Пристрій для управління вихідною напругою термоелектричного генератора

Реферат: UA 119674 U UA 119674 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергетики, зокрема до термоелектричних генераторів електричної енергії, і може використовуватися для покращення ефективності перетворення теплової енергії в електричну, зокрема при використанні її разом з термоелектричними генераторами, працюючими на побутових опалювальних пічках, які мають активну систему охолодження і яка працює від власної виробленої електроенергії. Відомі термоелектричні генератори, які мають вентиляторне охолодження радіаторів, закріплених на холодній стороні термоелектричних модулів з живленням вентиляторів від цих же модулів [1, 2]. Зазвичай для живлення вентиляторів потрібна певна електрична потужність з визначеному діапазоні напруг. На початку роботи генератора вироблена електрична напруга є досить малою і недостатньою для запуску вентилятора. Повільний розігрів печі без обдуву вентиляторами радіаторів охолодження генераторних модулів може призвести до підвищення середньої температури генераторних модулів, при малому перепаді температур між робочими гранями модулів. В даних генераторах для живлення вентиляторів використовують підвищувальні DC/DC перетворювачі. Ця ж напруга є вихідною - для живлення пристроїв споживання. Так, в [1] для живлення вентилятора використовується напруга живлення 12 В, яка виробляється DC/DC перетворювачем з вхідної - вище 3 В. В [2, 3] використана аналогічна схема. Однак такі схеми мають ряд недоліків, які полягають в тому, що при підключенні зовнішнього навантаження в момент виходу генератора на робочий вихідна напруга стрибкоподібно зменшується, що може призвести до відключення DC/DC перетворювача, а значить і до зупинки вентиляторів. При відсутності обдуву починає зменшуватись перепад температур між гарячою і холодною сторонами модулів, але загально середня температура модулів зростає. Ефективність термоелектричного генератора від цього падає. Задачею корисної моделі є збільшення швидкості виходу термоелектричного генератора на робочий режим та підвищення ефективності його роботи. Поставлена задача вирішується тим, що в електричну схему термоелектричного генератора вводиться введений комутатор, який підключає генератор до зовнішнього навантаження тільки при досягнення ним певного запасу електричної потужності, при якому напруга живлення вентиляторів буде вищою за мінімальну, при якій вентилятори надійно працюють, і відключає навантаження, при перевищення струму споживання від працюючого генератора, при збереженні напруги живлення вентиляторів обдуву радіаторів охолодження. У корисній моделі запропонована нова конструкція для термоелектричного генератора, який працює на твердому паливі, яка полягає в тому, що для збільшення швидкості і надійності запуску термоелектричного генератора в його електричну схему введений комутатор, який підключає генератор до зовнішнього навантаження тільки при досягненні ним певного запасу електричної потужності, при якому напруга живлення вентиляторів буде вищою за мінімальну, при якій вентилятори надійно працюють, і відключає навантаження, при перевищенні струму споживання від працюючого генератора, при збереженні напруги живлення вентиляторів обдуву радіаторів охолодження, а також, що для зменшення різкого падіння вихідної напруги генератора від дії пускового струму живлення вентиляторів при підключенні навантаження в коло термоелектричних модулів в схемі комутатора використані іоністори - потужні буферні накопичувачі електричної енергії. Ці ознаки не зустрічаються ні в одному з аналогів - пристрій для управління вихідною напругою термоелектричного генератора містить термоелектричні модулі, які розміщені між теплообмінниками, що з гарячої сторони прикріплені до печі, а з холодної - до радіаторів з обдувом електричними вентиляторами, які живляться від виробленої електричної напруги термоелектричних модулів, і містить також підвищуючий DC/DC перетворювач для живлення вентиляторів і комутатор вихідної напруги, яка виробляється термоелектричними модулями. Промислове використання запропонованого пристрою для управління вихідною напругою термоелектричного генератора не вимагає застосування спеціальних технологій та матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. На кресленні представлено електричну схему термоелектричного генератора з пристроєм для управління його вихідною напругою. Даний пристрій, який розміщений в корпусі термоелектричного генераторного блоку, якраз і забезпечує стабілізованою напругою вентилятора обдуву і захист напруги живлення вентилятора від перевантаження кола зовнішнім споживачем. При розпалюванні палива температура гарячого теплообмінника починає плавно і досить повільно збільшуватись, викликаючи на модулях зростання вихідної напруги. Вочевидь, що початкова мала напруга не в змозі зразу ж запустити вентилятор досить великої потужності. Стартова напруга використаного типу вентилятора не менш як 5 В, при струмі біля 0,5 А. Генерованої напруги на початку роботи 1 UA 119674 U 5 10 15 20 25 30 35 40 недостатньо для запуску і роботи вентилятора, а затримка в часі із запуском вентилятора може привести до значного перегріву холодних теплообмінників і значно знизить ефективність всього генератора. Для прискорення запуску вентилятора в схему введений підвищуючий DC/DC перетворювач А1 (CN6009), який стартує від напруги 3 В і на виході видає задану напругу (експериментально вибрано оптимальну напругу для живлення вентилятора - 7 В). У стандартних DC/DC перетворювачах, на початку його діапазону вхідних напруг, коефіцієнт корисної дії значно менший, як заявлений в його технічних характеристиках - тобто DC/DC перетворювач на початку має теж великий стартовий струм. Так як призначення генератора, призначення генератора, окрім підтримки своєї роботи - видати потужність споживачу, то підключення значного навантаження до генератора в момент старту вентилятора неминуче призведе до його зупинки (збільшення відбору струму з генераторних модулів приводить до падіння вихідної напруги). Тому схема має вузол, який підключає споживача тоді, коли сам генераторний блок розвиває потужність з достатнім запасом. Тоді, при підключенні зовнішнього навантаження, вихідна напруга хоч і знижується, але не нижче від рівня, при якому зупиниться вентилятор. Якщо струм навантаження перевищує допустиме значення, то цей вузол має відключити навантаження від генератора. Такий пороговий пристрій А2 з гістерезисом вихідної напруги зроблений на транзисторах, а також з використанням іоністорів С1, С2 - як потужного буфера електричної енергії. Напруга на порогових елементах виставляється змінними резисторами (R1, R2). Як комутатор зовнішнього навантаження - вихідний ключ, використовується польовий транзистор (у відкритому стані опір ключа менше 0,05 Ом). Вихідна напруга на роз'ємі генератора появляється при досягненні величини 5 В і вище, а пропадає при її зниженні від 3,3 В і менше. Світлодіоди VS1, сигналізують про увімкнення вентилятора, а VS2 - про появу напруги на вихідному роз'ємі термоелектричного генераторного блоку. Даний пристрій змонтований на друкованій платі, яка має клемні з'єднання X1, Х2, Х3 - для підключення, відповідно, термоелектричних модулів TEGM1, TEGM2, вентилятора М1 та вихідного навантаження. Запропонований пристрій може також бути використаний для термоелектричних генераторів в системі теплообміну яких є електрична помпа. Таким чином запропонована корисна модель пристрою для управління вихідною напругою термоелектричного генератора дозволяє ефективно запускати термоелектричні генератори, які мають у своїй конструкції примусову систему охолодження, що живиться від електричної напруги власних термоелектричних модулів. Джерела інформації: 1. Пат № 2419749 С1 (RU), МПК F24H 3/12. Отопительное устройство с термоэлектрическим генератором и термоэлектрический генератор / Баукин В.Е., Винокуров А.В., Корнеев А.Д., Кузнецов А.А., Лапковский А.Я., Малышев В.Н. - Опубл. 25.05.2011. 2. Pat. № 6053163 (US), F23L 3/00, Pub. Date 25.04.2000. Stove pipe thermoelectric generator / John С Bass. 3. Pat. № 2008/245352 Al (US), F24C 1/00, H01L 35/00, Pub. Date 9.10.2008. Thermoelectric generator for use with a stove / Anthony Solecki, Michael Tettenborn, Kelly McNamee, Larry Whittle. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 1. Пристрій для управління вихідною напругою термоелектричного генератора, в склад якого входять термоелектричні модулі, які розміщені між теплообмінниками, що з гарячої сторони прикріплені до печі, а з холодної - до радіаторів з обдувом електричними вентиляторами, які живляться від виробленої електричної напруги термоелектричних модулів, і який складається з підвищуючого DC/DC перетворювача для живлення вентиляторів і комутатора вихідної напруги, яка виробляється термоелектричними модулями, який відрізняється тим, що для збільшення швидкості і надійності запуску термоелектричного генератора в його електричну схему введений комутатор, який підключає генератор до зовнішнього навантаження тільки при досягненні ним певного запасу електричної потужності, при якому напруга живлення вентиляторів буде вищою за мінімальну, при якій вентилятори надійно працюють, і відключає навантаження при перевищенні струму споживання від працюючого генератора, при збереженні напруги живлення вентиляторів обдуву радіаторів охолодження. 2. Пристрій для управління вихідною напругою термоелектричного генератора за п. 1, який відрізняється тим, що для зменшення різкого падіння вихідної напруги генератора від дії пускового струму живлення вентиляторів при підключенні навантаження в коло термоелектричних модулів в схемі комутатора використані іоністори - потужні буферні накопичувачі електричної енергії. 2 UA 119674 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3