Термоэлектрический генератор
Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую. Сущность: термоэлектрический генератор содержит термоэлектрический преобразователь (ТЭП), нагреватель «горячих» контактов ТЭП и систему воздушного охлаждения «холодных» контактов ТЭП. восходящий канал отвода горячих газов от нагревателя и систему воздушного охлаждения «холодных» контактов ТЭП, выполненную в виде воздуховода охлаждения. Вход воздуховода охлаждения открыт для окружающего воздуха, а выход выведен в канал отвода горячих газов, например дымоход или в топку. Нагревателем служит горячий дымоход. Технический результат: увеличение эффективности термоэлектрического генератора за счет принудительного охлаждения без затрат электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для электроснабжения.
Известны и широко применяются для получения электрической энергии устройства, содержащие термоэлектрические преобразователи на эффекте Зеебека [патенты США №№3719532, 6053163, 6761134] и использующие тепло от различных нагревателей (горячих дымоходов, топок, горелок и т.п.). Аналогами предлагаемого устройства являются многочисленные генераторы с воздушным охлаждением «холодных» контактов термоэлектрических преобразователей (ТЭП) [например, патенты США №№6598405, 7231772], в которых воздух прокачивается через систему охлаждения принудительно.
В термоэлектрических генераторах по патентам США №№4843273, 4942863 и 5427086 для принудительной подачи воздуха к «холодным» контактам ТЭП используется производимая этими же термоэлектрическими генераторами электроэнергия.
Недостатком их является неэффективное расходование производимой электроэнергии, которая используется для интенсификации охлаждения их самих.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение эффективности термоэлектрического генератора за счет принудительного охлаждения без затрат электроэнергии.
Указанная цель достигается тем, что предлагаемое устройство содержит термоэлектрический преобразователь, нагреватель (топку, горелку, горячий дымоход и т.п.) «горячих» контактов ТЭП, восходящий канал отвода горячих газов (дымоход, например) и систему воздушного теплоотвода, которая включает находящийся в тепловом контакте с «холодными» контактами ТЭП воздуховод охлаждения, вход которого открыт для наружного воздуха, а выход выведен в канал отвода горячих газов, т.е. в зону действия тяги от восходящих потоков горячих газов (в дымоход, например, или в топку).
Увеличение циркуляции охлаждающего воздуха при этом происходит благодаря подъемной силе продуктов сгорания, т.е. использованию тяги в восходящем канале отвода горячих газов (в дымоходе или на входе в топку).
Устройство должно (или может) быть снабжено радиаторами теплообменников на «холодных» и «горячих контактах» ТЭП, системой управления температурой в топке, регуляторами потоков воздуха и продуктов сгорания (например, шиберами), регулятором подачи топлива, кожухом, креплениями и другими известными элементами, не упоминаемыми далее в описании.
При отсутствии отбора электроэнергии от ТЭП (или при малом отборе) увеличивается температура в топке (т.к. нет отбора энергии), что приводит к увеличению тяги, следовательно, и к увеличению охлаждения холодных контактов проходящим воздухом. Это дополнительно предохраняет холодные контакты от перегрева, нежелательного во многих конкретных исполнениях ТЭП, чувствительных к перегреву холодной стороны.
На фиг.1 схематично (не показаны радиаторы теплообменников, кожух, крепления, регуляторы потока воздуха и газа, система управления режимом горения и др. известные элементы) представлен разрез предлагаемого устройства в варианте, в котором выход воздуховода охлаждения выведен в область вытяжки продуктов сгорания (в трубу после топки).
Цифрами обозначены:
1 - горелка,
2 - термоэлектрические преобразователи,
3 - воздуховод охлаждения «холодных» контактов ТЭП,
4 - топка для нагрева «горячих» контактов ТЭП,
5 - восходящий канал отвода горячих газов (дымоход).
На фиг.2, тоже схематично, представлен разрез предлагаемого устройства в варианте, в котором выход воздуховода охлаждения присоединен к входу в топку, к поддувалу, что увеличивает тягу, а также, при необходимости, позволяет обходиться без дополнительного дымохода, т.к. каналом отвода горячих газов служит корпус топки.
Примером конкретного исполнения служит термоэлектрический генератор (по схеме на фиг.1), в котором ТЭП выполнен из последовательно попеременно соединенных полупроводниковых прессованных брикетов р-типа (Bi, Те, Sb) и n-типа (Bi, Те, Se) - всего 2 последовательно соединенных модуля по 154 пары брикетов в каждом. Горячие контакты приведены через тонкий диэлектрический слой в тепловой контакт с чехлами этих модулей из нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, которые, в свою очередь, приведены в контакт с чугунным или керамическим радиатором, ребра которого обращены к горячей зоне источника тепла. Холодные контакты находятся, тоже через тонкий диэлектрический слой и, затем, через чехол модуля, в тепловом контакте с радиаторами охлаждения, которые находятся в воздуховоде охлаждения сечением 0,009 м2, выполненном из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм. Входом воздуховода охлаждения является нижняя открытая его часть, а выходом - верхняя часть, соединенная без изменения сечения с выходом топки (входом в дымоход).
Предлагаемое изобретение увеличивает мощность устройства, благодаря увеличению разности температур горячих и холодных контактов ТЭП за счет более эффективного охлаждения последних. Оно также обладает более высоким, чем у аналогов, КПД, т.к. не использует вырабатываемой им же электроэнергии для принудительного охлаждения. Преимуществом предлагаемого устройства является также простота конструкции.
1. Термоэлектрический генератор, содержащий термоэлектрический преобразователь (ТЭП), нагреватель «горячих» контактов ТЭП и систему воздушного охлаждения «холодных» контактов ТЭП, отличающийся тем, что имеет восходящий канал отвода горячих газов от нагревателя и систему воздушного охлаждения «холодных» контактов ТЭП, выполненную в виде воздуховода охлаждения, вход которого открыт для окружающего воздуха, а выход выведен в канал отвода горячих газов, или в топку, или в дымоход.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагревателем служит горячий дымоход.
