L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Стенд для исследования термогенераторных модулей
| Название | Стенд для исследования термогенераторных модулей |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Долгих Павел Павлович, Иброгимов Равшанбек Исмоилович |
| Вид объекта патентного права | Полезная модель |
| Регистрационный номер | 182100 |
| Дата регистрации | 03.08.2018 |
| Правообладатель | Долгих Павел Павлович |
| Область применения (класс МПК) | H01L 37/00 (2006.01) G09B 23/18 (2006.01) |
Описание изобретения
Устройство может быть использовано в качестве лабораторного оборудования в научных исследованиях и учебном процессе для снятия характеристик термогенераторных модулей и термоэлектрических генераторов и относится к области электротехники, а именно к стендам для исследования термогенераторных модулей. Устройство содержит источник тепловой энергии, термоэлектрический генераторный модуль, нагрузочное устройство, вольтметр, амперметр, при этом термоэлектрический генераторный модуль расположен между теплоприемником, оснащенным датчиком высоких температур, нагреваемым посредством регулировки величины факела пламени редуктором с манометром, и радиатором, оснащенным датчиком низких температур, охлаждаемым посредством вентилятора, притом оба датчика подключены к измерителю-регулятору технологическому, а величины термоЭДС и тока отслеживается по вольтметру и амперметру соответственно, соединяемым посредством щита управления с аккумулятором и переменным реостатом, а посредством проводов - с термогенераторным модулем. Технический результат заключается в повышении эффективности работы стенда, а также в расширении функциональных возможностей стенда. 1 ил.
Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве лабораторного оборудования в научных исследованиях и учебном процессе для снятия характеристик термогенераторных модулей и термоэлектрических генераторов, применяемых в отраслях народного хозяйства.
Известна модельная установка с термоэлектрическим генератором (Виноградов С.В., Халыков К.Р. Использование термоэлектрических генераторов в судовых энергетических установках, как устройств прямого преобразования тепловой энергии в электрическую / Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технология // Астрахань. - 2014. - №4. - С. 48, 49 - аналог), содержащая термоэлектрический генератор, отводную трубу, систему трубопроводов и регулирующую арматуру, насос для подачи охлаждающей воды, расходомер, фильтр, нагрузочное устройство, патрубки.
Недостатком известного устройства является низкая функциональная возможность не позволяющая проводить исследования режимов работы термогенераторных модулей с различной электрической нагрузкой и в аварийном режиме.
Известна принципиальная схема экспериментальной установки (Виноградов С.В., Халыков К.Р., Конг Доан Нгуен. Методика расчета и оценки параметров экспериментального термоэлектрического генератора / Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технология // Астрахань. - 2011. - №1. - С. 84, 85 - прототип), включающая тепловой двигатель, термоэлектрический генератор, нагрузочное устройство, вольтметр, амперметр, термометр, расходомер, насос, резервуар с водой, выхлопной трубопровод, отводную трубу.
Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы схемы, так как она не позволяет производить оценку мощности термогенераторных модулей в расширенном интервале температур.
Из уровня техники известно (Шостаковский П.Г. Термоэлектрические генераторы промышленного применения. Часть 1. // Современная электроника. - 2016. - №1. - С. 1-5.), что оценка мощности термогенераторных модулей в расширенном интервале температур позволит подобрать точку максимума при некоторой температуре, при которой показатель эффективности термоэлектрического преобразования полупроводникового вещества будет наивысшим.
Также известно (Высокоэнергетическая электроника: Учеб. Пособие для ВУЗов / Под ред. В.Е. Фортова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. С. 78, 79), что эффективность работы термогенераторных модулей зависит от режимов работы нагрузки (потребителей).
Задача полезной модели - повысить эффективность работы стенда путем производства оценки мощности термогенераторных модулей в расширенном интервале температур, а также расширить функциональные возможности стенда путем исследования режимов работы термогенераторных модулей с электрической нагрузкой и в аварийном режиме.
Технический результат, в отличие от известных технических решений, достигается тем, что термоэлектрический генераторный модуль расположен между теплоприемником, оснащенным датчиком высоких температур, нагреваемым посредством регулировки величины факела пламени редуктором с манометром, и радиатором, оснащенным датчиком низких температур, охлаждаемым посредством вентилятора, притом оба датчика подключены к измерителю-регулятору технологическому, а величины термоэдс и тока отслеживается по вольтметру и амперметру соответственно, соединяемым посредством щита управления с аккумулятором и переменным реостатом, а посредством проводов - с термогенераторным модулем.
На фиг. представлен стенд для исследования термогенераторных модулей.
Стенд содержит три блока (фиг. ). Первый - топливный блок 1 - содержит газовый баллон 4 с манометром 5 и редуктором 6, соединенный посредством гибкого шланга 7 с горелкой 8, содержащей пьезоэлемент 9. Второй испытательный блок 2 содержит радиатор 10 с вентилятором 11 и теплоприемник 12. Между радиатором 10 и теплоприемником 12 помещается термогенераторный модуль 13 с проводами 14. Конструкция скреплена пружинными шайбами 15. Третий - измерительный блок 3 - укомплектован измерителем-регулятором технологическим 18 с датчиком высоких температур 16 и датчиком низких температур 17, вольтметром 19, амперметром 20, аккумулятором 21, переменным реостатом 22, щитом управления 23.
Стенд работает следующим образом (фиг.). Перед началом испытаний в испытательном блоке 2 между радиатором 10 и теплоприемником 12 помещается испытуемый термогенераторный модуль 13. Конструкция скрепляется пружинными шайбами 15. Затем редуктором 6 открывается газ, который поступает из баллона 4 по гибкому шлангу 8 и поджигается с помощью пьезоэлемента 9. Из горелки 8 пламя воздействует на теплоприемник 12 и одна сторона термогенераторного модуля 13 нагревается, а другая - охлаждается путем радиатора 10 с вентилятором 11. В это же время на концах проводов 14 возникает разность потенциалов (термоэдс), величина которой отслеживается по вольтметру 19. Отслеживая расход газа по манометру 5, редуктором 6 регулируется величина факела пламени до тех пор, пока датчик высоких температур 16 и датчик низких температур 17 не измерят такие оптимальные для работы термогенераторного модуля 13 значения температур, при которых вольтметр 19 покажет максимальное значение напряжения, и которые зафиксируются измерителем-регулятором технологическим 18.
Исследования параметров работы термогенераторных модулей в четырех режимах: холостого хода, зарядки аккумулятора, переменной нагрузки, разрядки аккумулятора и аварийном режиме: перегрев, проводятся следующим образом.
1. Режим холостого хода. В данном режиме переменный реостат 22 и аккумулятор 21 отключены с помощью переключателя I в щите управления 23. Данный режим возможен в реальных условиях эксплуатации в том случае, когда электрическая нагрузка выключена, источник тепловой энергии функционирует, а аккумулятор не требует подзарядки или отсутствует.
2. Режим зарядки аккумулятора. Для осуществления данного режима необходимо в щите управления 23 с помощью переключателя II подключить аккумулятор 21. Величина термоэдс наблюдается по вольтметру 19, а зарядный ток отслеживается по амперметру 20. Данный режим применяется, когда электрическая нагрузка выключена, источник тепловой энергии функционирует и имеется техническая возможность зарядки аккумулятора.
3. Режим переменной нагрузки. В этом режиме стенд работает следующим образом. Включается переключатель III в щите управления 23. Ток поступает на переменный реостат 22 и аккумулятор 21. С помощью переменного реостата 22 имитируется снижение/увеличение нагрузки. Величина термоэдс наблюдается по вольтметру 19, а ток отслеживается по амперметру 20. Данный режим в реальных условиях соответствует основному рабочему режиму и применяется когда функционирует источник тепловой энергии в оптимальном режиме, а нагрузка потребителей изменяется в зависимости от технологических нужд.
4. Режим разрядки аккумулятора. Здесь с помощью переменного реостата 22 имитируется снижение/увеличение нагрузки, запитанной напрямую от аккумулятора 21. Данный режим в реальных условиях применяется, когда источник тепловой энергии не функционирует, термогенераторный модуль не работает, а нагрузка потребителей изменяется в зависимости от технологических нужд.
В первых трех режимах предполагается, что источник тепловой энергии функционирует в оптимальных условиях, обеспечивающих максимальный КПД термогенераторного модуля.
5. Режим перегрева термогенераторного модуля. Данный режим можно обеспечить двумя способами: путем увеличения количества подаваемого газа из баллона 4 редуктором 6 увеличивается величина факела пламени и тем самым температура теплоприемника 12, либо отключается вентилятор 11 на радиаторе 10.
В реальных условиях данный режим может наступить по причине неправильной эксплуатации, выхода из строя оборудования и т.п.
В стенде датчик высоких температур 16 и датчик низких температур 17 зафиксируют критичные для работы термогенераторного модуля 13 значения температуры, которые в виде сигнала поступят на измеритель-регулятор технологический 18, а тот в свою очередь подаст сигнал на закрытие редуктора 6.
Предложенное техническое решение позволит повысить эффективность работы стенда для исследования термогенераторных модулей путем отслеживания разности потенциалов (термоэдс) по вольтметру, а редуктором с манометром регулировки величины факела пламени до тех пор, пока датчик высоких температур и датчик низких температур не измерят такие оптимальные для работы термогенераторного модуля значения температур, которые зафиксируются измерителем-регулятором технологическим, при которых вольтметр покажет максимальное значение напряжения.
Расширение функциональных возможностей стенда достигается путем соединения вольтметра и амперметра, посредством щита управления с аккумулятором и переменным реостатом, а посредством проводов - с термогенераторным модулем.
Стенд для исследования термогенераторных модулей прост по конструкции, надежен в эксплуатации и может быть использован в промышленности, сельскохозяйственном производстве в экспериментальных лабораториях и в учебном процессе.
Формула полезной модели
Стенд для исследования термогенераторных модулей, содержащий источник тепловой энергии, термоэлектрический генераторный модуль, нагрузочное устройство, вольтметр, амперметр, отличающийся тем, что термоэлектрический генераторный модуль расположен между теплоприемником, оснащенным датчиком высоких температур, нагреваемым посредством регулировки величины факела пламени редуктором с манометром, и радиатором, оснащенным датчиком низких температур, охлаждаемым посредством вентилятора, притом оба датчика подключены к измерителю-регулятору технологическому, а величины термоЭДС и тока отслеживается по вольтметру и амперметру соответственно, соединяемым посредством щита управления с аккумулятором и переменным реостатом, а посредством проводов - с термогенераторным модулем.
Медаль Альфреда Нобеля