RO132215A0 - Modul de încălzire cu consum redus de energie electrică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un modul de încălzire cu consum redus de energie electrică, pentru producerea de energie termică necesară încălzirii unei locuinţe, care transferă căldura generată la un lichid în care este imersat, iar căldura este cedată prin convecţie naturală, încălzind aerul din încăperea în care este amplasat. Modulul conform invenţiei este format dintr-o cavitate (A), metalică, de preferinţă din cupru sau aluminiu, în interiorul căreia se află amplasat un modul (B), format dintr-o grupare de elemente semiconductoare, nişte tije (C), metalice, fixate în modulul (A) prin sudare, în partea superioară găsindu-se amplasată o cavitate (D), metalică, fixată de tije (C), etanş, un modul (E), controler de temperatură, un modul (F), în care se găseşte amplasat un transformator coborâtor de tensiune, un modul (G), electronic, pentru comanda modulului (B), iar în interiorul cavităţii (A) şi a tijelor (C) se găseşte ulei de transformator până la un nivel (a), cavitatea (A) este o ţeavă metalică, de preferinţă din cupru sau aluminiu, în care sunt introduse nişte tije (C), lipite sau sudate, iar la partea superioară se află o cavitate (D), în care sunt introduse tijele (C), pentru a forma un calorifer sau un radiator de căldură, în partea inferioară a cavităţii (A) găsindu-se un modul (B), aflat în legătură cu nişte tije (1, 2 şi 3) metalice, pentru alimentarea unor semiconductori (4), ai căror pini sunt introduşi prin lipire pe un circuit (5), imprimat de preferinţă din sticlotextolit, tijele (1, 2 şi 3) străbătând o flanşă (6) metalică, prin nişte izolatori (7, 8 şi 9) de trecere, iar la extremitatea dreaptă a cavităţii (A) se află fixată o flanşă (10), cu găuri în scopul etanşării caloriferului prin strângere cu nişte şuruburi (21) şi nişte piuliţe (22), controlerul (E) având un senzor (11) pe una din tije (C), printr-un conductor (12) metalic izolat la exterior pentru măsurarea temperaturii în mod precis.

Description

Invenția se refera la un dispozitiv pasiv pentru producerea de energie termica necesara încălzirii unei locuințe avand un consum redus de energie electrica si care transfera căldură generatea la un lichid in care este imersat, iar căldură este cedata prin convectie naturala încălzind aerul din încăperea in care este amplasat.

Sunt cunoscute numeroase dispositive pentru încălzirea locuinței, avand niște rezistente electrice amplasate intr-un lichid si care pot încălzi o camera avand in același timp un consum ridicat de energie electrica de preferința 1500...2500w.

Dezavantajele acestor Încălzitoare consta prin aceia ca consuma multa energie electrica, iar in lipsa alimentarii cu energie electrica se răcesc repede.

Sunt cunoscute numeroase dispositive pentru încălzirea locuinței cu rezistente in infrarosu care pot încălzi obiectele dintr-o încăpere,avand un consum de aproximativ 1500...3000w de energie electrica.

Dezavantajele acestor încălzitoare consta prin aceia ca sunt mari consumatoare de energie electrica încălzind obiectele din încăpere dar nu si aerul înconjurător,

Sunt cunoscute numeroase dispositive pentru încălzirea locuinței avand la baza o centrala termica cu gaz metan si calorifere pentru încălzit montate in fiecare camera.

Dezavantajele acestor încălzitoare consta prin aceia ca,sunt costuri destul de ridicate privind conductele de gaz metan,necesita țevi si calorifere,personal specializat in instalații,costuri ridicate privind achitionarea si montare in același timp poluind mediul înconjurător cu emisii de monooxid de carbon.

Sunt cunoscute numeroase dispositive pentru încălzirea locuinței,cu sobe cu lemne sau central termice cu calorifere cu combustibil solid.

Dezavantajele acestor încălzitoare consta prin aceia ca necesita intoducerea regulate a lemnelor in sobe sau centrale,necesita curatarea periodica a coșurilor de fum existând posibilitatea ca zgura din coșurile de fum sa faca combustie si sa aprinda locuința fiind in același timp si poluator a mediului înconjurător.

a 2017 00048

01/02/2017

Modulul de încălzire, conform invenției înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceea ca este 100% ecologic,fara emisie de noxe in atmosfera.

Modulul de încălzire, conform invenției înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceea ca consumul de energie electrica pentru atingerea temperaturii de 60°C,este de aproximativ 300W, acest lucru însemnând reduceri masive de energie electrica

Modulul de încălzire, conform invenției înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceea ca nu prezintă pericol de electrocutare deoarece tensiune folosita in interior pentru alimentarea dispozitivelor se face la o tensiune joasa de preferința 24...36 V,nefiind periculoasa pentru om,iar alimentarea cu energie electrica se face cu ajutorul unui transformator de rețea prin care primarul este izolat de secundar.

Modulul de încălzire, conform invenției, înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceea ca temperatura de încălzire a caloriferului este controlata de un controller digital,care oprește funcționarea prin întreruperea alimentarii cu energie electrica la atingerea temperaturii setate,si reia alimentarea atunci când temperatura a scăzut cu cateva grade C.

Modulul de încălzire conform invenției rezolva problema tehnica si înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceia ca un calorifer bun ar trebui sa absoarba in mod efficient căldură generate de componentele electronice cu un consum redus de energie electrica fara a genera zgomot si vibrații,si care transfera căldură mediului înconjurător.De asemeni procesul de fabricație a unui calorifer trebuie sa fie usor,adica un radiator bun capabil de a menține temperature componentelor generatoare de căldură la cel mai scăzut nivel fara a utilize un ventilator de răcire.

Modulul de încălzire conform invenției rezolva problema tehnica si înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceia ca un radiator este conceput pentru a maximize aria suprafeței de contact cu mediul de raciere care il înconjoară ,cum ar fi aerul.Viteza aerului,alegerea materialului, tratamentul de suprafața sunt factori care afecteaza performanta unui radiator.Un radiator de căldură este de obicei realizat din Cupru sau Aluminiu ,care au bune proprietăți termice,acest lucru însemnând o conductivitate termica ridicata si permite căldurii sa traca prin material repede,spre mediul înconjurător.

Modulul de încălzire conform invenției rezolva problema tehnica si înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceia ca de tijele C, se pot prinde aripioare de răcire in scopul maximizării suprefetei de contact cu aerul înconjurător.

Modulul de încălzire conform invenției rezolva problema tehnica si înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceia ca dispozitivele electronice cu joncțiuni sunt niște tranzistoare de putere montate pe un radiator de aluminiu de prferinta patrat pentru a permite montarea de a 2017 00048

01/02/2017 tranzistoare pe fiecar latura,avand alimentarea in serie si in paralel si care sunt introduce in ulei de transformator pentru a ceda căldură in mediul lichid,uleiul avand proprietăți termice bune si un bun isolator electric.

Modulul de încălzire conform invenției rezolva problema tehnica si înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceia ca poate fi construit in mai multe forme si mărimi,pentru încăperi mici si mari,cum ar fi case de locuit,hale industriale,sere si solarii.

Modulul de încălzire conform invenției rezolva problema tehnica si înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceia ca datorita consumului redus de energie electrica poate fi conectat si la niște cellule solare,iar daca are si acumulatori poate fi folosit si pe timpul nopții.

Modulul de încălzire conform invenției prezintă următoarele avantaje;

-nu emite noxe in timpul funcționarii,

-consum redus de energie electrica 150...350W,

-ușurința in exploatare deoarece este echipat cu un controller digital pentru controlul temperaturii,

-ușor de instalat,

-nu necesita oameni specializați pentru montare,economii substanțiale la consumul de energie,fata de centralele cu gaz,sau calorifere cu rezistente electrice de 1500...3000W,

-ajunge in scurt timp la temperature programata 30...40min,

-asigura o temperatura maxima de 70°C.

Se da in in continuare un exemplu de realizare a unui calorifer conform invenției in legătură cu figi,care reprezintă;

-fig 1,reprezintă schema de ansamblu a unui calorifer,

-fig.2 ,reprezintă un calorifer,

-fig.3,reprezintă un modul pentru încălzire

-fig 4,reprezintă o diagram de funcționare a unui semiconductor

-fig.5 reprezintă un model de calcul al unui radiator.

a 2017 00048

01/02/2017

1.Stadiul tehnicii actuale.

Tehnologia de încălzire peste tot in lume o reprezintă folosirea gazelor natural care sunt arse in central termice, folosirea combustibililor fosili,Încălzirea cu calorifere cu rezistente electrice avand puteri mari de 1,5...3kW,încălzire cu infraroșu tot cu puteri mari,sau încălzirea cu sobe si central term,ice cu lemne sau derivate din acestea.

Prezenta inventive face parte dintr-o tehnologie de economisire a energiei electrice si fara sa polueze mediul.

2.Descrierea stadiului tehnicii înrudite.

Conversia energiei este amplu descrisa in literature de specialitatea semiconductorilor.Aceștia in funcționare au nevoie de radiastoare si ventilatoare pentru a le menține la un nivel de temperature a joncțiunilor,proiectate pentru a fi maximali.

Energia electrica consumata de acest tip de calorifer este de aprox.200...350 W,funcție de temperature setata,avand un maxim de 70°C,ceea ce este destiul de mult ,de regula temperature oferita de centralele termice se situează la 4O...5O°C.

Un radiator de căldură transforma energia termica dintr-un dispozitiv de temperature mai ridicata la o temperature mai mica.Mediul de fluid este frecvent aerul,dar poate fi de asemenea apa,ulei de transformator sau alti solvent.

Descrierea instalației

Modulul de încălzire ,conform invenției este format dintr-o cavitate A, metalice de preferința din cupru sau aluminiu,in interiorul caruia se afla amplasat un modul B,format dintr-o grupare de elemente semiconductoare,niște tije C metalice ,fixate in modulul A prin sudare,in partea superioara se gaseste amplsata o cavitate D,metalica fixate de tijele C metalice,etanș,un modul E controller de temperatura,un modul F, in care se gaseste amplsat un transformator coborâtor de tensiune,un modul G electronic pentru comanda modulului B,iar in interiorul cavitatii A si a tijelor C metalice se gaseste ulei de transformator pana la un nivel a.

Cavitatea A metalica conform invenției este o țeava metalica de preferința din Cupru sau Aluminiu in care sunt introduce niște tije metalice C,lipite sau sudate,iar in partea superioara se afla o cavitate D, in care sunt introduce tijele metalice C pentru a forma un calorifer sau un radiator de căldură.In partea inferioara a cavitatiiA se gaseste un modul B,aflat in legătură cu niște tije metalice 1,2 si 3,pentru alimentarea semiconductorilor 4,ale căror pini sunt introduși prin lipire pe un circuit 5 , imprimat de preferința din sticlotextolit,tijele 1,2 si 3 strabat o flanșa 6 metalica ,prin niște izolatori de trecere 7,8 si 9.La extremitatea drepta a cavitatii A,se afla fixate o flanșa 10, cu găuri in scopul etansarii caloriferului prin strngere cu șuruburi 21 si a 2017 00048

01/02/2017 /£/ piulite22 . Controlerul E are un sensor ll,fixat pe una din tijele C,printr-un conductorl2 metalic izolat la exteriorpentru masurarea temperaturii in mod precis.Controlerul C, se seteaza la o temperature dorita 50,55 sau 6O°C,iar când temperature tijelor C a fost atinsa controlerul întrerupe alimentarea cu energie electrica a trnsformatorului F,prin intermediul unor conductori 13 si 14, metalici izolați la exterior si implicit a modulului B.Daca temperatura scade cu 2 grade C,controlerul da comanda si închide contactele releului din interiorul sau si astfel se reia un nou ciclu de alimentare a modulului B.

In partea lateral a cavitatii D se gaseste instalat un robinet 15, pentru evacuarea aerului din interiorul caloriferului atunci când uleiul din interior se dilate datorita căldurii provenita de la modulul B,iar după atingerea temperatura maxima robinetul 15,se închide etanș.

Tot in modulul F de alimentare cu energie electrica de la rețeaua electrica de 23 V CA,se afla amplsate un comutator de pornire 16,si o siguranța de proiecție 17,in scopul prevenirii încălzirii transformatorului la creșterea accidentala a tensiunii de rețea.

In modulul G care este un module electronic tip PMW generator de impulsuri cu un circuit integrat,se gaseste amplasat un potentiometru exterior 8, pentru reglajul duratei impulsurilor si implicit creșterea sau descreșterea temperaturii.

Modulul B,este un modul de încălzire a uleiului din interiorul cavitatii A,format din semiconductori de putere si care au nevoie de radiator de răcire in timpul funcționarii.Semiconductorii sunt fixate pe un profil 20 metalic,de preferința din cupru sau aluminiu,de forma patrata sau dreptunghiulara,cu niște holzsuruburi 19,iar pinii semiconductorilor aleși suni lipiți pe o placa de circuit imprimat 5,din fibra de sticla care rezista la temperature mai mari de 100 grade.Fiecare tija C,are cate 2 semiconductori montate in dreptul lor in scopul încălzirii rapide a uleiului de transformator din cavitatea A,si tijele C.

Funcționarea instalației.

Modulul de încălzire, conform invenției este alimentat de la rețeaua electrica de 230 VCA,printr-un transformator coborâtor de tensiune de preferința de 24...36 VCA, in scopul alimentarii semiconductorilor care primesc in baza un impuls PWM care încălzește rapid toate tranzistoarele ,generând energie termica,care se degaja rapid in masa substanței care înconjoară modulul D.Controlerul E,de temperature este un controller cu afișare numerica a temperaturii măsurate cu ajutorul unui sensor plasat pe unul din tijele metalice C.Setarea temperaturii caloriferului se face prin intermediul unor butoane amplasate pe panoul frontal al controlerului E,iar la atingerea temperaturii detate un releu aflat in interiorul controlerului E,se deschide si întrerupe alimentarea cu energie electrica a transformatorului de rețea F.

a 2017 00048

01/02/2017

Modulul G are montat la exterior un potentiometru 18,pentru reglarea frecventei impulsurilor care comanda semiconductorii din modulul B.Prin rotirea potentiometrului se schimba frecventa si factorul de umplere a impulsurilor închizând si deschizând baza tranzistorelor si implicit căldură generate de semiconductorii 4.

In timpul alimentarii cu energie electrica joncțiunile din dispozitivele semiconductoare se pot încălzi pana la o temperature maxima de 150°C,conform datelor din fisa de date ai componentei respective,pentru care consuma o anumita petere si un anumit current.

Un dispozitiv electronic sau o joncțiune P,N,este caracterizata de un parametru termic important definit prin temperature maxima a jonctiuniilor.Temperatura atinsa de joncțiune depinde de puterea disipată pe dispozitiv si de posibilitatea de răcire a acestuia.Pentru creșterea valorii dissipate maxime este necesar sa se reducă rezistenta termica totala .Acest lucru este posibil prin montarea dispozitivului pe un corp metallic cu rol de racirte a capsulei,precum si imersarea întregului modul in ulei de transformator.

Transferul termic de la sursa termica ,care este o sursa concentrate pe suprafața ,prin radiator către mediul ambient are loc prin toate cele trei modalitati analizate,conductie,convecție si radiație termica.

Fiabilitatea si longevitatea oricărui dispozitiv semiconductor este aproximativ invers proporțional cu pătratul temperaturii joncțiunii sau mai precis prin reducerea la jumătate a temperaturii joncțiunii va duce la creșterea cu aproximativ de patru ori a duratei de viata preconizata a componentei semiconductoare.

Procesul de eliminare a căldurii din zona active a unui transistor sau a unei diode implica mai multe transferuri termice.

Sunt cunoscute in fizica toate relațiile de calcul necesare pentru disiparea căldurii la radiatoarele folosite in electronica.

In fig.5,este reprezentat un mod de calcul al unui circuit prin analogie cu un circuit electric unde fluxul de căldură este reprezentat de current constant,temperaturile sunt reprezentate prin tensiuni rezistentele termice absolute sunt reprezentate de rezistente si cxapacitati termice ale condensatoarelor.

-Tj,este temperature joncțiunii,

-Tc,este temperature la carcasa metalica a joncțiunii,

-Th,este temperature radiatorului atașat la carcasa metalica a joncțiunii, , i

-Tamb,este temperature mediului ambient, a 2017 00048

01/02/2017 lf Q

ROjc este rezistenta termica absoluta a dispozitivului de la intersecția de caz,

R0ch,este rezistenta termica absoluta din interiorul radiatorului

-R0ha,este rezistenta termica absoluta a rdiatorului.

Este cunoscut faptul ca deși exista o analogie intre fluxul de căldură prin conductive (Legea lui Furier) si curgerea unui current electric(Legea lui Ohm) proprietățile fizice corespunzătoare ale conductivității termice si electrice,conductivitatea conlucrează pentru a face comportarea fluxului de căldură destul de diferit,fluxul de căldură electrica in situații normale ,desi ecuațiile electrice si termice diferențiale sunt analoge,si este greșit sa concluzionam ca exista o analogie practica intre rezistenta electrica si rezistenta termica.Acest lucru se datoreaza faptului ca un material considerat isolator din punct de vedere electric este de aprox.20 de ordine de mărime mai conductive,decât un material care este considerat un conductor,in timp ce din punct de vedere termic diferența dintre un izolator si un conductor este de numai trei ordine de mărime ,întreaga gama de conductivitate termica este apoi echivalenta cu diferența de conductivitate electrica a siliciului dopat cu dopare inalta si dopare joasa.

Zona de siguranța pentru unele tipuri de dispositive semiconductoare este definit ca fiind un raport intre tensiunea si curentul care strabat o joncțiune fara a se distruge.

In fig 5,este reprezentata o diagrama de funcționare a unui semiconductor,diagrama care insoteste orice dispozitiv semiconductor fabricat,de către un producător de componente electronice.

Aceste caiete de sarcini combina diferite limitary ale dispozitivului,tensiune maxima,current maxim,temperature pe joncțiune,etc,permițând trasarea unei diagrame ale protecției dispozitivului.

Orice combinative de tensiune si curent situate sub linia de toleranta duce la o funcționare normala a unui semiconductor.Curba ia in considerare curentul,temperature joncțiunii,puterea interna disipată,si liniile de degradare secundare.

In cazul in care atat curentul cat si tensiunea sunt reprezentate graphic pe scala logaritmica si granițele SOA sunt linii drpte;

-lc=lcmax-este limita de current

-Vce=Vcemax-este limita de tensiune

-lcVVce=Pmax-este limita de disipării,defalcare termica,

-lcVce=const-este limita data de defalcarea secundara.

a 2017 00048

01/02/2017

Sunt cunoscute in fizica relațiile de calcul pentru disiparea termica a căldurii la radiatoarele folositein electronic astfel incat se pot enumera;

-rezistenta termica

-materialul semiconductorului

-eficienta fin

-rezistenta la împrăștiere,

-aranjamentul aripioarelor,

-culoarea rediatorului.ln cazul componentelor electronice radiatorul este considerat o component pasiva care răcește un dispozitiv de disipare a căldurii in mediul înconjurător.

Un radiator este proiectat pentru a marisuprafata de contact cu fluidul de racier care il înconjoară,cum ar fi aerul.Viteza aerului de abordare,alegerea materialului,eficienta fin,(sau alta proieminenta) de proiectare si tratament.

Claims (4)

1. Revendicări

   Modulul de incalzire, conform invenției este format dintr-o cavitate (A), metalice de preferința din cupru sau aluminiu,in interiorul caruia se afla amplasat un modul (B),format dintr-o grupare de elemente semiconductoare,niște tije (C) metalice ,fixate in modulul (A) prin sudare,in partea superioara se gaseste amplsata o cavitate(D),metalica fixate de tijele (C) metalice,etanș,un modul (E) controller de temperature,un modul (F), in care se gaseste amplsat un transformator coborâtor de tensiune,un modul (G) electronic pentru comanda modulului (B),iar in interiorul cavitatii (A) si a tijelor (C) metalice se gaseste ulei de transformator pana la un nivel (a.).

   Cavitatea (A) metalica conform invenției este o țeava metalica de preferința din Cupru sau Aluminiu in care sunt introduce niște tije metalice (C),lipite sau sudate,iar in partea superioare se afla o cavitate (D) in care sunt introduce tijele metalice (C) pentru a forma un calorifer sau un radiator de căldură.In partea inferioara a cavitatii(A) se gaseste un modul (B),aflat in legătură cu niște tije metalice (1,2 si 3),pentru alimentarea semiconductorilor (4),ale căror pini sunt introduși prin lipire pe un circuit (5), imprimat de preferința din sticlotextolit,tijele (1,2 si 3) strabat o flanșa (6) metalica ,prin niște izolatori de trecere (7,8 si 9).La extremitatea drepta a cavitatii A,se afla fixate o flanșa (10), cu găuri in scopul etansarii caloriferului prin strngere cu șuruburi (21) si piulite(22) .In partea lateral, a cavitatii (D) se gaseste instalat un robinet (15) pentru evacuarea aerului din interiorul caloriferului atunci când uleiul din interior se dilata datorita căldurii provenita de la modulul (B),iar după atingerea temperature maxime robinetul (15),se închide etanș.
2. 2. Modulul de incalzire, conform invenției înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceea ca consumul de energie electrica pentru atingerea temperaturii de (60°C),este de aproximativ (300W), acest lucru însemnând economii masive de energie electrica.
3. 3. Modulul de incalzire conform invenției, înlătură dezavantajele aratate mai înainte prin aceea ca nu prezintă pericol de electrocutare deoarece tensiune folosita in interior pentru alimentarea dispozitivelor se face la o tensiune joasa de preferința (24...36 V),nefiind periculoasa pentru om,iar alimentarea cu energie electrica se face cu ajutorul unui transformator de rețea prin care primarul este izolat de secundar.
4. 4. Modulul de incalzire, conform invenției, înlătură dezavantajele aratate mai Înainte prin aceea ca temperatura de incalzire a caloriferului este controlata de un controller digital,care oprește funcționarea prin întreruperea alimentarii cu energie electrica la atingerea temperaturii setate,si reia alimentarea atunci când temperatura a scăzut cu cateva grade (C).