饰灯带(50)、高功率LED芯片(60)、离子风发生装置(84)、热沉(81)、一级温差发电器(70)、二级温差发电器(82)、温度传感器、控制模块(100)、蓄电池(110)和多层压电陶瓷变压器(120);LED射灯包括灯本体和底座(40),所述高功率LED芯片(60)、离子风发生装置(84)、热沉(81)、一级温差发电器(70)、二级温差发电器(82)设置于底座(40)内部;LED装饰灯带(50)置于底座(40)外部;所述热沉(81)连接一级温差发电器(70)的冷端,所述一级温差发电器(70)的热端与高功率LED芯片(60)的发热面连接;所述热沉(81)连接二级温差发电器(82)的热端,二级温差发电器(82)的冷端与LED射灯外部空气接触;一级温差发电器(70)利用高功率LED芯片(60)与热沉(81)之间的温差进行发电,将热能转化为电能供LED装饰灯带(50)工作;二级温差发电器(82)利用热沉(81)与LED射灯外部空气之间的温差进行发电,一方面将热能转化电能存储在蓄电池(110)中,另一方面调节一级温差发电器(70)的发电功率;所述离子风发生装置(84)用于产生离子风对热沉(81)进行强制对流散热;所述热沉(81)用于对高功率LED芯片(60)进行散热,同时热沉(81)还分别作为一级温差发电器(70)的冷端和二级温差发电器(82)的热端;热沉(81)上装有温度传感器以检测热沉温度;所述温度传感器用于采集热沉(81)的温度,温度传感器、蓄电池(110)和多层压电陶瓷变压器(120)均通过信号线连接控制模块(100);离子风发生装置(84)包括针电极、网电极、圆形盖板以及导流腔;导流腔为环形腔体,在导流腔的上部设有圆形盖板,针电极固定在圆形盖板上;在导流腔的底部安装有网电极;针电极和网电极分别连接多层压电陶瓷变压器(120)的正极和负极,由蓄电池(110)作为电源为多层压电陶瓷变压器(120)供电,通过调节针电极、网电极之间的电压,进而产生不同强度的离子风。
2.根据权利要求1所述的一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,控制模块(100)根据温度传感器所采集的温度信号分别控制蓄电池(110),多层压电陶瓷变压器(120)和离子风发生装置(84)的工作启停;多层压电陶瓷变压器(120)连接离子风发生装置(84)。
3.根据权利要求1所述的一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,所述针电极的材质为钨钢,呈八边形阵列排布。
4.根据权利要求1所述的一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,针电极尖端与网电极之间的间距为5mm,网电极接地,功率为1W左右。
5.根据权利要求1‑4中任意一项权利要求所述的一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,控制模块(100)的温度控制的策略为:在控制模块(100)中设置热沉(81)温度的上限值和下限值;连接热沉(81)的温度传感器将温度数据发送至控制模块(100),当热沉(81)的温度低于下限值,此时二级温差发电器(82)的发电量通过蓄电池(110)储存,离子风发生装置(84)不工作,热沉(81)自然对流散热;当热沉(81)的温度达到上限值,控制模块(100)通过控制蓄电池(110)经多层压电陶瓷变压器(120)为离子风发生装置(84)供电,通过多层压电陶瓷变压器(120)提高离子风发生装置(84)内针电极与网电极之间的电压,开启离子风发生装置(84)对热沉(81)进行强制对流换热,增大一级温差发电器(70)的温差,提高一级温差发电器(70)的温差发电功率。
6.根据权利要求5所述的一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,所述一级温差发电器(70)与LED装饰灯带(50)之间通过升压稳压电路(90)连接,升压稳压电路(90)是DC‑DC升压模块。
7.根据权利要求5所述的一种两级式余热回收自给照明系统,其特征在于,灯本体由反射银碗(10)、配光镜(30)、灯罩(20)和灯泡构成,反射银碗(10)内表面镀铝,配光镜(30)覆盖在反射银碗(10)的一端端面上,反射银碗(10)的另一端端面上且该端面与底座(40)通过螺丝相连,灯罩(20)罩在反射银碗(10)外部且灯罩(20)也与底座(40)通过螺丝相连。
说明书 :
一种两级式余热回收自给照明系统
技术领域
背景技术
60%~70%的能量会以热量的形式散发,造成能源的浪费;如果能将一定比例的低品位热
能进行回收利用,将达到节能减排的目的。
电压就可以实现控制,响应速度快。离子风散热器虽然需要施加几千伏的输入电压,但是其
输入电流很小,只有毫安级。因此,电晕放电功率相比于传统散热方式小很多,可以有效节
约能源。
发明内容
单元和二级余热回收单元设置于底座的内部;所述一级余热回收单元包括余热回收模块和
置于底座外部的LED装饰灯带;一级余热回收单元利用高功率LED芯片与余热回收模块之间
的温差进行发电,将热能转化为电能供LED装饰灯带工作;二级余热回收单元包括余热回收
模块、温度传感器、控制模块、蓄电池和多层压电陶瓷变压器;二级余热回收单元利用余热
回收模块与LED射灯外部空气之间的温差进行发电,一方面将热能转化电能存储,另一方面
调节一级余热回收单元的发电功率。
功率LED芯片进行散热,同时热沉还分别作为一级余热回收单元温差发电的冷端和二级温
差发电器的热端;
模块根据温度传感器所采集的温度信息分别控制蓄电池,多层压电陶瓷变压器和离子风发
生装置的工作启停;多层压电陶瓷变压器连接离子风发生装置。
与LED射灯外部空气接触。
网电极;针电极和网电极分别连接多层压电陶瓷变压器的正极和负极,由蓄电池作为电源
为多层压电陶瓷变压器供电进而改变针电极、网电极之间的电压;进而产生离子风。
量通过蓄电池储存,离子风发生装置不工作,热沉自然对流散热;当热沉的温度达到上限
值,控制模块通过控制蓄电池经过多层压电陶瓷变压器为离子风发生装置供电,通过多层
压电陶瓷变压器提高离子风发生装置内针电极与网电极之间的电压,开启离子风发生装置
对热沉进行强制对流散热,增大一级温差发电器的温差,提高一级余热回收单元的温差发
电功率。
连,灯罩罩在反射银碗外部且灯罩也与底座通过螺丝相连。
模块两端的较大的温度梯度使其产生电能,通过升压稳压电路后,为低功率的LED装饰灯供
电。这样有效回收利用了高功率射灯产生的热能,能够实现低品位能量的有效利用。
附图说明
架;84‑离子风发生装置;90‑升压稳压电路;100‑控制模块;110‑蓄电池;120‑多层压电陶瓷
变压器。
具体实施方式
另一端端面上且该端面与底座40通过螺丝相连,灯罩20罩在反射银碗10外部且灯罩20也与
底座40通过螺丝相连。灯罩20以及底座40材质均为压铸铝,具有良好的导热性能。底座40的
内部构造如图2所示,高功率LED芯片60、一级余热回收单元和二级余热回收单元设置于底
座40的内部。
LED芯片60的发热面连接,即高功率LED芯片60与一级温差发电器70之间的缝隙处填充厚度
不超过1mm的导热硅脂;一级温差发电器70的冷端通过导热胶与余热回收模块80相连,一级
温差发电器70的输出级通过导线与升压稳压电路90的输入端相连;升压稳压电路90的输出
端通过导线与LED装饰灯带50的输入级相连。LED射灯工作时,高功率LED芯片60工作时会产
生大量热量,热量会传递到一级温差发电器70的热端,一级温差发电器的冷端与余热回收
模块80连接进行散热;加载于一级温差发电器70两端较大的温度梯度使一级温差发电器70
产生电能。根据塞贝克效应的发电原理可知:如果接触点存在温度差,在闭合回路中就会产
生电动势,温差与电动势在一定范围内满足下列公式:ΔU=α(T2‑T1),T2为热端温度,T1为
冷端温度,α为塞贝克系数,ΔU为温差发电模块产生的电动势。根据塞贝克发电原理可知,
如果温差半导体片两端的温差发生变化时,其输出的电压也是不稳定的,为保证系统的正
常工作,底座40内部需安装升压稳压电路90,它能够输出恒定的电压为LED装饰灯带进行工
作。当LED射灯以200W的功率运行时,通过本发明的温差发电系统,LED装饰灯带将以20W的
功率运行,回收的能量为输入能量的10%左右。在该阶段中,通过一级温差发电器70实现对
高功率LED芯片60热量的有效利用,将热能转化为电能给LED装饰灯带50使用。升压稳压电
路90是一种DC‑DC升压模块,输入电压为2‑24V,输出电压恒定为12V。LED装饰灯带50长约
2m,输入电压为12V,功率为20W。
与余热回收模块80相连,二级温差发电器82的冷端与LED射灯外部的环境的空气相连,二级
温差发电器82的输出级通过导线连接蓄电池110;温度传感器用于采集余热回收模块80的
温度,温度传感器、蓄电池110和多层压电陶瓷变压器120均通过信号线连接控制模块100;
控制模块100根据温度传感器所采集的温度信息分别控制蓄电池110和多层压电陶瓷变压
器120的工作启停;多层压电陶瓷变压器120连接余热回收模块80。
上部盖合有圆形盖板,针电极通过热熔胶固定在圆形盖板上,针电极的材质为钨钢,呈八边
形阵列排布。在导流腔的底部安装有网电极。针电极和网电极分别连接多层压电陶瓷变压
器120的正极和负极,由蓄电池110作为电源为多层压电陶瓷变压器120供电进而改变针电
极、网电极之间的电压。针电极尖端与网电极之间的间距为5mm,网电极接地,功率为1W左
右。
电器70的冷端即通过导热胶与热沉81相连,一级温差发电器70的热端与高功率LED芯片60
的发热面连接。热沉81还通过导热胶与二级温差发电器82的热端相连,二级温差发电器82
的冷端与LED射灯外部的空气相连。
热沉81与热端(高功率LED芯片发热面)之间的温差逐渐降低,一级余热回收单元利用温差
发电为低功率的LED装饰灯带50供电的功率逐渐降低,此时需要二级余热回收单元稳定一
级余热回收单元的发电量。参照图5所示的二级余热回收单元中控制模块100的温度控制的
策略为:
气之间的温差逐渐增大,二级温差发电器82与热沉81通过导热胶相连,热沉82作为热端,空
气作为冷端;此时二级余热回收单元温差发电的发电量通过蓄电池110储存,离子风发生装
置84不工作,热沉81自然对流散热。
压,开启离子风发生装置84对热沉81进行强制对流散热,降低热沉81的温度,增大一级温差
发电器70的温差,提高一级余热回收单元的温差发电功率。当热沉81在强制对流散热作用
下降低到一定温度后,控制模块100控制离子风发生装置84关闭,此时二级余热回收单元的
发电量通过蓄电池110储存,在离子风发生装置84开启时,由蓄电池110为多层压电陶瓷变
压器120供电,如此反复,实现两级回收单元的温度工作。
理解,对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者同等替换,都不脱离本发明技术方案的
精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。