АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК H02K7/20 H02K7/00 

Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно к области "малой" энергетики - автономным источникам питания на базе силовых агрегатов небольшой мощности (от нескольких ватт до нескольких киловатт), способных работать в полевых условиях в автоматическом режиме в течение длительного времени - не менее 1-2 лет. Автономные источники питания (сокращенно АИП) могут найти применение в антикоррозионных устройствах нефте- и газопроводов, в навигационных радио- и световых маяках, на метеостанциях, в устройствах контроля и охраны территорий и других объектах.

Известны автономные источники питания с непосредственным преобразованием тепла в электрическую энергию, предназначаемые для длительного срока действия. Среди них широкое практическое применение в "малой" энергетике нашли источники с термоэлектрическими преобразователями, известные как термоэлектрические генераторы (сокращенно ТЭГ). Основными составляющими частями ТЭГ являются источник тепла, термоэлектрический преобразователь, устройство для подвода тепла к преобразователю и отвода не преобразованной в электричество части тепла в окружающую среду, емкость с топливом. Термоэлектрический преобразователь представляет собой термоэлектрическую батарею, собранную из отдельных термоэлементов так, что электрически скоммутированные их торцы, к которым подводится тепло, располагаются на одной поверхности батареи, а охлаждаемые торцы - на другой поверхности, противоположной первой. В качестве источника тепла применяются радиоизотопы, ядерные реакторы, органическое топливо.

За аналог принимаем ТЭГ, работающий на природном газе, подводимом из магистрали газопровода или от баллонов. Установка ТЭГ состоит из 4-х индивидуальных модулей, каждый из которых имеет мощность 75 Вт, и инфракрасной горелки, к которой через теплоприемник примыкают термобатареи. Тепло от холодных спаев отводится ребрами охлаждения. Модули могут быть включены как параллельно, так и последовательно, где в зависимости от схемы подключения модулей можно обеспечить выходное напряжение от 4 до 24 В. Установка отличается высокой надежностью и безотказностью работы в автономном режиме при различных погодных условиях [1].

Основным недостатком известных ТЭГ является низкий КПД установки. Так КПД термобатареи, для которой служат сплавы ZnSb (P-ветвь) и константан (п-ветвь) в интервале рабочих температур (от 400^oC на горячем спае и 130^oC на холодном), обеспечивается 2%. Общий КПД ТЭГ, с учетом КПД горелки, составляет около 1%, в результате чего происходит низкая эффективность использования топлива, т.к. 99% его расходуется на обогрев окружающей среды, транспортировка которого связана с большими расходами и техническими трудностями в труднодоступные и малонаселенные районы.

В качестве прототипа принимаем конструкцию автономного источника питания (АИП ) в виде силового агрегата, состоящего из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующего через устройство для подзарядки с аккумуляторными батареями (или с одной из них), и командоаппарата, соединенного с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, например автомобиля. [2]
Основным недостатком указанного выше АИП, содержащего силовой агрегат, имеющий КПД на порядок и более выше, чем у термогенератора (ТЭГ), и аккумуляторные батареи, является то, что у аккумуляторных батарей с понижением температуры падает их работоспособность, причем наиболее интенсивно это происходит в области отрицательных температур. И при понижении температуры ниже предельной, допускаемой изготовителем, аккумуляторные батареи утрачивают работоспособность. Из вышеизложенного следует, что применение аккумуляторных батарей в составе автономных источников питания (АИП) в полевых условиях, без устройств специальной защиты их от переохлаждения, ограничено климатическими условиями.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение работоспособности автономного источника питания при резко меняющихся климатических условиях с понижением температуры.

Поставленная задача решается тем, что автономный источник питания, включающий силовой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующий через устройство для подзарадки с аккумуляторными батареями, и командоаппарат, соединенный с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, согласно изобретению, снабжен транспортабельной камерой с внешней теплоизоляционной оболочкой с электрическими вводами и выводами и изолированным отсеком для установки командоаппарата, с размещенными внутри камеры металлическими опорами для установки аккумуляторных батарей с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора в блоке с электрообогревателем и емкости со сменной теплопоглощающей жидкостью, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата, снабженной в свою очередь наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами с размещенной вне камеры дополнительной емкостью с топливом для двигателя силового агрегата, при этом трубопровод наливного отверстия снабжен электронасосом, связанным с терморегулятором, и снабжен заборным насадком, а дополнительная емкость соединена трубопроводом с топливным баком двигателя силового агрегата.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен автономный источник питания (разрез по А-А);
на фиг. 2 - автономный источник питания в плане (разрез по Б-Б);
на фиг. 3 - вид на разрез (по В-В на фиг. 2);
на фиг. 4 - вид на разрез (по Г-Г на фиг. 3).

Автономный источник питания содержит силовой агрегат 1, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующего через устройство 2 для подзарядки с аккумуляторными батареями 3, и командоаппарат 4, соединенный с аккумуляторными батареями 3 и пусковым устройством двигателя силового агрегата 1, и дополнительно содержит транспортабельную камеру 5 с внешней теплоизоляционной оболочкой 6 с электрическими вводами и выводами и изолированным отсеком 7 для установки командоаппарата 4, с размещенными внутри камеры 5 металлическими опорами 8 для установки аккумуляторных батарей 3 с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора 9 в блоке с электрообогревателем и емкости 10 со сменной теплопоглощающей жидкостью 11, используемой также как топливо 11 для двигателя силового агрегата 1, снабженной в свою очередь наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами 12 и 13 с размещенной вне камеры 5 дополнительной емкостью 14 с топливом 11 для двигателя силового агрегата 1, при этом трубопровод 12 наливного отверстия снабжен электронасосом 15, связанным с терморегулятором 9, и снабжен заборным насадком 16, а дополнительная емкость 14 соединена трубопроводом 17 с топливным баком двигателя силового агрегата 1.

Автономный источник питания (АИП) работает следующим образом.

При включении силового агрегата 1, состоящего из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, переменный ток генератора преобразуется в устройстве для подзарядки 2 в постоянный ток, и аккумуляторные батареи 3 по сигналу командоаппарата 4 отключаются от рабочей цепи и подключаются к зарядным цепям; одновременно генератор силового агрегата 1 работает на внешнюю нагрузку. Мощность силового агрегата 1 выбирается в зависимости от условий эксплуатации, типа используемых аккумуляторных батарей и внешней нагрузки по авторской методике и является "НОУ-ХАУ".

После окончания заряда всех аккумуляторных батарей 3, по сигналу командоаппарата 4, происходит отключение аккумуляторных батарей 3 от зарядной цепи с подключением к рабочей и происходит выключение двигателя силового агрегата 1.

Аккумуляторная батарея 3, у которой во время заряда или в процессе разряда на нагрузку какой-либо параметр достигает критического значения, отключается командоаппаратом 4 от электрической цепи, чем исключается возможность отрицательного влияния неисправной аккумуляторной батареи 3 на нормальное функционирование остальных аккумуляторных батарей 3. Во время рабочего цикла топливо 11 в баке двигателя силового агрегата 1 пополняется из дополнительной емкости 14 по трубопроводу 17. Внутренняя температура в транспортабельной камере 5 поддерживается в заданном наиболее благоприятном для применяемого типа аккумуляторных батарей 3 диапазоне терморегулятором 9 в блоке с электрообогревателем и емкости 10 со сменной теплопоглощающей жидкостью 11, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата 1. При повышении температуры в транспортабельной камере 5 близко к верхней границе заданного температурного диапазона терморегулятор 9 включает электронасос 15, после чего электронасос 15 начинает подавать в емкость 10 по трубопроводу 12 охлажденную теплопоглощающую жидкость 11 из дополнительной емкости 14, вытесняя из емкости 10 в емкость 14 нагретую теплопоглащающую жидкость 11. После снижения температуры электронасос 15 отключается, и смена теплопоглощающей жидкости 11 прекращается. При снижении температуры воздуха в камере 5 до нижней границы заданного температурного диапазона терморегулятор 9 включает электрообогреватель.

Предлагаемый автономный источник питания (АИП ) позволяет обеспечить устойчивую работу аккумуляторных батарей в наиболее благоприятном для выбранного типа аккумуляторных батарей режиме, что позволяет полностью использовать высокий КПД силового агрегата АИП, сократить расходы на топливо и его транспортировку в труднодоступные и малонаселенные районы.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Иорданишвили Е.К. Термоэлектрические источники питания. - М.: Издательство "Советское радио", 1968, С. 100-102, рис.37.

2. Галкин Ю.М. Электрооборудование автомобилей и тракторов. - М.: Издательство "Машиностроение", 1967, с.8, 9, 40, рис. 2.

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, а более конкретно к "малой" энергетике - автономным источникам питания на базе силовых агрегатов небольшой мощности, способных работать в полевых условиях в автоматическом режиме не менее 1 - 2 лет. Автономные источники питания (АИП) могут найти применение в антикоррозионных устройствах нефте- и газопроводов, в навигационных радио- и световых маяках, на метеостанциях, в устройствах контроля и охраны территорий и других объектах. Технический результат изобретения состоит в обеспечении работоспособности автономного источника питания при резко меняющихся климатических условиях с понижением температуры ниже допустимых изготовителем при одновременном сокращении расходов на топливо и транспортировку и в полном использовании высокого КПД силового агрегата. Данный технический результат достигается тем, что в автономном источнике питания, включающем силовой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующего через устройство для подзарядки с аккумуляторными батарейками, и командоаппарат, соединенный с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, имеется транспортабельная камера с внешней теплоизоляционной оболочкой с изолированным отсеком для установки командоаппарата, с размещенными внутри камеры металлическими опорами для установки аккумуляторных батарей с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора в блоке с электрообогревателем и емкости со сменной теплопоглощающей жидкостью, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата, снабженной наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами с размещенной вне транспортабельной камеры дополнительной емкостью с топливом для двигателя силового агрегата. При этом трубопровод наливного отверстия снабжен электронасосом, связанным с терморегулятором, и снабжен заборным насадком, а дополнительная емкость соединена трубопроводом с топливным баком двигателя силового агрегата. 4 ил.

Автономный источник питания, включающий силовой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующий через устройство для подзарядки с аккумуляторными батареями, и командоаппарат, соединенный с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, отличающийся тем, что он снабжен транспортабельной камерой с внешней теплоизоляционной оболочкой с изолированным отсеком для установки командоаппарата, с размещенными внутри камеры металлическими опорами для установки аккумуляторных батарей с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора в блоке с электрообогревателем и емкости со сменной теплопоглощающей жидкостью, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата, снабженной, в свою очередь, наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами с размещенной вне транспортабельной камеры дополнительной емкостью с топливом для двигателя силового агрегата, при этом трубопровод наливного отверстия снабжен электронасосом, связанным с терморегулятором, и снабжен заборным насадком, а дополнительная емкость соединена трубопроводом с топливным баком двигателя силового агрегата.