RU2171527C1 - Off-line power supply - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical and power engineering; power supplies for corrosion-preventive devices of oil and gas pipelines, navigation and light beacons, weather stations, monitoring and burglar alarm devices, and the like. SUBSTANCE: power supply built around low-power unit capable of automatically running under field conditions for at least 1-2 years under abruptly changing climatic conditions at temperatures reducing below values specified by manufacturer has power unit incorporating internal-combustion engine with starting gear and generator connected through trickle charger to storage batteries for joint operation, and also master controller connected to storage battery and to control gear of power-unit engine; there is also mobile chamber with external heat-insulation casing; chamber accommodates insulated compartment for master controller and metal supports for mounting storage batteries in a spaced relation to each other, temperature- controller-and-heater unit, and tanks holding changeable heat-absorbing liquid also used as fuel for power-unit engine; tank is provided with filler and drain holes communicating through respective pipelines with additional engine-fuel tank mounted outside the mobile chamber. Filler- hole pipeline is provided with motor-driven pump coupled with temperature controller and provided with intake nozzle; additional tank communicates through pipeline with fuel tank of power-unit engine. EFFECT: reduced fuel consumption and transport charges, enhanced efficiency of power unit. 4 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно к области "малой" энергетики - автономным источникам питания на базе силовых агрегатов небольшой мощности (от нескольких ватт до нескольких киловатт), способных работать в полевых условиях в автоматическом режиме в течение длительного времени - не менее 1-2 лет. Автономные источники питания (сокращенно АИП) могут найти применение в антикоррозионных устройствах нефте- и газопроводов, в навигационных радио- и световых маяках, на метеостанциях, в устройствах контроля и охраны территорий и других объектах. The invention relates to the field of energy, and more specifically to the field of "small" energy - autonomous power sources based on power units of low power (from several watts to several kilowatts), capable of operating in the field in automatic mode for a long time - at least 1 -2 years. Autonomous power supplies (abbreviated as AIP) can find application in anti-corrosion devices of oil and gas pipelines, in navigation radio and light beacons, at weather stations, in devices for monitoring and protection of territories and other objects.

Известны автономные источники питания с непосредственным преобразованием тепла в электрическую энергию, предназначаемые для длительного срока действия. Среди них широкое практическое применение в "малой" энергетике нашли источники с термоэлектрическими преобразователями, известные как термоэлектрические генераторы (сокращенно ТЭГ). Основными составляющими частями ТЭГ являются источник тепла, термоэлектрический преобразователь, устройство для подвода тепла к преобразователю и отвода не преобразованной в электричество части тепла в окружающую среду, емкость с топливом. Термоэлектрический преобразователь представляет собой термоэлектрическую батарею, собранную из отдельных термоэлементов так, что электрически скоммутированные их торцы, к которым подводится тепло, располагаются на одной поверхности батареи, а охлаждаемые торцы - на другой поверхности, противоположной первой. В качестве источника тепла применяются радиоизотопы, ядерные реакторы, органическое топливо. Autonomous power sources with direct conversion of heat into electrical energy, known for a long term, are known. Among them, sources with thermoelectric converters, known as thermoelectric generators (abbreviated as TEG), have found wide practical application in the "small" power industry. The main components of a TEG are a heat source, a thermoelectric converter, a device for supplying heat to the converter and removing part of the heat not converted into electricity into the environment, and a tank with fuel. A thermoelectric converter is a thermoelectric battery assembled from separate thermoelements so that their electrically switched ends, to which heat is supplied, are located on one surface of the battery, and the cooled ends on another surface opposite the first. Radioisotopes, nuclear reactors, and fossil fuels are used as a heat source.

За аналог принимаем ТЭГ, работающий на природном газе, подводимом из магистрали газопровода или от баллонов. Установка ТЭГ состоит из 4-х индивидуальных модулей, каждый из которых имеет мощность 75 Вт, и инфракрасной горелки, к которой через теплоприемник примыкают термобатареи. Тепло от холодных спаев отводится ребрами охлаждения. Модули могут быть включены как параллельно, так и последовательно, где в зависимости от схемы подключения модулей можно обеспечить выходное напряжение от 4 до 24 В. Установка отличается высокой надежностью и безотказностью работы в автономном режиме при различных погодных условиях [1]. For the analogue, we take a TEG running on natural gas supplied from a gas pipeline or from cylinders. The TEG installation consists of 4 individual modules, each of which has a power of 75 W, and an infrared burner, to which thermal batteries are connected through a heat receiver. Heat from cold junctions is removed by cooling fins. The modules can be switched on both in parallel and in series, where depending on the connection scheme of the modules it is possible to provide an output voltage of 4 to 24 V. The installation is highly reliable and reliable in stand-alone operation under various weather conditions [1].

Основным недостатком известных ТЭГ является низкий КПД установки. Так КПД термобатареи, для которой служат сплавы ZnSb (P-ветвь) и константан (п-ветвь) в интервале рабочих температур (от 400^oC на горячем спае и 130^oC на холодном), обеспечивается 2%. Общий КПД ТЭГ, с учетом КПД горелки, составляет около 1%, в результате чего происходит низкая эффективность использования топлива, т.к. 99% его расходуется на обогрев окружающей среды, транспортировка которого связана с большими расходами и техническими трудностями в труднодоступные и малонаселенные районы.The main disadvantage of the known TEG is the low efficiency of the installation. Thus, the efficiency of a thermopile for which ZnSb (P-branch) and constantan (p-branch) alloys are used in the operating temperature range (from 400^o C on hot junctions and 130^o C on cold) provides 2%. The overall efficiency of the TEG, taking into account the efficiency of the burner, is about 1%, resulting in low fuel efficiency, because 99% of it is spent on heating the environment, the transportation of which is associated with high costs and technical difficulties to inaccessible and sparsely populated areas.

В качестве прототипа принимаем конструкцию автономного источника питания (АИП ) в виде силового агрегата, состоящего из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующего через устройство для подзарядки с аккумуляторными батареями (или с одной из них), и командоаппарата, соединенного с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, например автомобиля. [2]
Основным недостатком указанного выше АИП, содержащего силовой агрегат, имеющий КПД на порядок и более выше, чем у термогенератора (ТЭГ), и аккумуляторные батареи, является то, что у аккумуляторных батарей с понижением температуры падает их работоспособность, причем наиболее интенсивно это происходит в области отрицательных температур. И при понижении температуры ниже предельной, допускаемой изготовителем, аккумуляторные батареи утрачивают работоспособность. Из вышеизложенного следует, что применение аккумуляторных батарей в составе автономных источников питания (АИП) в полевых условиях, без устройств специальной защиты их от переохлаждения, ограничено климатическими условиями.As a prototype, we take the design of an autonomous power source (AIP) in the form of a power unit consisting of an internal combustion engine with a starting device and a generator interacting through a device for recharging with rechargeable batteries (or with one of them), and a command device connected to rechargeable batteries and a starting device for the engine of a power unit, such as a car. [2]
The main disadvantage of the above AIP containing a power unit having an efficiency an order of magnitude and higher than that of a thermogenerator (TEG), and rechargeable batteries, is that their performance decreases with decreasing temperature, and this occurs most intensively in the region negative temperatures. And when the temperature drops below the limit allowed by the manufacturer, the batteries lose their functionality. From the foregoing, it follows that the use of rechargeable batteries as part of autonomous power supplies (AIP) in the field, without special protection against hypothermia, is limited by climatic conditions.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение работоспособности автономного источника питания при резко меняющихся климатических условиях с понижением температуры. The objective of the invention is to remedy these disadvantages and ensure the operability of an autonomous power source under abruptly changing climatic conditions with decreasing temperature.

Поставленная задача решается тем, что автономный источник питания, включающий силовой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующий через устройство для подзарадки с аккумуляторными батареями, и командоаппарат, соединенный с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, согласно изобретению, снабжен транспортабельной камерой с внешней теплоизоляционной оболочкой с электрическими вводами и выводами и изолированным отсеком для установки командоаппарата, с размещенными внутри камеры металлическими опорами для установки аккумуляторных батарей с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора в блоке с электрообогревателем и емкости со сменной теплопоглощающей жидкостью, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата, снабженной в свою очередь наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами с размещенной вне камеры дополнительной емкостью с топливом для двигателя силового агрегата, при этом трубопровод наливного отверстия снабжен электронасосом, связанным с терморегулятором, и снабжен заборным насадком, а дополнительная емкость соединена трубопроводом с топливным баком двигателя силового агрегата. The problem is solved in that an autonomous power source, including a power unit, consisting of an internal combustion engine with a starting device and a generator, interacting through a recharging device with batteries, and a command device connected to the batteries and the starting device of the engine of the power unit, according to the invention equipped with a transportable chamber with an external heat-insulating shell with electrical inputs and outputs and an insulated compartment for installation to omandoapparat, with metal supports placed inside the chamber for installing batteries with gaps between them, a temperature regulator in the unit with an electric heater and a tank with replaceable heat-absorbing liquid, which is also used as fuel for the engine of the power unit, equipped in turn with filling and drain holes connected respectively pipelines with an additional tank with fuel located outside the chamber for the engine of the power unit, while the pipeline is a filling hole Oia is equipped with an electric pump connected to a temperature regulator, and is equipped with an intake nozzle, and an additional tank is connected by a pipeline to the fuel tank of the engine of the power unit.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен автономный источник питания (разрез по А-А);
на фиг. 2 - автономный источник питания в плане (разрез по Б-Б);
на фиг. 3 - вид на разрез (по В-В на фиг. 2);
на фиг. 4 - вид на разрез (по Г-Г на фиг. 3).The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 shows an autonomous power source (section along AA);
in FIG. 2 - autonomous power source in the plan (section along BB);
in FIG. 3 is a sectional view (along BB in FIG. 2);
in FIG. 4 is a sectional view (along G-D in FIG. 3).

Автономный источник питания содержит силовой агрегат 1, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующего через устройство 2 для подзарядки с аккумуляторными батареями 3, и командоаппарат 4, соединенный с аккумуляторными батареями 3 и пусковым устройством двигателя силового агрегата 1, и дополнительно содержит транспортабельную камеру 5 с внешней теплоизоляционной оболочкой 6 с электрическими вводами и выводами и изолированным отсеком 7 для установки командоаппарата 4, с размещенными внутри камеры 5 металлическими опорами 8 для установки аккумуляторных батарей 3 с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора 9 в блоке с электрообогревателем и емкости 10 со сменной теплопоглощающей жидкостью 11, используемой также как топливо 11 для двигателя силового агрегата 1, снабженной в свою очередь наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами 12 и 13 с размещенной вне камеры 5 дополнительной емкостью 14 с топливом 11 для двигателя силового агрегата 1, при этом трубопровод 12 наливного отверстия снабжен электронасосом 15, связанным с терморегулятором 9, и снабжен заборным насадком 16, а дополнительная емкость 14 соединена трубопроводом 17 с топливным баком двигателя силового агрегата 1. The self-contained power source comprises a power unit 1, consisting of an internal combustion engine with a starting device and a generator interacting via acharging device 2 withbatteries 3, and acommand device 4 connected to thebatteries 3 and a starting device of the engine of the power unit 1, and further comprises a transportable chamber 5 with an external heat-insulating shell 6 with electrical inputs and outputs and aninsulated compartment 7 for installing acommand device 4, with internal three chambers 5 with metal supports 8 for installingrechargeable batteries 3 with gaps between them, atemperature regulator 9 in a block with an electric heater and atank 10 with replaceable heat-absorbingliquid 11, which is also used asfuel 11 for the engine of the power unit 1, which in turn is equipped with bulk and drain holes, respectively connected bypipelines 12 and 13 with an additional capacity 14 located outside the chamber 5 withfuel 11 for the engine of the power unit 1, while thepipe 12 of the filling hole is provided withektronasosom 15 connected with atemperature regulator 9, and is provided intakingnozzle 16, and the additional capacitance 14 is connected aconduit 17 to a fuel tank of the engine 1 of the power unit.

Автономный источник питания (АИП) работает следующим образом. Autonomous power source (AIP) works as follows.

При включении силового агрегата 1, состоящего из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, переменный ток генератора преобразуется в устройстве для подзарядки 2 в постоянный ток, и аккумуляторные батареи 3 по сигналу командоаппарата 4 отключаются от рабочей цепи и подключаются к зарядным цепям; одновременно генератор силового агрегата 1 работает на внешнюю нагрузку. Мощность силового агрегата 1 выбирается в зависимости от условий эксплуатации, типа используемых аккумуляторных батарей и внешней нагрузки по авторской методике и является "НОУ-ХАУ". When you turn on the power unit 1, which consists of an internal combustion engine with a starting device and a generator, the alternator current is converted in the device for recharging 2 to direct current, and thebatteries 3 by the signal of thecommand device 4 are disconnected from the working circuit and connected to the charging circuits; at the same time, the generator of the power unit 1 operates on an external load. The power of the power unit 1 is selected depending on operating conditions, the type of rechargeable batteries used and the external load according to the author’s method and is "KNOW-HOW."

После окончания заряда всех аккумуляторных батарей 3, по сигналу командоаппарата 4, происходит отключение аккумуляторных батарей 3 от зарядной цепи с подключением к рабочей и происходит выключение двигателя силового агрегата 1. After the end of the charge of all thebatteries 3, at the signal of thecommand device 4, thebatteries 3 are disconnected from the charging circuit with a connection to the working one and the engine of the power unit 1 is turned off.

Аккумуляторная батарея 3, у которой во время заряда или в процессе разряда на нагрузку какой-либо параметр достигает критического значения, отключается командоаппаратом 4 от электрической цепи, чем исключается возможность отрицательного влияния неисправной аккумуляторной батареи 3 на нормальное функционирование остальных аккумуляторных батарей 3. Во время рабочего цикла топливо 11 в баке двигателя силового агрегата 1 пополняется из дополнительной емкости 14 по трубопроводу 17. Внутренняя температура в транспортабельной камере 5 поддерживается в заданном наиболее благоприятном для применяемого типа аккумуляторных батарей 3 диапазоне терморегулятором 9 в блоке с электрообогревателем и емкости 10 со сменной теплопоглощающей жидкостью 11, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата 1. При повышении температуры в транспортабельной камере 5 близко к верхней границе заданного температурного диапазона терморегулятор 9 включает электронасос 15, после чего электронасос 15 начинает подавать в емкость 10 по трубопроводу 12 охлажденную теплопоглощающую жидкость 11 из дополнительной емкости 14, вытесняя из емкости 10 в емкость 14 нагретую теплопоглащающую жидкость 11. После снижения температуры электронасос 15 отключается, и смена теплопоглощающей жидкости 11 прекращается. При снижении температуры воздуха в камере 5 до нижней границы заданного температурного диапазона терморегулятор 9 включает электрообогреватель. Battery 3, in which during charging or during discharge to a load a parameter reaches a critical value, is disconnected by thecommand device 4 from the electric circuit, thereby eliminating the possibility of a negative effect of afaulty battery 3 on the normal functioning of theremaining batteries 3. During workingfuel cycle 11 in the engine tank of the power unit 1 is replenished from the additional tank 14 through thepipe 17. The internal temperature in the transportable support chamber 5 is given in the specified range most favorable for the type ofrechargeable battery 3 used by thetemperature controller 9 in the unit with an electric heater and atank 10 with replaceable heat-absorbingliquid 11, which is also used as fuel for the engine of the power unit 1. When the temperature in the transport chamber 5 is close to the upper boundary of the set temperature the range of thetemperature controller 9 includes anelectric pump 15, after which theelectric pump 15 begins to feed into thetank 10 through thepipe 12, a cooled heat-absorbingliquid 11 and the additional tank 14, displacing from thecontainer 10 into the container 14, the heatedliquid teplopoglaschayuschuyu 11. After lowering theelectric pump 15 is switched off temperature, and the change of the heat-absorbingliquid 11 stops. When the air temperature in the chamber 5 decreases to the lower boundary of the specified temperature range, thetemperature controller 9 includes an electric heater.

Предлагаемый автономный источник питания (АИП ) позволяет обеспечить устойчивую работу аккумуляторных батарей в наиболее благоприятном для выбранного типа аккумуляторных батарей режиме, что позволяет полностью использовать высокий КПД силового агрегата АИП, сократить расходы на топливо и его транспортировку в труднодоступные и малонаселенные районы. The proposed autonomous power source (AIP) allows for stable operation of the batteries in the most favorable mode for the selected type of battery, which allows you to fully use the high efficiency of the AIP power unit, reduce the cost of fuel and its transportation to remote and sparsely populated areas.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Иорданишвили Е.К. Термоэлектрические источники питания. - М.: Издательство "Советское радио", 1968, С. 100-102, рис.37.SOURCES OF INFORMATION
1. Iordanishvili E.K. Thermoelectric power supplies. - M .: Publishing house "Soviet Radio", 1968, S. 100-102, Fig. 37.

2. Галкин Ю.М. Электрооборудование автомобилей и тракторов. - М.: Издательство "Машиностроение", 1967, с.8, 9, 40, рис. 2. 2. Galkin Yu.M. Electric equipment of cars and tractors. - M .: Publishing house "Engineering", 1967, p. 8, 9, 40, fig. 2.

Claims (1)

Translated fromRussian

Автономный источник питания, включающий силовой агрегат, состоящий из двигателя внутреннего сгорания с пусковым устройством и генератора, взаимодействующий через устройство для подзарядки с аккумуляторными батареями, и командоаппарат, соединенный с аккумуляторными батареями и пусковым устройством двигателя силового агрегата, отличающийся тем, что он снабжен транспортабельной камерой с внешней теплоизоляционной оболочкой с изолированным отсеком для установки командоаппарата, с размещенными внутри камеры металлическими опорами для установки аккумуляторных батарей с обеспечением зазоров между ними, терморегулятора в блоке с электрообогревателем и емкости со сменной теплопоглощающей жидкостью, используемой также как топливо для двигателя силового агрегата, снабженной, в свою очередь, наливными и сливными отверстиями, соединенными соответственно трубопроводами с размещенной вне транспортабельной камеры дополнительной емкостью с топливом для двигателя силового агрегата, при этом трубопровод наливного отверстия снабжен электронасосом, связанным с терморегулятором, и снабжен заборным насадком, а дополнительная емкость соединена трубопроводом с топливным баком двигателя силового агрегата. An autonomous power source, including a power unit, consisting of an internal combustion engine with a starting device and a generator, interacting through a device for recharging with batteries, and a command device connected to the batteries and the starting device of the engine of the power unit, characterized in that it is equipped with a transportable camera with an external heat-insulating shell with an insulated compartment for installing a command device, with metal supports placed inside the chamber for installation of batteries with providing gaps between them, a temperature regulator in a block with an electric heater and a tank with a replaceable heat-absorbing liquid, also used as fuel for the engine of the power unit, equipped, in turn, with filler and drain holes, respectively connected by pipelines to an additional outside the transportable chamber a tank with fuel for the engine of the power unit, while the pipeline of the filling hole is equipped with an electric pump associated with the temperature control orom, and is equipped with an intake nozzle, and an additional capacity is connected by a pipeline to the fuel tank of the engine of the power unit.

Images