RU176615U1 - Autonomous power supply device - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к средствам обеспечения автономного энергоснабжения и может найти применение для получения электрической энергии в альтернативной энергетике посредством преобразования тепловой энергии в электрическую.Устройство автономного энергообеспечения содержит источник тепла, нагреватель, термоэлектрический генератор и жидкостный охладитель, причем нагреватель выполнен в виде замкнутого контура, содержащего бак для воды и конденсатор пара, соединенные между собой верхним и нижним трубопроводами, причем в верхнем трубопроводе установлен на выходе из бака паровой клапан, конденсатор пара контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрогенератора, а к выходной разности потенциалов термоэлектрогенератора электрически подключен контроллер заряда, буферный аккумулятор и USB-разъем.The utility model relates to means of providing autonomous energy supply and can be used to produce electric energy in alternative energy by converting thermal energy into electrical energy. The autonomous energy supply device contains a heat source, a heater, a thermoelectric generator and a liquid cooler, the heater being made in the form of a closed loop containing water tank and steam condenser, interconnected by upper and lower pipelines, and in the upper a steam valve is installed at the outlet of the tank, the steam condenser is in contact with the heated surface of the thermoelectric generator, and a charge controller, a buffer battery, and a USB connector are electrically connected to the output potential difference of the thermoelectric generator.

Description

Полезная модель относится к средствам обеспечения автономного энергоснабжения и может найти применение для получения электрической энергии в альтернативной энергетике посредством преобразования тепловой энергии в электрическую.The utility model relates to means of providing autonomous energy supply and may find application for generating electric energy in alternative energy through the conversion of thermal energy into electrical energy.

Из уровня техники известно устройство - отопительно-варочная печь, которая содержит топливник с расположенными в его верхней части варочным настилом и дымоходом, а под ним - поддувалом с размещенным внутри него выдвижным зольным ящиком с находящимся под ним клапаном тонкой регулировки, за боковыми стенками - термоэлектрическим генератором, включающим термоэлементы, преобразователь напряжения и электровентиляторы, воздуховод, соединяющий электровентиляторы с поддувалом и термоэлектрический генератор с пороговым устройством, электрически связанным с выходом преобразователя напряжения и электровентиляторами (RU 138737 U1, опубл. 06.09.2013).The prior art device is known as a heating and cooking stove, which contains a firebox with a cooking floor and a chimney located in its upper part, and under it a blower with a drawer located inside it with a fine adjustment valve located under it, and a thermoelectric behind the side walls a generator including thermocouples, a voltage converter and electric fans, an air duct connecting electric fans with a blower and a thermoelectric generator with a threshold device, an electric cally connected with the output of the voltage converter and an electric fan (RU 138 737 U1, publ. 09.06.2013).

Недостатком такой печи является низкий коэффициент полезного действия (КПД) вследствие наличия следующих причин:The disadvantage of this furnace is its low coefficient of performance (COP) due to the following reasons:

1. Поверхность охлаждения обдувается воздушным потоком, менее теплоемким, чем жидкость, вследствие чего эффективность охлаждения снижается.1. The cooling surface is blown by an air stream less heat-absorbing than liquid, as a result of which the cooling efficiency is reduced.

2. Часть вырабатываемой энергии забирают на себя электровентилляторы.2. Part of the generated energy is taken by electric fans.

Известно также, принятое в качестве прототипа, электрогенерирующее отопительно-варочное устройство (Пат. РФ №98231, опубл. 10.10.2010). Оно содержит бытовую печь с дымовой трубой, емкость для воды, термоэлектрогенератор и снабжено выполненным в форме усеченного конуса с усеченной вершиной и основанием и установленным в разрез дымовой трубы между печью и емкостью для воды, через которую проходит дымовая труба, вниз усеченной вершиной на печь рекуператором с установленным внутри него дефлектором, при этом рекуператор и емкость для воды расположены симметрично оси дымовой трубы и вертикально друг над другом с образованием между собой зазора, в который плотно установлен термоэлектрогенератор.It is also known, adopted as a prototype, electricity generating heating and cooking device (Pat. RF №98231, publ. 10.10.2010). It contains a household stove with a chimney, a water tank, a thermoelectric generator and is equipped with a truncated cone with a truncated top and base and a cut in the chimney between the stove and the water tank through which the chimney passes, with a truncated top on a recuperator with a deflector installed inside it, while the recuperator and the water tank are located symmetrically to the axis of the chimney and vertically above each other with the formation of a gap between them, in which moelektrogenerator.

Недостатками данного устройства являются использование лишь одного источника тепла - дровяной печи, а также низкий КПД в связи с наличием следующих причин:The disadvantages of this device are the use of only one heat source - a wood stove, as well as low efficiency due to the following reasons:

1. Температура нагрева термоэлектрического элемента не стабилизируема.1. The heating temperature of the thermoelectric element is not stabilized.

2. Поверхность нагрева обдувается воздушными топочными газами, менее теплоемкими, чем, например, водяной пар, вследствие чего эффективность нагрева снижается.2. The heating surface is blown by air flue gases, less heat-intensive than, for example, water vapor, as a result of which the heating efficiency is reduced.

Технической задачей полезной модели является повышение КПД устройства автономного энергообеспечения.The technical task of the utility model is to increase the efficiency of an autonomous power supply device.

Техническая задача решается за счет того, что в устройстве автономного энергообеспечения, содержащем источник тепла, нагреватель, термоэлектрический генератор и жидкостный охладитель, в отличие от прототипа, нагреватель выполнен в виде замкнутого контура, содержащего бак для воды и конденсатор пара, соединенных между собой верхним и нижним трубопроводами, причем в верхнем трубопроводе установлен на выходе из бака паровой клапан, конденсатор пара контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрогенератора, а к выходной разности потенциалов термоэлектрогенератора электрически подключен контроллер заряда, буферный аккумулятор и USB-разъем.The technical problem is solved due to the fact that in an autonomous power supply device containing a heat source, a heater, a thermoelectric generator and a liquid cooler, in contrast to the prototype, the heater is made in the form of a closed loop containing a water tank and a steam condenser interconnected by a top and the lower pipelines, and in the upper pipeline a steam valve is installed at the outlet of the tank, the steam condenser is in contact with the heated surface of the thermoelectric generator, and to the output difference entsialov thermoelectric electrically connected charge controller, a buffer battery and a USB-connector.

Повышение КПД достигается за счет того, что основным теплоносителем является пар, в отличие от воздушных топочных газов (прототип) или воды, более эффективный носитель тепловой энергии.The increase in efficiency is achieved due to the fact that the main coolant is steam, in contrast to air flue gases (prototype) or water, a more efficient carrier of thermal energy.

На фигуре представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит нагреватель в виде замкнутого контура, включающего в себя бак для воды 1, паровой клапан 3, рассчитанный на заданное давление пара для поддержания устройства в рабочем состоянии, и конденсатор пара 4 с верхним 10 и нижним 11 трубопроводами. Источником тепла 2 может быть любой нагревательный прибор, например газовая горелка или топливная печь. В верхней части бака 1 установлен паровой клапан 3. Выход клапана имеет соединение через трубопровод 10 с конденсатором пара 4. Конденсатор пара 4 в нижней части имеет соединение нижним трубопроводом 11 с баком для воды 1. Одна стенка конденсатора пара 4 контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрического генератора 5, а охлаждаемая поверхность термоэлектрического генератора контактирует с жидкостным охладителем 9. К выходной разности потенциалов термоэлектрического генератора 5 подключены контроллер заряда 6, буферный аккумулятор 7 и USB-разъем 8.The figure shows a diagram of the proposed device. The device contains a heater in the form of a closed loop, including a water tank 1, a steam valve 3, designed for a given steam pressure to maintain the device in working condition, and a steam condenser 4 with an upper 10 and lower 11 pipelines. The heat source 2 can be any heating device, for example a gas burner or a fuel furnace. At the top of tank 1 a steam valve 3 is installed. The valve outlet is connected through a conduit 10 to a steam condenser 4. The steam condenser 4 in the lower part is connected by a lower conduit 11 to a water tank 1. One wall of the steam condenser 4 is in contact with the heated surface of the thermoelectric generator 5, and the cooled surface of the thermoelectric generator in contact with the liquid cooler 9. To the output potential difference of the thermoelectric generator 5 are connected a charge controller 6, a buffer battery 7 and a USB connector 8.

Устройство работает следующим образом. Источник тепла 2 обеспечивает нагрев рабочей жидкости до закипания. При заданном давлении пар проходит через паровой клапан 3 и поступает в верхний трубопровод 10. Проходя далее по трубопроводу 10, пар поступает в конденсатор 4 и, конденсируясь, отдает свою тепловую энергию нагреваемой поверхности термоэлектрического генератора 5. Далее сконденсированная жидкость попадает обратно в бак для воды 1 через нижний трубопровод 11. С противоположенной стороны термоэлектрического генератора жидкостный охладитель 9 не позволяет нагреться охлаждаемой стороне термоэлектрогенератора (термоэлемента).The device operates as follows. The heat source 2 provides heating of the working fluid before boiling. At a given pressure, steam passes through the steam valve 3 and enters the upper pipeline 10. Further passing through pipeline 10, steam enters the condenser 4 and, condensing, gives off its thermal energy to the heated surface of the thermoelectric generator 5. Then, the condensed liquid enters the water tank 1 through the lower pipeline 11. On the opposite side of the thermoelectric generator, there is a liquid cooler 9 does not allow the cooled side of the thermoelectric generator (thermocouple) to heat up.

Согласно эффекту Зеебека термоэлементы, находясь в разнотемпературной среде, преобразуют часть тепловой энергии в электрическую. Появляется постоянное напряжение на выходе термоэлектрического генератора 5, которое подается на контроллер заряда 6, осуществляющий подзарядку буферного аккумулятора 7, и подает напряжение на USB-разъем 8.According to the Seebeck effect, thermocouples, being in a different-temperature medium, convert part of the thermal energy into electrical energy. A constant voltage appears at the output of the thermoelectric generator 5, which is supplied to the charge controller 6, which charges the buffer battery 7, and supplies voltage to the USB connector 8.

Таким образом, появляется возможность использования полезной модели в любое необходимое время за счет заряженного в ходе работы устройства аккумулятора 7. А наличие USB разъема дает возможность подзарядки различных электронных устройств.Thus, it becomes possible to use the utility model at any time due to the battery 7 charged during operation of the device. And the presence of a USB connector makes it possible to recharge various electronic devices.

Выполнение нагревателя в виде замкнутого контура, содержащего бак для воды и конденсатор пара, соединенные между собой верхним и нижним трубопроводами, причем в верхнем трубопроводе установлен на выходе из бака паровой клапан, а конденсатор пара контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрогенератора, позволяет поддерживать стабильно высокий уровень и наибольшую эффективность нагрева термоэлектрического генератора, что способствует увеличению КПД предлагаемого устройства.The implementation of the heater in the form of a closed loop containing a water tank and a steam condenser, interconnected by upper and lower pipelines, with a steam valve installed at the outlet of the tank in the upper pipe, and the steam condenser in contact with the heated surface of the thermoelectric generator, allows you to maintain a consistently high level and the greatest efficiency of heating a thermoelectric generator, which increases the efficiency of the proposed device.

Claims (1)

Устройство автономного энергообеспечения, содержащее источник тепла, нагреватель, термоэлектрический генератор и жидкостный охладитель, отличающееся тем, что нагреватель выполнен в виде замкнутого контура, содержащего бак для воды и конденсатор пара, соединенные между собой верхним и нижним трубопроводами, причем в верхнем трубопроводе установлен на выходе из бака паровой клапан, конденсатор пара контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрогенератора, а к выходной разности потенциалов термоэлектрогенератора электрически подключен контроллер заряда, буферный аккумулятор и USB-разъем.An autonomous energy supply device comprising a heat source, a heater, a thermoelectric generator and a liquid cooler, characterized in that the heater is made in the form of a closed loop containing a water tank and a steam condenser, interconnected by upper and lower pipelines, and installed in the upper pipeline at the outlet from the tank, the steam valve, the steam condenser is in contact with the heated surface of the thermoelectric generator, and the output potential difference of the thermoelectric generator is electrically A charge controller, a buffer battery and a USB connector are connected.

Images