CN204517455U - 一种基于涡流管的便携式充电装置 - Google Patents

Abstract

一种基于涡流管的便携式充电装置，主要包括：便携气源，缓冲罐，涡流管，温差发电模块，稳压模块，蓄电模块以及电源输出接口。来自便携气源的气体进入涡流管，高速气流在涡流管内发生能量分离，一端产生热气流，另一端产生冷气流，通过热流调节阀可以调节冷热气流温度，冷、热气流分别施加到温差发电片两侧，从而产生电能为手机等电子产品进行充电。本实用新型仅依靠便携气源作为动力源，不受光照条件以及雨雪等恶劣天气的影响，可以全天候工作。装置具有组成简单、成本低、操作方便、无需维护、电压调节方便的优点，可广泛应用于电子产品的野外应急充电。

Description

一种基于涡流管的便携式充电装置

技术领域:

本发明涉及一种充电装置，特别是涉及一种在野外为手机等电子产品应急充电的一种装置。

背景技术:

随着社会经济的发展，手机、PDA、数码相机、MP4等便携式电子产品在人们生活中的使用日益普遍。便携式电子产品一般是由电池来提供电能的，受电池续航能力的限制，需要定期充电。当人们长时间野外作业或者户外旅行时，经常会遇到无法及时为电子产品充电的问题，给生活带来诸多不便。

专利申请号为201110087642.6的中国专利公开了一种太阳能充电器，将太阳能转换成电能对电子设备供电。其缺点是，太阳能充电器受天气影响大，在阴雨天和夜间无法正常工作。专利申请号为201110268385.6的中国专利公开了一种手摇式充电器，通过人工手摇的方式进行发电。该充电器包括微型发电机、微型电池组以及电极等部件，结构复杂，需要定期检查维护。

为了克服现有技术的缺陷，本发明利用涡流管的能量分离原理，提出了一种可以在野外环境下对电子产品进行及时充电的新型便携式充电装置，仅利用便携气源作为动力，不依赖天气，具有结构简单、安全可靠、无需维护等优点。

发明内容：

本发明涉及一种基于涡流管的便携式充电装置，主要包括：便携气源，缓冲罐，涡流管，温差发电模块，稳压模块，蓄电模块以及电源输出接口，便携气源的出口通过软管与缓冲罐进口相连，缓冲罐出口通过软管与涡流管进气口相连，涡流管的冷气出口通过软管与温差发电模块的冷气进口相连， 涡流管的热气出口通过软管与温差发电模块的热气进口相连，温差发电模块、稳压模块、蓄电模块以及电源输出接口通过金属导线依次相连。

所述的温差发电模块由温差发电片、冷气换热器以及热气换热器组成，冷气换热器由冷端板、冷气分配室以及换热片组成；冷气分配室进口壁面上设有冷气进口，冷气换热器内安装有若干个换热片，各个换热片相互平行，且均垂直于冷气分配室进口壁面；热端换热器由热端板、热气分配室以及换热片组成，热气分配室进口壁面上设有热气进口，热气分配室内各个换热片相互平行，且均垂直于热气分配室进口壁面；冷气换热器位于热气换热器的上方，温差发电片位于冷气换热器的冷端板和热气换热器的热端板之间；温差发电模块除出口外的其余表面均包覆有保温层。

所述的换热片、冷端板、热端板均采用导热性能好的金属材料。

所述的蓄电模块安装有切换开关，通过切换开关可使稳压模块越过蓄电模块直接和电源输出接口连通。

所述的涡流管热端管靠近出口处安装有热流调节阀。

本发明在工作时，来自便携气源的气体进入涡流管，高速气流在涡流管内发生能量分离，一端产生热气流，另一端产生冷气流，通过热流调节阀可以调节冷热气流温度，冷、热气流分别施加到温差发电片两侧，从而产生电能，为手机等电子产品进行充电。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)仅依靠便携气源作为动力源，不受白天、黑夜光照条件，以及雨雪等恶劣天气的影响，可以全天候工作；

(2)装置具有组成简单，成本低、操作方便、无需维护，电压调节方便等优点。

附图说明：

图1为本发明的组成示意图；

图2为涡流管工作原理示意图；

图3(a)和图3(b)为涡流管实验特性曲线图；

图4为温差发电模块出口结构示意图；

图5为冷气换热器结构示意图；

图6为热气换热器结构示意图。

具体实施方式:

下面结合附图对本发明的实施例做详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明主要包括便携气源1，缓冲罐2，涡流管3，温差发电模块4，稳压模块5，蓄电模块6以及电源输出接口7组成。所述的便携气源1是可提供一定压力的气体供应装置，如打气筒、压缩气罐等，便携气源1提供的具有一定压力的气体通过软管8进入缓冲罐2，缓冲罐2的作用是平衡气体压力和流量，减少由于打气筒之类供气装置间歇性工作所导致的气量波动。缓冲罐2的出口与涡流管3的涡流管进气口9通过软管8相连通。

涡流管是20世纪30年代发展起来的一种新型能量分离装置。如图2所示，所述的涡流管3主要由涡流室25、冷端管22、热端管23以及热流调节阀24组成，压缩气体以很高的速度沿切线方向进入涡流室25，气流在涡流室25内形成高速涡旋，在涡流效应作用下分离成温度不相等的两部分气流。其中，处于中心部位的回流气流温度降低，形成冷气流，由冷端管22的冷气出口26流出，而处于外层部位的气流温度升高，形成热气流，从热端管23的 热气出口27流出，这一现象即被称为涡流管的能量分离效应，又称Ranque效应。热端管23靠近热气出口27处安装有热流调节阀24。通过热流调节阀24可以控制进入冷端管22和热端管23的气体流量比例，进而改变冷气出口26与热气出口27的气流温度。

图3(a)和图3(b)为涡流管实验测试特性曲线，其中图3(a)为进气压力1.4bar，进气温度为25℃，通过热流调节阀24改变冷热气流的比例所获得的冷热气流出口温度变化曲线。从图3(a)中可以看到，当冷气流比例达到0.8时，即冷气流占总气流的比例达到80％时，冷气出口26的温度约为9℃，热气出口27的温度为84℃，冷热板间温差将达到75℃左右。图3(b)为进气压力4.1bar，进气温度为25℃，通过热流调节阀24改变冷热气流的比例所获得的冷热气流出口温度变化曲线，从图3(b)中可以看到，当冷气流比例达到0.8时，冷气出口26的气流温度为5℃，热气出口27的气流温度为105℃，冷热气流间温差将达到100度左右。实验表明，具有一定压力的气流通过涡流管3后，会形成具有较大温差的冷、热气流，从而驱动温差电池模块4工作。

如图1所示，温差发电模块4由温差发电片11、冷气换热器12以及热气换热器13组成。如图4、图5所示，冷气换热器12由冷端板16、冷气分配室17以及换热片14组成，冷气分配室17的冷气进口壁面上设有冷气进口18，若干个换热片14相互平行布置，且均垂直于冷气分配室17的进口壁面。如图1所示，涡流管3的冷气出口26与冷气换热器12的冷气进口18通过软管8相连，低温冷气流通过软管8进入冷气分配室17。通过冷气分配室17，将冷气分配到多个平行换热片14组成的流道中。当冷气流通过冷气换热器12后，通过气流与冷气换热器12壁面充分热交换，冷气换热器12的冷端板16 的温度维持在较低值。为增强换热效果，换热片14和冷端板16采用铝等导热性能良好的金属材质。

如图4、图6所示，热气换热器13由热端板19、热气分配室20以及换热片14组成，热气分配室20进口管壁上设有热气进口21，若干换热片14相互平行，且均垂直于热气分配室20的进口壁面。如图1所示，涡流管3的热气出口27与热气换热器13的热气进口21通过软管8相连，高温热气流通过软管8进入热气分配室20。热气分配室20将热气流分配到各个换热片14组成的流道中。换热片14和热端板19均采用铝等导热性能良好的金属材质，当热气流通过热气换热器13后，通过气流与热气换热器13进行热交换，热气换热器13的热端板19维持在较高温度。

由于热气流倾向于向上运动，冷气流倾向于向下运动，为了增强冷、热气流与冷端板16及热端板19的换热效果，冷气换热器12位于热气换热器13的上方，温差发电片11位于冷气换热器12的冷端板16和热气换热器13的热端板19之间。如图4所示，为了减少冷量和热量的散失，保持冷端板16和热端板19之间具有较大的温差，除了冷端换热器12和热气换热器13的出口外，其余温差发电模块4的表面均包覆有保温层15。由图3的实验数据可知，热气换热器13以及冷气换热器12具有较大的温差，温差发电片11将温差转化为电能输出。

由图1所示，温差发电模块4中的温差发电片11与稳压模块5通过导线10相连，通过稳压模块5内置的稳压电路保持输出电压的稳定性，稳压模块5通过导线10与蓄电模块6相连，可向蓄电模块6充电。蓄电模块6安装有切换开关28，通过切换开关28可使稳压模块5越过蓄电模块6直接和电源输出接口7连通，从而直接为手机、手电筒等设备提供电能。在不需要对电子 设备进行充电时，可通过切换开关28对蓄电模块6进行充电，将来需要时，可直接利用蓄电模块6为电子产品充电。

本发明输出电压的调节是这样实现的：通过涡流管3的热流调节阀24可以改变冷热气流的比例，进而改变温差发电片11的输出电压；此外还可通过稳压模块5可对输出电压进行进一步精细调节，从而保证电源输出接口7输出电压的稳定。

本发明巧妙利用涡流管同时产生冷气流和热气流的原理，通过温差发电模块4提供电能。本发明核心部件便携气源1、涡流管3、温差发电片11等均为常见设备，价格低，携带方便，它们之间通过软管和快速接头迅速连接，实现迅速供电。与现有野外供电技术相比，其优点是，不受太阳能发电设备受天气影响，可产生电能，可为手机、手电筒等进行应急充电。

Claims (5)

1.一种基于涡流管的便携式充电装置，其特征在于：主要包括：便携气源(1)，缓冲罐(2)，涡流管(3)，温差发电模块(4)，稳压模块(5)，蓄电模块(6)以及电源输出接口(7)，便携气源(1)的出口通过软管(8)与缓冲罐(2)进口相连，缓冲罐(2)的出口通过软管(8)与涡流管(3)的进气口(9)相连，涡流管(3)的冷气出口(26)通过软管(8)与温差发电模块(4)的冷气进口(18)相连，涡流管(3)的热气出口(27)通过软管(8)与温差发电模块(4)的热气进口(21)相连，温差发电模块(4)、稳压模块(5)、蓄电模块(6)以及电源输出接口(7)通过金属导线(10)依次相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于涡流管的便携式充电装置，其特征是，所述的温差发电模块(4)由温差发电片(11)、冷气换热器(12)以及热气换热器(13)组成，冷气换热器(12)由冷端板(16)、冷气分配室(17)以及换热片(14)组成；冷气分配室进口壁面上设有冷气进口(18)，冷气换热器(12)内安装有若干个换热片(14)，各个换热片(14)相互平行，且均垂直于冷气分配室进口壁面；热气换热器(13)由热端板(19)、热气分配室(20)以及换热片(14)组成，热气分配室进口壁面上设有热气进口(21)，热气分配室(20)内各个换热片(14)相互平行，且均垂直于热气分配室进口壁面；冷气换热器(12)位于热气换热器(13)的上方，温差发电片(11)位于冷气换热器(12)的冷端板(16)和热气换热器(13)的热端板(19)之间；温差发电模块(4)除出口外的其余表面均包覆有保温层(15)。

3.根据权利要求1所述的一种基于涡流管的便携式充电装置，其特征是，所述的换热片(14)、冷端板(16)、热端板(19)均采用导热性能好的金属材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于涡流管的便携式充电装置，其特征是， 所述的蓄电模块(6)安装有切换开关(28)，通过切换开关(28)可使稳压模块(5)越过蓄电模块(6)直接和电源输出接口(7)连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于涡流管的便携式充电装置，其特征是，所述的涡流管(3)的热管端(23)靠近出口处安装有热流调节阀(24)。