Автономное зарядное устройство
Предлагаемое техническое решение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, например, преобразователи тепла газовых горелок, костров и печей в электричество. Техническим результатом предложенного решения является расширение функциональных возможностей и создание простого устройства, которое может служить как зарядным устройством для аккумуляторных батарей различных потребителей, так и средством получения электричества в автономных условиях, т.е. при отсутствии источников электроэнергии. Технический результат достигается тем, что в автономное зарядное устройство, содержащее блок элементов питания и последовательно соединенные повышающий преобразователь напряжения и нагрузку, дополнительно введен полупроводниковый термоэлектрический генератор и переключатель режимов работы, входы и выход которого соединены соответственно с выходом полупроводникового термоэлектрического генератора и блока элементов питания, а также с входом повышающего преобразователя напряжения, к выходу которого подключена внешняя нагрузка. Технико-экономическим эффектом предлагаемой полезной модели является существенное расширение функциональных возможностей и создание простого устройства, которое может служить как зарядным устройством для аккумуляторных батарей различных потребителей, так и средством получения электричества в автономных условиях, т.е. при отсутствии источников электроэнергии.
Предлагаемое техническое решение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, например, преобразователи тепла газовых горелок, костров и печей в электричество.
Известен осветительный прибор (см., патент RU 
2247896, МПК F21S 09/02, H01L 35/30, публикация от 10.03.2005), содержащий полупроводниковый термоэлектрический генератор, радиатор охлаждения и осветительный элемент.
Недостатком этого устройства является невысокая его эффективность из-за небольшой разницы температур между нагретой и охлаждаемой поверхностью, высокая стоимость, громоздкость и повышенная влажность в помещении ввиду необходимости использования емкости с водой.
Известно многофункциональное сигнально-осветительное устройство (см., патент RU 82936 МПК H01L 35/28, публикация от 10.06.2009), содержащее полупроводниковый термоэлектрический генератор, радиатор охлаждения, осветительный элемент, повышающий преобразователь напряжения, к которому подключен сигнализатор, а также стабилизатор напряжения, с выходом которого соединены аккумуляторная батарея и осветительный элемент, а также фотореле с датчиком освещения и переключатель режимов работы.
Недостатком данного устройства являются значительные аппаратные затраты на реализацию функции автономного устройства для зарядки аккумуляторов бытовой аппаратуры и средств связи, а также отсутствие возможности зарядки аккумуляторов от батареек и других источников тока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является универсальное устройство для зарядки мобильных телефонов (см., Р.Касимов, от 12.12.2007, Сборка универсального зарядника для мобильного: картинки и советы, http://www.mobi.ru/Articles/2907/Sborka_universalnogo_zaryadnika_dlya_mobilnogo_kartinki_i_sovety.htm), содержащее блок элементов питания, подключенный через повышающий преобразователь напряжения к нагрузке.
Повышающий преобразователь напряжения обеспечивает подачу напряжения до уровня достаточного для зарядки аккумуляторных батарей мобильного телефона и подобных ему потребителей электроэнергии.
Недостаток этого устройства состоит в отсутствии возможностей получения зарядного тока, если полностью разрядились элементы питания, предназначенные для зарядки аккумуляторов.
Техническим результатом предложенного решения является расширение функциональных возможностей и создание простого устройства, которое может служить как зарядным устройством для аккумуляторных батарей различных потребителей, так и средством получения электричества в автономных условиях, т.е. при отсутствии источников электроэнергии.
Технический результат достигается тем, что в автономное зарядное устройство, содержащее блок элементов питания и последовательно соединенные повышающий преобразователь напряжения и нагрузку, дополнительно введен полупроводниковый термоэлектрический генератор и переключатель режимов работы, входы и выход которого соединены соответственно с выходом полупроводникового термоэлектрического генератора и блока элементов питания, а также с входом повышающего преобразователя напряжения, к выходу которого подключена внешняя нагрузка.
Сущностью предложенного технического решения является то, что выполнение функции зарядки аккумулятора или питания других потребителей обеспечивается за счет прямого преобразования тепловой энергии в электрическую (эффект Зеебека) путем использования другого состава и иной структуры связей между элементами и узлами известного устройства (термоэлектрический генератор).
Причем, напряжения, вырабатываемое термоэлектрическим генератором будет постоянно колебаться из-за неравномерной теплопередачи от источника тепла термоэлектрическому генератору. Эту задачу решает конвертер напряжения. Он будет повышать напряжение, выдаваемое источником тепла или подсевшей батарейкой и держать его стабильно на этом уровне, не зависимо от входного напряжения.
Это позволило применять в глухих, труднодоступных местах для подзарядки элементов питания индивидуальных средств связи и навигации, освещения, сотрудникам спасательных специальных служб, вынужденных находиться долгое время вдали от источников центрального энергоснабжения, а также охотникам, туристам.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые совместно с известными признаками позволяют успешно реализовать поставленную цель.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема прототипа, на фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.3 - общий вид объекта.
Состав автономного зарядного устройства:
1. термоэлектрический генератор;
2. радиатор охлаждения;
3. блок элементов питания;
4. переключатель режимов работы;
5. повышающий преобразователь напряжения (конвертер напряжения);
6. нагрузка;
7. внешняя нагрузка;
Устройство работает следующим образом.
Автономное зарядное устройство содержит полупроводниковый термоэлектрический генератор 1, к которому плотно прилегает радиатор охлаждения 2, блок элементов питания 3, переключатель режимов работы 4, конвертер напряжения 5, нагрузка 6, внешняя нагрузка 7, причем выход полупроводникового термоэлектрического генератора 1, плотно соединенного с радиатором 2, подключен к первому входу переключателя 4, выход блока элементов питания подключен ко второму входу переключателя 4, выход переключателя 4 подключен к входу конвертера напряжения 5, выход которого является выходом всего устройства, к которому присоединена нагрузка 6 и может подключаться внешняя нагрузка 7.
Через переключатель режимов работы 4 имеется возможность подключать вход конвертера напряжения 5 к элементам питания 3, либо к термоэлектрическому генератору 1.
При размещении в блоке элементов 3 нужного количества элементов питания, и переводе переключателя режимов 4 в положение, когда вход конвертера напряжения 5 оказывается подключенным к выходу блока 3, происходит подача напряжения в нагрузку 6.
Термоэлектрический генератор 1 представляет собой совокупность термопар, состоящих из двух разнородных элементов с р- и n- типом проводимости, электрически соединенных последовательно, причем для получения электроэнергии от термоэлектрического генератора 1, одну сторону нагревают с помощью любого источника тепла (огонь костра, свечи, батарея отопления и т.п.).
Другую сторону термоэлектрического генератора 1 охлаждают с помощью радиатора охлаждения 2. При этом, за счет термоэлектрического эффекта на выходе термоэлектрического генератора 1 возникает электрическое напряжение. В качестве термоэлектрического генератора 1 могут быть использованы, выпускаемые серийно, модули Пельтье, например, типа ТЕС1-127120-50. Переключатель 4 переводят в положение, при котором выход термоэлектрического генератора 1 подключен к входу преобразователя 5.
По электрическим проводам напряжение подается на конвертер напряжения 5, с выхода которого повышенное напряжение подается на нагрузку 6, на которой выделяется полезная мощность.
При необходимости к выходу конвертера напряжения 5 может быть подключена внешняя нагрузка (осветительный прибор, радиоприемник и т.п.).
Предлагаемое устройство может найти широкое применение в качестве альтернативного источника электроэнергии для освещения, сигнализации нагрева поверхности, подзарядки аккумуляторных батарей и т.п.
Технико-экономическим эффектом предлагаемой полезной модели является существенное расширение функциональных возможностей и создание простого устройства, которое может служить как зарядным устройством для аккумуляторных батарей различных потребителей, так и средством получения электричества в автономных условиях, т.е. при отсутствии источников электроэнергии.
Автономное зарядное устройство, содержащее последовательно соединенные полупроводниковый термоэлектрический генератор, повышающий преобразователь напряжения и нагрузку, а также переключатель и блок элементов питания, отличающееся тем, что входы переключателя соединены соответственно с выходами полупроводникового термоэлектрического генератора и блока элементов питания, а выход переключателя подключен к входу повышающего преобразователя напряжения.
