RU222545U1 - Переносное сборное устройство для получения электропитания - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к переносным устройствам для получения электропитания и для использования, преимущественно, в полевых условиях, где нет доступа к системам электроснабжения, например, в жилищах кочевых народов Крайнего Севера. Технический результат: создание компактного устройства простой конструкции для получения электропитания в походных условиях в холодные времена года, характеризующегося мобильностью, надежностью и удобством пользования. Сборное устройство для получения электропитания, содержащее нагреватель, выполненный в виде замкнутого контура, включающего емкость 2 для рабочей жидкости и теплообменник 4, при этом емкость 2 снабжена опорными ножками и верхним съемным паровым клапаном 1, теплообменник 4 выполнен в виде U-образной изогнутой трубы, подключенной к боковой поверхности емкости 2 на разъемное соединение 10, например, посредством фитингов с быстроразъемной накидной гайкой, через два соединительных патрубка, приваренных по вертикальной оси на уровне верхней половины емкости 2, при этом труба теплообменника 4 с нижней стороны оперта на регулируемую по высоте стойку 5, а на верхней поверхности трубы теплообменника 4 установлена площадка 3, контактирующая с нагреваемой поверхностью термоэлектрического преобразователя 7, к выходной разности потенциалов которого электрически подключены потребители, например, контроллер заряда с буферным аккумулятором 8 и USB-разъем 9. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к переносным устройствам для получения электропитания и для использования, преимущественно, в полевых условиях, где нет доступа к системам электроснабжения, например, в жилищах кочевых народов Крайнего Севера.

Известен мобильный автономный теплоэлектрогенератор (см. RU №2762930, кл. F24Н 1/00, Н01L 35/00, Н01L 35/28, F24B 5/06, опубл. 23.12.2021), содержащий теплоэлектрические секции, представляющие собой радиаторы, изготовленные из тавровых балок, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, в которые вставлены плоские термоэлектрические преобразователи. Для данного устройства в качестве топлива используют природный газ, для чего, дополнительно потребуются устройства газопроводов, систем газовой безопасности и сигнализации, что в совокупности существенно ограничивает использование агрегата для мобильных сооружений.

Известно устройство (см. RU №2382479, кл. Н02N 10/00, опубл. 20.02.2010), содержащее генератор электрической энергии и нагреваемые элементы, выполненные из магнитно-мягкого материала с пониженной точкой Кюри и являющиеся составной частью Ф-образной магнитной цепи, состоящей из двух боковых и среднего стержня с воздушными промежутками, снабженными теплопроводом, подводящим тепло от нагревателя.

Известное устройство характерно сложностью конструкции и не предназначено для использования в походных условиях.

Устройство с термоэлектрическим генератором по патенту RU №192304 (кл. H01L 35/28, опубл. 12.09.2019) содержит батарею термоэлектрических генераторов, горячая сторона которой соединена с нагревательным элементом, а холодная сторона - с радиатором. Нагревательный элемент представляет собой горелку с системой электрического зажигания, которая соединена с емкостью для хранения топлива, на которой установлен электрический регулировочный клапан. На нагревательном элементе и на радиаторе установлены датчики температуры. Система управления реализована в виде электрической схемы, собранной на плате управления, к которой присоединяются электрические выводы от батареи термоэлектрических генераторов, от аккумуляторной батареи, и на которой установлены: коммутирующее устройство, преобразователь напряжения, контроллер управления, панель индикации и управления, разъем для присоединения заряжаемого устройства.

Недостаток устройства заключается в небезопасности использования в полевых условиях, обусловленной необходимостью снабжения жидким или газообразным горючим топливом, кроме того, подобная эксплуатация не является экономически выгодным.

Известно устройство автономного энергообеспечения (см. RU №176615, кл. F24B 7/00, F24B 9/00, H01L 35/00, опубл. 24.01.2018), содержащее источник тепла, нагреватель, термоэлектрический генератор и жидкостный охладитель, причем нагреватель выполнен в виде замкнутого контура, включающего 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.

Недостатком аналога является малокомпактность и неудобство в использовании в походных условиях Крайнего Севера, обусловленные, прежде всего, наличием жидкостного охладителя, заполняемого при использовании холодной водой.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка компактной конструкции устройства для получения электропитания, обеспечивающего его автономную и безопасную эксплуатацию в полевых условиях.

Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в устройстве для получения электропитания, позволяющего существенно повысить мобильность и удобство в пользовании, надежность и компактность конструкции и упростить обслуживание аппарата.

Для решения поставленной задачи устройство для получения электропитания, содержащее нагреватель, выполненный в виде замкнутого контура, включающего емкость для рабочей жидкости и теплообменник, отличается тем, что емкость снабжена опорными ножками и верхним съемным паровым клапаном, теплообменник выполнен в виде U-образной изогнутой трубы, подключенной к боковой поверхности емкости на разъемном соединении, например, через соединительные патрубки и посредством фитингов с быстроразъемной накидной гайкой, причем, патрубки приварены к емкости по вертикальной оси на уровне верхней половины емкости, при этом труба теплообменника с нижней стороны оперта на регулируемую по высоте стойку, а на верхней поверхности трубы установлена площадка, контактирующая с нагреваемой поверхностью термоэлектрического преобразователя, к выходной разности потенциалов которого электрически подключены потребители, например, контроллер заряда, буферный аккумулятор и USB-разъем. Кроме того, U-образная изогнутая труба теплообменника подключена к емкости на разъемном соединении, для чего, емкость дополнительно оборудована соединительными патрубками, а труба - фитингами с быстроразъемной накидной гайкой.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, повышение надежности конструкции устройства для получения электропитания, например, для зарядки электрооборудования и питания освещения в полевых бытовых условиях, как правило, в холодные времена года, где нет доступа к системам электроснабжения. Заявленное устройство может быть востребовано для условий Крайнего Севера и позволит в походных условиях простым способом получать электропитание для оборудования малой энергоемкости.

Устройство для получения электропитания иллюстрируется чертежами, где на фигуре показан общий вид.

Заявляемое устройство представляет собой нагреватель для воды с замкнутым контуром и включает полую металлическую емкость 2 на опорных ножках, снабженную съемным паровым клапаном 1, и теплообменник 4, выполненный в виде изогнутой трубы U-образной формы, присоединенной к боковой поверхности емкости 2 на разъемное соединение 10 через два сквозных отверстия, выбранные по вертикальной оси на уровне верхней половины емкости 2. Снизу труба теплоообменника 4 оперта на регулируемую по высоте стойку 5, при этом с верхней стороны, на месте сгиба трубы приварена горизонтальная площадка 3 для размещения и последующего контактирования с нагреваемой поверхностью термоэлектрического преобразователя 7, к выходной разности потенциалов которого электрически подключены потребители, например, контроллер заряда с буферным аккумулятором 8 и USB-разъем 9 (см. фигуру). Причем площадь площадки 3 может быть увеличена в зависимости от требуемых показателей вырабатываемой электроэнергии и количества размещаемых термоэлементов преобразователя 7, например, удлинена вдоль верхней трубы теплообменника 4.

Заявленное устройство для получения электропитания работает следующим образом.

Перед эксплуатацией выполняют сборку оборудования, для чего, трубу теплообменника 4 надежно прикрепляют к соединительным патрубкам емкости 2 на разъемное соединение, выполненное, например, посредством фитинга с быстроразъемной накидной гайкой, изготовленной на трубе. Собранное устройство устанавливают на ровной площадке внутри мобильного помещения или снаружи в зависимости от места использования, для чего, положение трубы теплообменника 4 настраивают посредством регулируемой стойки 5. Под емкостью 2 устраивают место для очага огня, например, для костра или переносной горелки на газовом или жидком топливе. Отвинчивая съемный клапан 1, в емкость 2 помещают рабочую жидкость, например, чистую воду, в количестве 1/5-1/4 ее объема. В зимних условиях воду традиционно можно также получать путем расплавления снега. Далее, емкость 2 с водой вновь закрывают клапаном 1, после чего, на площадке 3 трубы теплообменника 4 размещают термоэлектрический преобразователь 7 известной конструкции, например, на основе элементов Пельтье, к его выходам электрически подключают потребители. Таким образом, устройство подготовлено для работы.

Опытный образец заявленного устройства имеет емкость 2 с объемом 5 л, трубу теплообменника 4 длиной около 1,5 м (см. фиг. 2). Разъемное исполнение трубы теплообменника 4 позволяет улучшить компактность и удобство при транспортировке и хранении оборудования.

При установке внутри мобильного помещения труба теплообменника 4 может быть выведена к наружу от сооружения, для чего, в материале укрытия предварительно изготавливают сквозной безопасный проход.

Для использования устройства поджигают очаг огня, который нагревает емкость 2 с водой до закипания и перехода в газообразное состояние. В целях безопасной работы при увеличении давления внутри замкнутого контура устройства излишки пара удаляются через клапан 1. Насыщенный пар заполняет собой оставшийся объем в емкости 2 и следует по трубам теплообменника 4, где, конденсируясь, отдает свою тепловую энергию нагреваемой поверхности термоэлектрического преобразователя 7, установленной на площадке 3. В результате термоэлементы преобразователя 7 с одной стороны нагреваются от температуры трубы теплообменника 4, с другой стороны охлаждаются за счет отрицательной температуры окружающей среды. Таким образом, термоэлементы преобразователя 7, находясь в разнотемпературной среде, преобразуют часть тепловой энергии в электрическую. Появляется постоянное напряжение на выходе термоэлектрического преобразователя 7, которое подается на потребление. Сконденсированная же жидкость попадает обратно в емкость 2 через нижний трубопровод теплообменника 4, где вновь испаряется от нагрева.

Для опытного образца был использован преобразователь с элементами Пельтье типа SP 184827145. При этом испытания проходили при температуре внешней среды до минус 30-35°С. При генерации электрического тока при разнице температур в 100°С с одного элемента Пельтье получали напряжение 4,8 В и силу тока 669 мА. Имея девять элементов Пельте и располагая их в последовательно-параллельном соединении таким образом, чтобы было три ветви по три элемента Пельтье в каждой, получали уже следующие характеристики: напряжение 14,4 В и сила тока 2007 мА, которых достаточно для подзарядки внешнего аккумулятора и различных электронных устройств малой мощности.

Таким образом, заявленное устройство для получения электропитания может быть использовано в походных условиях в холодные времена года, а устройство нагревателя в виде замкнутого контура позволяет поддерживать стабильно высокий уровень и наибольшую эффективность нагрева термоэлектрического преобразователя, что способствует в целом увеличению КПД.

Claims (1)

1. Сборное устройство для получения электропитания, содержащее нагреватель, выполненный в виде замкнутого контура, включающего емкость для рабочей жидкости и теплообменник, отличающееся тем, что емкость снабжена верхним съемным паровым клапаном, теплообменник выполнен в виде U-образной изогнутой трубы, подключенной к боковой поверхности емкости на разъемное соединение через два соединительных патрубка, приваренных по вертикальной оси на уровне верхней половины емкости, при этом труба теплообменника с нижней стороны оперта на регулируемую по высоте стойку, а на верхней поверхности трубы приварена площадка для размещения контактируемого термоэлектрического преобразователя.