Универсальный термоэлектрический преобразователь

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации возобновляемых, вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в электрическую. Технический результат: повышение эффективности преобразователя. Сущность: преобразователь содержит корпус, выполненный из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, изнутри армированный контурной арматурой, которая состоит из термоэмиссионных элементов. Термоэмиссионные преобразователи представляют собой парные параллельные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала-диэлектрика, спаянные на концах между собой, образующие ряды. Ряды устроены таким образом, что левые и правые части спаянных концов проволочных отрезков со спаянными концами располагаются в слоях материала-диэлектрика параллельных ребер, параллельно их боковой поверхности, не касаясь ее. Средние части проволочных отрезков расположены в массиве материала-диэлектрика корпуса. Ряды соединены между собой перемычками. Крайние проволочные отрезки крайних рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором. В пазах между ребрами размещена решетка, выполненная из материала с высокой теплопроводностью. 10 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации возобновляемых, вторичных тепловых энергоресурсов и низкопотенциальной тепловой энергии природных источников, а именно для трансформации тепловой энергии в электрическую.

Известна секция ресурсосберегающей системы энергоснабжения здания, представляющая собой термоэлектрический преобразователь, состоящий из прямоугольного корпуса, выполненного из материала-диэлектрика, крышка которого выполнена из материала с высокой теплопроводностью, а полость заполнена первым слоем материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, примыкающим к крышке, и вторым слоем материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, который примыкает к днищу корпуса, в котором помещена контурная арматура, состоящая из элементов термоэлектрического преобразователя, представляющих собой парные оголенные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой, образуя зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые части проволочных отрезков с левыми спаянными концами согнуты под углом 90^° и располагаются в первом слое материала- диэлектрика, параллельно крышке секции, не касаясь ее, а правые части проволочных отрезков пропущены через второй слой материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью и через отверстия в днище корпуса секции так, что частично проволочные отрезки с правыми спаянными концами выступают из его днища наружу, а крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором [Патент РФ №2462568, МПК E04 Н1/00, F24D 5/10, 2012].

Основными недостатками известной секции являются сложность конструкции корпуса секции термоэлектрического преобразователя, непосредственный контакт с наружным воздухом левых спаянных концов проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, которая, при наличии влаги в окружающем воздухе или на поверхности ограждения здания (например, при дождливой погоде), приводит к резкому уменьшению количества вырабатываемого термоэлектричества, что снижает его надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрический преобразователь термоэмиссионной системы электроснабжения здания, состоящий из прямоугольного полого корпуса, выполненного из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, армированного контурной арматурой, между крышкой и днищем которого имеется замкнутая воздушная полость, контурная арматура состоит из элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2 и спаянные на концах между собой, образующие зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые и правые части проволочных отрезков со спаянными концами согнуты под углом 90^° и располагаются в слоях материала-диэлектрика крышки и днища, параллельно их поверхности, не касаясь ее, а средние части парных проволочных отрезков расположены в воздушной полости, крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором [Патент РФ №2499107, МПК E04 C2/26, 2013].

Основным недостатком известного термоэлектрического преобразователя термоэмиссионной системы электроснабжения здания является зигзагообразная компоновка термоэмиссионных элементов с изгибом их спаев под углом 90^° и обусловленная этим малое количество термоэмиссионных элементов на единице его площади и низкая удельная производительность по выработке термоэлектричества, что снижает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности универсального термоэлектрического преобразователя, достигаемая путем изменения компоновки термоэмиссионных элементов внутри него и поверхности его корпуса.

Технический результат достигается универсальным термоэлектрическим преобразователем, содержащим корпус, выполненный из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, изнутри армированный контурной арматурой, которая состоит из термоэмиссионных элементов, представляющих собой парные параллельные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала-диэлектрика, спаянные на концах между собой, образующие ряды, устроенные таким образом, что левые и правые части спаянных концов проволочных отрезков со спаянными концами располагаются в слоях материала-диэлектрика параллельных ребер, параллельно их боковой поверхности, не касаясь ее, а средние части проволочных отрезков расположены в массиве материала-диэлектрика корпуса, ряды соединены между собой перемычками, крайние проволочные отрезки крайних рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором, причем в пазах между ребрами размещена решетка, состоящая из рамки с продольными полосами, зеркально отражающая пазы корпуса, выполненная из материала с высокой теплопроводностью.

На фиг. 1-10 представлен предлагаемый универсальный термоэлектрический преобразователь (УТЭП). На фиг. 1 - общий вид в сборе, на фиг. 2, 3 - разрезы УТЭП без решетки, на фиг. 4, 5 - основной узел УТЭП и его разрез без решетки, на фиг. 6-8 - решетка УТЭП и ее разрезы, на фиг 9, 10 - основной узел УТЭП и его разрез с решеткой.

Предлагаемый универсальный термоэлектрический преобразователь (УТЭП) содержит корпус 1, выполненный из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами 2, образующими между собой пазы 3, изнутри армированный контурной арматурой 4, которая состоит из термоэмиссионных элементов 5, представляющих собой парные параллельные проволочные отрезки 6 и 7, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала-диэлектрика, спаянные на концах между собой, образующие ряды 8, устроенные таким образом, что левые и правые части спаянных концов проволочных отрезков 6 и 7 со спаянными концами располагаются в слоях материала-диэлектрика ребер параллельных ребер 2, параллельно их боковой поверхности, не касаясь ее, а средние части проволочных отрезков 6 и 7 расположены в массиве материала-диэлектрика корпуса 1, ряды 8 соединены между собой перемычками 9, крайние проволочные отрезки 6 и 7 крайних рядов 8 соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов 10 и 11 (размещение коллекторов 10, 11 на фиг. 1-10 показано условно), которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором (на фиг. 1-10 не показан), причем в пазах 3 размещена решетка 12, состоящая из рамки 13 с продольными полосами 14, зеркально отражающая пазы 3 корпуса 1, выполненная из материала с высокой теплопроводностью.

В основу работы предлагаемого УТЭП положено следующее. Так как контурная арматура 4 изготовлена из парных проволочных отрезков 6 и 7, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой, то при нагреве (охлаждении) одних спаянных концов проволочных отрезков 6 и 7 термоэмиссионных элементов 5 с одной стороны и охлаждении (нагреве) противоположных им спаянных концов, на них устанавливаются разные температуры и в зоне контакта (спае) металлов М1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в рядах 8 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. - М.: «Наука», 1970, с. 502-506].

УТЭП работает следующим образом. При соприкосновении ребер 2 одной стороны корпуса 1 с холодной средой, а ребер 2 противоположной стороны корпуса 1 с горячей средой (ребра 2 выполнены из материала с высокой теплопроводностью и в них размещены спаи проволочных отрезков 6 и 7 термоэмиссионных элементов 5 УТЭП), спаи термоэмиссионных элементов 5 с одной стороны охлаждаются, а с противоположной стороны корпуса 1 нагреваются, на них устанавливаются разные температуры, происходит процесс передачи тепла от горячей среды к холодной. При этом одновременно с процессом теплопередачи в результате разности температур охлажденных и нагретых спаянных концов проволочных отрезков 6 и 7, выполненных из металлов М1 и М2 термоэмиссионных элементов 5 в рядах 8, появляется термоэлектричество, которое через однополюсные коллекторы электрических зарядов 10 и 11 поступает в электрический аккумулятор (на фиг. 1-10 не показан), откуда подается потребителю. При этом, если горячая или холодная среда представляют собой твердое тело, на сторону корпуса 1, соприкасающегося с ним, в пазы 3 вставляется решетка 12 и теплопередача от твердого тела к спаям термоэмиссионных элементов 5 происходит через материал с высокой теплопроводностью продольных полос 14 решетки 12 и материал также с высокой теплопроводностью ребер 2 корпуса 1, минуя дополнительное сопротивление промежуточного слоя, создаваемого газовой или жидкой средой, что увеличивает значение коэффициента теплопередачи.

Величина разности электрического потенциала на коллекторах 10 и 11 и сила электрического тока зависит от характеристик пар металлов М1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 6 и 7, числа их пар в рядах 8 и их числа в УТЭП, разности температур на противоположных спаянных концах элементов М1 и М2 и количества УТЭП в случае их компоновки в одну теплообменную поверхность. Полученный электрический ток из одиночного УТЭП можно использовать для подзарядки мобильных телефонов, айфонов, плэйеров и тому подобных устройств в условиях отсутствия электроснабжения (например, при кипячении воды на костре, поместив его на дно емкости с подогреваемой водой или положив его на освещаемый солнцем участок льда или снега). При компоновке множества УТЭП в одну теплообменную поверхность полученный электрический ток можно использовать для самых различных целей (освещения зданий, горячего водоснабжения, зарядки автомобильных аккумуляторов, электроснабжения космических и подводных аппаратов и пр.), при условии наличия сред или поверхностей с различными температурами.

Таким образом, предлагаемый УТЭП обеспечивает как в летнее, так и зимнее время, получение электрической энергии в различных количествах, которую можно использовать для различных целей.

Универсальный термоэлектрический преобразователь, включающий корпус, выполненный из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, в котором помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой, образуя ряды, соединенные между собой перемычками, крайние из которых соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, соединенными, в свою очередь, с электрическим аккумулятором, отличающийся тем, что корпус выполнен оребренным с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, внутри корпуса термоэмиссионные элементы армированной контурной арматуры представляют собой парные параллельные проволочные отрезки, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала-диэлектрика, левые и правые части спаянных концов проволочных отрезков располагаются в слоях материала-диэлектрика ребер, параллельных ребрам, параллельно их боковой поверхности, не касаясь ее, средние части проволочных отрезков расположены в массиве материала-диэлектрика корпуса, а в пазах между ребрами размещена решетка, состоящая из рамки с продольными полосами, зеркально отражающая пазы корпуса, выполненная из материала с высокой теплопроводностью.