RU128667U1

RU128667U1 - HEATING DEVICE

Info

Publication number: RU128667U1
Application number: RU2012154507/06U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Швед
Original assignee: Андрей Александрович Швед
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2013-05-27

Abstract

1. Устройство обогрева, содержащее отсек с аккумуляторной батареей, утепленными стенками и днищем, в которое встроен радиатор, подключенный к системе обогрева и отопления транспортного средства через перекрывающий подачу теплоносителя кран, отличающееся тем, что между днищем и аккумуляторной батареей размещен термоэлектрический генератор, электрически связанный с аккумуляторной батареей.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическая связь термоэлектрического генератора с аккумуляторной батареей осуществлена через импульсный преобразователь напряжения, который содержит силовую часть и устройство управления с датчиком тока термоэлектрического генератора, датчиком напряжения термоэлектрического генератора и микропроцессором, выполненное таким образом, что обеспечивается условие U=I(ΔU/ΔI), где U - постоянная составляющая напряжения термоэлектрического генератора, I - постоянная составляющая тока термоэлектрического генератора, ΔU - амплитуда пульсаций напряжения термоэлектрического генератора, ΔI - амплитуда пульсаций тока термоэлектрического генератора. 1. A heating device comprising a compartment with a battery, insulated walls and a bottom, in which a radiator is mounted, connected to the vehicle heating and heating system through a valve shutting off the coolant supply, characterized in that a thermoelectric generator is placed between the bottom and the battery, electrically connected with battery 2. The device according to claim 1, characterized in that the electrical connection of the thermoelectric generator with the battery is carried out through a pulse voltage Converter, which contains the power part and a control device with a current sensor of the thermoelectric generator, a voltage sensor of the thermoelectric generator and a microprocessor, made in such a way that the condition U = I (ΔU / ΔI), where U is the constant component of the voltage of the thermoelectric generator, I is the constant component of the current of thermoelectric generator, ΔU is the amplitude of the ripple voltage of the thermoelectric generator, ΔI is the amplitude of the ripple current of the thermoelectric generator.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, к вспомогательным средствам облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания транспортных средств.The utility model relates to the field of engine building, namely, to auxiliary means of facilitating the starting of internal combustion engines of vehicles.

Известны системы обогрева и отопления транспортных средств, теплообменник которых подсоединяется к охлаждающему контуру двигателя, электрические элементы - к бортовой сети, а система подачи топлива - к топливному баку автомобиля.Vehicle heating and heating systems are known, the heat exchanger of which is connected to the cooling circuit of the engine, the electrical elements are connected to the on-board network, and the fuel supply system is connected to the vehicle’s fuel tank.

(См. Найман В.С. Все о предпусковых обогревателях и отопителях. - Москва, издательство: ACT, Астрель, Хранитель, 2007. (1)).(See Nyman V.S. All about pre-starting heaters and heaters. - Moscow, publishing house: ACT, Astrel, Keeper, 2007. (1)).

Общим недостатком указанных систем является то, что для питания их электрических элементов в автономном режиме (при неработающем двигателе транспортного средства) используется энергия аккумуляторной батареи. Это уменьшает допустимое время автономной работы систем. Указанный недостаток особенно сильно проявляется при температуре окружающей среды от -40 до -60°С, так как в этом случае электрическая емкость аккумуляторной батареи существенно уменьшается, а время, необходимое для предпускового обогрева увеличивается.A common disadvantage of these systems is that the energy of the battery is used to power their electrical elements in stand-alone mode (with the vehicle engine not running). This reduces the battery life of the systems. This drawback is especially pronounced at ambient temperatures from -40 to -60 ° C, since in this case the electric capacity of the battery is significantly reduced, and the time required for preheating increases.

Известно устройство обогрева, содержащее горелку с источником воспламенения топлива, газоходом, устройством подачи воздуха в газоход и топливным насосом, термоэлектрический генератор с горячим и холодными спаями, электрически связанный через преобразователь напряжения с аккумуляторной батареей, теплообменник для холодного спая, сообщенный с системой охлаждения двигателя, насос подачи охлаждающей жидкости в теплообменник, элементы управления, причем горячий спай размещен в газоходе после горелки.A heating device is known, comprising a burner with a source of fuel ignition, a gas duct, a device for supplying air to the gas duct and a fuel pump, a thermoelectric generator with hot and cold junctions, electrically connected through a voltage converter with a battery, a cold junction heat exchanger in communication with an engine cooling system, a pump for supplying coolant to the heat exchanger, controls, and a hot junction is placed in the duct after the burner.

(См. патент РФ на изобретение №2268393 по кл. МПК: F02N 17/04 (2006.01), заявл. 27.01.2005 г., опубл. 20.01.2006 г. «Устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания» (2)).(See RF patent for the invention No. 2268393 under the IPC class: F02N 17/04 (2006.01), declared on January 27, 2005, published on January 20, 2006. “Device for facilitating the starting of an internal combustion engine” (2)) .

Такое выполнение устройства обеспечивает увеличение допустимого времени его автономной работы за счет встроенного источника электроэнергии - термоэлектрического генератора.This embodiment of the device provides an increase in the permissible time of its autonomous operation due to the built-in source of electricity - thermoelectric generator.

Недостаток указанного устройства заключается в том, что размещение горячего спая термоэлектрического генератора в газоходе после горелки увеличивает тепловое сопротивление газоход - теплоноситель (охлаждающая жидкость), что уменьшает тепловую мощность устройства (уменьшается количество теплоты дымовых газов, передаваемое теплоносителю).The disadvantage of this device is that the placement of the hot junction of the thermoelectric generator in the flue after the burner increases the thermal resistance of the flue - coolant (coolant), which reduces the thermal power of the device (decreases the amount of heat of the flue gases transferred to the coolant).

Указанный недостаток частично компенсируется за счет подачи дымовых газов в подкапотное пространство транспортного средства, однако, такое решение не является достаточно эффективным из-за существенного рассеивания тепла в окружающую среду. Обогрев воздуха в подкапотном пространстве обеспечивает также обогрев аккумуляторной батареи, но он незначителен из-за низкой теплоемкости воздуха, что не позволяет эффективно использовать аккумуляторную батарею для питания электростартера при запуске двигателя внутреннего сгорания в зимних условиях.This drawback is partially compensated by the supply of flue gases to the engine compartment of the vehicle, however, this solution is not efficient enough due to the significant heat dissipation into the environment. Heated air in the engine compartment also provides heating for the battery, but it is negligible due to the low heat capacity of the air, which does not allow efficient use of the battery to power the electric starter when starting the internal combustion engine in winter conditions.

Размещение горячего спая термоэлектрического генератора в газоходе после горелки требует использования термоэлектрических элементов с высокой рабочей температурой, что также является недостатком, так как усложняет и удорожает устройство.The placement of the hot junction of the thermoelectric generator in the flue after the burner requires the use of thermoelectric elements with a high operating temperature, which is also a disadvantage, since it complicates and increases the cost of the device.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа к заявляемому техническому решению является устройство обогрева, содержащее отсек с аккумуляторной батареей, утепленными стенками и днищем, в которое встроен радиатор, подключенный к системе обогрева и отопления транспортного средства через перекрывающий подачу теплоносителя кран.The closest set of essential features and selected as a prototype to the claimed technical solution is a heating device containing a compartment with a rechargeable battery, insulated walls and a bottom, in which a radiator is connected to the vehicle's heating and heating system through a faucet that shuts off the coolant supply.

(См. свидетельство РФ на полезную модель №34803 по кл. МПК-7: H01M 10/50, заявл. 21.07.2003 г., опубл. 10.12.2003 г. «Аккумуляторный отсек транспортного средства» (3)).(See certificate of the Russian Federation for utility model No. 34803 according to class MPK-7: H01M 10/50, declared July 21, 2003, published December 10, 2003, “Battery compartment of a vehicle” (3)).

Такое выполнение устройства обеспечивает эффективный обогрев аккумуляторной батареи, что повышает ток электростартера при запуске двигателя внутреннего сгорания в зимних условиях.This embodiment of the device provides efficient heating of the battery, which increases the current of the electric starter when starting the internal combustion engine in winter conditions.

Для питания электрических элементов системы обогрева и отопления транспортного средства используется энергия аккумуляторной батареи. Это является недостатком указанного устройства, так как уменьшает допустимое время его автономной работы.The energy of the battery is used to power the electrical elements of the vehicle heating and heating system. This is a disadvantage of this device, as it reduces the permissible battery life.

Задачей заявляемой полезной модели является повышение допустимого времени автономной работы устройства обогрева без необходимости его существенного усложнения и снижения тепловой мощности.The objective of the claimed utility model is to increase the permissible battery life of the heating device without the need for its significant complication and reduction of thermal power.

Техническим результатом, позволяющим решить поставленную задачу, является применение термоэлектрического генератора в оптимальном режиме эксплуатации.The technical result that allows us to solve the problem is the use of a thermoelectric generator in the optimal operating mode.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве обогрева, содержащем отсек с аккумуляторной батареей, утепленными стенками и днищем, в которое встроен радиатор, подключенный к системе обогрева и отопления транспортного средства через перекрывающий подачу теплоносителя кран, согласно полезной модели, между днищем и аккумуляторной батареей размещен термоэлектрический генератор, электрически связанный с аккумуляторной батареей.The task is achieved in that in a heating device containing a compartment with a battery, insulated walls and a bottom, in which a radiator is connected to the vehicle heating and heating system through a valve shutting off the coolant supply, according to a utility model, is placed between the bottom and the battery thermoelectric generator electrically connected to the battery.

Термоэлектрический генератор может быть электрически связан с аккумуляторной батареей через импульсный преобразователь напряжения, который содержит силовую часть и устройство управления с датчиком тока термоэлектрического генератора, датчиком напряжения термоэлектрического генератора и микропроцессором, выполненное таким образом, что обеспечивается условие U=I(ΔU/ΔI), где U - постоянная составляющая напряжения термоэлектрического генератора, I - постоянная составляющая тока термоэлектрического генератора, ΔU - амплитуда пульсаций напряжения термоэлектрического генератора, ΔI - амплитуда пульсаций тока термоэлектрического генератора.The thermoelectric generator can be electrically connected to the battery through a pulse voltage converter, which contains a power unit and a control device with a current sensor of the thermoelectric generator, a voltage sensor of the thermoelectric generator and a microprocessor, made in such a way that the condition U = I (ΔU / ΔI) is met, where U is the constant component of the voltage of the thermoelectric generator, I is the constant component of the current of the thermoelectric generator, ΔU is the amplitude of the ripple voltage of the thermoelectric generator, ΔI is the amplitude of the ripple current of the thermoelectric generator.

Предлагаемое устройство обогрева может быть изготовлено на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, так как для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «промышленная применимость».The proposed heating device can be manufactured at any enterprise specializing in this industry, as this requires well-known materials and standard equipment, widely produced by domestic and foreign industry. Thus, the claimed device meets the criterion of "industrial applicability".

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемое устройство обогрева неизвестно из изученного уровня техники и, следовательно, соответствует критерию «новизна».Studies on patent and scientific and technical sources of information indicate that the proposed heating device is unknown from the studied prior art and, therefore, meets the criterion of "novelty."

Оптимизация режима эксплуатации термоэлектрического генератора позволяет решить поставленную задачу, а именно, повышение допустимого времени автономной работы устройства обогрева без необходимости его существенного усложнения и снижения тепловой мощности.Optimization of the operating mode of the thermoelectric generator allows us to solve the problem, namely, increasing the permissible battery life of the heating device without the need for its significant complication and reduction of thermal power.

Размещение термоэлектрического генератора между днищем и аккумуляторной батареей влияет на достижение технического результата следующим образом:Placing a thermoelectric generator between the bottom and the battery affects the achievement of the technical result as follows:

- конструкция газохода и теплообменника системы обогрева и отопления транспортного средства не требует изменений, то есть, предлагаемое устройство обогрева может использоваться в составе широко распространенных серийно выпускаемых систем (1);- the design of the gas duct and heat exchanger of the vehicle heating and heating system does not require changes, that is, the proposed heating device can be used as part of widespread commercially available systems (1);

- не происходит уменьшения тепловой мощности системы обогрева и отопления транспортного средства, так как тепловое сопротивление газоход - теплоноситель (охлаждающая жидкость) остается неизменным в отличие от аналога (2);- there is no decrease in the thermal power of the vehicle heating and heating system, since the thermal resistance of the gas duct - coolant (coolant) remains unchanged in contrast to the analogue (2);

- для построения термоэлектрического генератора могут использоваться элементы Пельтье с рабочей температурой горячего спая, не превышающей 100°C, в отличие от аналога (2);- to build a thermoelectric generator, Peltier elements with an operating temperature of hot junction not exceeding 100 ° C can be used, in contrast to the analogue (2);

- электрическая мощность, вырабатываемая термоэлектрическим генератором, оптимально зависит от остаточной емкости аккумуляторной батареи, а именно: с понижением температуры окружающей среды уменьшается остаточная емкость аккумуляторной батареи и одновременно увеличивается температурный напор на спаях термоэлектрического генератора. При этом увеличивается электрический ток подзарядки аккумуляторной батареи, поступающий от связанного с ней термоэлектрического генератора.- the electric power generated by the thermoelectric generator optimally depends on the residual capacity of the battery, namely: with decreasing ambient temperature, the residual capacity of the battery decreases and the temperature head at the junctions of the thermoelectric generator increases. This increases the electric charging current of the battery coming from the associated thermoelectric generator.

В зависимости от температурного напора на спаях термоэлектрического генератора изменяются его электродвижущая сила и внутреннее сопротивление. Как известно, мощность источника электроэнергии максимальна, если нагрузка является согласованной. Это соответствует выполнению преобразователя напряжения таким образом, что обеспечивается условие U=I(ΔU/ΔI), где U - постоянная составляющая напряжения термоэлектрического генератора, I - постоянная составляющая тока термоэлектрического генератора, ΔU - амплитуда пульсаций напряжения термоэлектрического генератора, ΔI - амплитуда пульсаций тока термоэлектрического генератора.Depending on the temperature head on the junctions of the thermoelectric generator, its electromotive force and internal resistance change. As you know, the power of the electric power source is maximum if the load is consistent. This corresponds to the implementation of the voltage converter in such a way that the condition U = I (ΔU / ΔI) is satisfied, where U is the constant component of the voltage of the thermoelectric generator, I is the constant component of the current of the thermoelectric generator, ΔU is the amplitude of the ripple voltage of the thermoelectric generator, ΔI is the amplitude of the current ripple thermoelectric generator.

Сущность полезной модели поясняется схемой, на которой представлен вариант выполнения устройства обогрева. Устройство содержит отсек с аккумуляторной батареей 1, утепленными стенками 2 и днищем 3, в которое встроен радиатор, подключенный к системе 4 обогрева и отопления транспортного средства через перекрывающий подачу теплоносителя кран, который может быть выполнен на основе терморегулирующего вентиля 5 с термостатической головкой 6, термоэлектрической генератор 7, импульсный преобразователь 8 напряжения. Термостатическая головка 6 установлена в отсеке с аккумуляторной батареей 1. Термоэлектрический генератор 7 размещен между днищем 3 и аккумуляторной батареей 1 и электрически связан с аккумуляторной батареей 1 через импульсный преобразователь 8 напряжения. Выводы электропитания системы 4 обогрева и отопления транспортного средства подключены к аккумуляторной батарее 1. В представленном варианте силовая часть импульсного преобразователя напряжения содержит дроссель 9, диод 10 и электронный ключ 11, соединенные по известной схеме повышения напряжения. Устройство управления импульсного преобразователя напряжения содержит датчик 12 тока термоэлектрического генератора и датчик 13 напряжения термоэлектрического генератора, связанные с микропроцессором 14. Микропроцессор 14 подключен ко входу управления электронного ключа 11.The essence of the utility model is illustrated by the diagram, which shows an embodiment of a heating device. The device comprises a compartment with a storage battery 1, insulated walls 2 and a bottom 3, in which a radiator is connected to the vehicle heating and heating system 4 through a valve that can be made on the basis of a thermostatic valve 5 with a thermostatic head 6, thermoelectric generator 7, pulse converter 8 voltage. The thermostatic head 6 is installed in the compartment with the battery 1. The thermoelectric generator 7 is located between the bottom 3 and the battery 1 and is electrically connected to the battery 1 through a pulse voltage converter 8. The power supply terminals of the vehicle heating and heating system 4 are connected to the battery 1. In the presented embodiment, the power section of the pulse voltage converter comprises a inductor 9, a diode 10, and an electronic switch 11 connected by a known voltage boosting circuit. The control device of the pulse voltage Converter contains a current sensor 12 of the thermoelectric generator and a sensor 13 of the voltage of the thermoelectric generator associated with the microprocessor 14. The microprocessor 14 is connected to the control input of the electronic key 11.

Заявляемое устройство обогрева работает следующим образом.The inventive heating device operates as follows.

При пониженной температуре окружающего воздуха предпусковой обогрев двигателя и отопление кабины транспортного средства осуществляется системой 4. В начале обогрева температура аккумуляторной батареи 1 низка и термостатическая головка 6 отпирает терморегулирующий вентиль 5, через который часть теплоносителя поступает из системы 4 в радиатор, встроенный в днище 3 отсека с аккумуляторной батареей 1. При этом, за счет разницы температур днища 3 и аккумуляторной батареи 1 термоэлектрический генератор 7 вырабатывает электрический ток, который поступая на выводы аккумуляторной батареи 1 через преобразователь 8 напряжения осуществляет ее подзаряд и электропитание системы 4.When the ambient temperature is lowered, engine preheating and vehicle cab heating are carried out by system 4. At the beginning of heating, the temperature of battery 1 is low and the thermostatic head 6 unlocks the thermostatic valve 5, through which part of the coolant flows from system 4 to the radiator built into the bottom of the 3 compartment with the battery 1. At the same time, due to the temperature difference between the bottom 3 and the battery 1, the thermoelectric generator 7 generates an electric current, which acting on the battery terminals 1 through 8, the voltage converter performs its recharging system 4 and power supply.

В процессе работы импульсного преобразователя 8 напряжения измеряются ток I и напряжение U термоэлектрического генератора 7 при помощи датчиков 12, 13. Микропроцессор 14 вычисляет внутреннее сопротивление термоэлектрического генератора 7 по закоу Ома R=ΔU/ΔI, где ΔU и ΔI - соответственно амплитуда пульсаций напряжения и тока термоэлектрического генератора, вызванных работой импульсного преобразователя 8 напряжения. Микропроцессор 14 обеспечивает управление электронным ключем 11 так, чтобы напряжение U на выходе термоэлектрического генератора 7 стабилизировалось на уровне, равном падению напряжения IR на внутреннем сопротивлении термоэлектрического генератора 7, то есть U=I(ΔU/ΔI). Данное уравнение соответствует случаю согласованной нагрузки, что обеспечивает передачу максимальной мощности от термоэлектрического генератора 7 на выводы аккумуляторной батареи 1.During operation of the pulse voltage converter 8, the current I and voltage U of the thermoelectric generator 7 are measured using sensors 12, 13. The microprocessor 14 calculates the internal resistance of the thermoelectric generator 7 according to Ohm's law R = ΔU / ΔI, where ΔU and ΔI are the amplitude of the voltage ripples and current thermoelectric generator caused by the operation of the pulse Converter 8 voltage. The microprocessor 14 provides control of the electronic switch 11 so that the voltage U at the output of the thermoelectric generator 7 is stabilized at a level equal to the voltage drop IR at the internal resistance of the thermoelectric generator 7, that is, U = I (ΔU / ΔI). This equation corresponds to the case of a coordinated load, which ensures the transfer of maximum power from the thermoelectric generator 7 to the terminals of the battery 1.

С течением времени двигатель и часть оборудования транспортного средства (в том числе аккумуляторная батарея 1) нагреваются. При этом уменьшается температурный напор на спаях термоэлектрического генератора 7 и, соответственно, вырабатываемая им мощность - электропитание системы 4 происходит за счет совместной работы термоэлектрического генератора 7 и аккумуляторной батареи 1.Over time, the engine and part of the vehicle equipment (including battery 1) are heated. In this case, the temperature head decreases at the junctions of the thermoelectric generator 7 and, accordingly, the power generated by it — the power supply of the system 4 is due to the joint operation of the thermoelectric generator 7 and the battery 1.

В конце обогрева температура аккумуляторной батареи 1 становится положительной, термостатическая головка 6 запирает терморегулирующий вентиль 5, работа термоэлектрического генератора 7 прекращается. При этом предпусковой обогрев двигателя завершен и производится его запуск - необходимость в электропитании системы 4 отпадает.At the end of heating, the temperature of the battery 1 becomes positive, the thermostatic head 6 locks the thermostatic valve 5, the operation of the thermoelectric generator 7 stops. At the same time, the engine preheating is completed and it is started - there is no need for power supply to system 4.

Чем ниже температура окружающей среды, тем большее время требуется для обогрева и отопления транспортного средства и, как видно из приведенного выше описания, тем большее количество электроэнергии вырабатывается термоэлектрическим генератором 7 для электропитания системы 4. Таким образом, допустимое время автономной работы системы 4 обогрева и отопления транспортного средства (в том числе заявляемого устройства) существенно увеличивается по сравнению с аналогами (1) и прототипом (3). Одновременно осуществляется предпусковой обогрев аккумуляторной батареи в отличие от аналогов (1), (2).The lower the ambient temperature, the longer the time required for heating and heating the vehicle and, as can be seen from the above description, the greater the amount of electricity generated by the thermoelectric generator 7 to power the system 4. Thus, the allowable battery life of the heating and heating system 4 vehicle (including the claimed device) is significantly increased in comparison with analogues (1) and prototype (3). At the same time, pre-heating of the battery is carried out, unlike analogues (1), (2).

Claims

1. A heating device comprising a compartment with a battery, insulated walls and a bottom, in which a radiator is mounted, connected to the vehicle heating and heating system through a valve shutting off the coolant supply, characterized in that a thermoelectric generator is placed between the bottom and the battery, electrically connected with battery.

2. The device according to claim 1, characterized in that the electrical connection of the thermoelectric generator with the battery is made through a pulse voltage converter, which contains a power unit and a control device with a current sensor of the thermoelectric generator, a voltage sensor of the thermoelectric generator and a microprocessor, made in such a way that the condition U = I (ΔU / ΔI) is provided, where U is the constant component of the voltage of the thermoelectric generator, I is the constant component of the current of the thermoelectric Skog generator, ΔU - amplitude thermoelectric generator ripple voltage, ΔI - amplitude thermoelectric generator current ripple.