Переносной термоэлектрогенератор

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в электрическую. Технический результат: повышение эффективности термоэлектрогенератора. Сущность: термоэлектрогенератор содержит перфорированный с бортов корпус и крышку, выполненные из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренные сверху и снизу параллельными ребрами, образующими с внутренних сторон корпуса и крышки пазы. В полости корпуса помещены термоэлектрические элементы, представляющие собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала–диэлектрика, сплющенные и спаянные на концах между собой, образуя ряды, устроенные таким образом, что верхние и нижние спаи нескольких параллельных рядов каждого термоэлектрического элемента соединены между собой параллельно секционными коллекторами, представляющими собой две пластины, выполненные из металла с высокой электропроводностью. Между коллекторами зажаты спаи термоэмиссионных элементов, образуя термоэлектрические секции. Правые и левые крайние секционные коллекторы каждой термоэлектрической секции соединены через перемычки с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые соединены с электрическим аккумулятором. Секционные коллекторы располагаются в пазах параллельных ребер параллельно их боковой поверхности, плотно прижимаясь к ним. Средние части проволочных отрезков расположены в полости корпуса. 6 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.

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 900 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, МКП E04 C2/26, 2013].

Основным недостатком известного термоэлектрического преобразователя термоэмиссионной системы электроснабжения здания является зигзагообразная компоновка термоэмиссионных элементов с изгибом их спаев под углом 900 и обусловленная этим малое количество термоэмиссионных элементов на единице его площади и низкая удельная производительность по выработке термоэлектричества, что снижает его эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является универсальный термоэлектрический преобразователь, содержащий 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 термоэлектрических 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 [Патент РФ №2575769, МКП E04 C2/26, 2016].

Основными недостатками известного универсального термоэлектрического преобразователя является размещение термоэмиссионных элементов в массиве материала–диэлектрика корпуса, что усложняет конструкции устройства и снижает разность температур на противоположных спаях термоэмиссионных элементов, генерация термоэлектричества незначительной силы тока, обусловленная компоновкой термоэмиссионных элементов, что, в конечном счете, снижает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности переносного термоэлектрогенератора.

Технический результат достигается переносным термоэлектрогенератором, включающим, перфорированный с бортов корпус и крышку, выполненные из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренные сверху и снизу параллельными ребрами, образующими с внутренних сторон корпуса и крышки пазы, в полости корпуса помещены термоэлектрические элементы, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала–диэлектрика, сплющенные и спаянные на концах между собой, образуя ряды, устроенные таким образом, что верхние и нижние спаи нескольких параллельных рядов каждого термоэлектрического элемента соединены между собой параллельно секционными коллекторами, представляющими собой две пластины, выполненные из металла с высокой электропроводностью, между которыми зажаты спаи термоэмиссионных элементов, образуя термоэлектрические секции, правые и левые крайние секционные коллекторы каждой термоэлектрической секции соединены через перемычки с однополюсными коллекторами электрических зарядов, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором, при этом секционные коллекторы располагаются в пазах параллельных ребер, параллельно их боковой поверхности, плотно прижимаясь к ним, а средние части проволочных отрезков расположены в полости корпуса.

На фиг. 1–6 представлен предлагаемый переносной термоэлектрогенератор (ПТЭГ). На фиг. 1– общий вид в сборе, на фиг. 2, 3 – разрезы ПТЭГ, на фиг. 4–6 – основные узлы ПТЭГ.

Предлагаемый переносной термоэлектрогенератор (ПТЭГ) содержит перфорированный с бортов (перфорация на фиг. 1–6 не показана) корпус 1 и крышку 2, выполненные из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренные сверху и снизу параллельными ребрами 3, образующими с внутренних сторон корпуса 1 и крышки 2 пазы 4, в полости корпуса 1помещены термоэлектрические элементы (ТЭЭ) 5, представляющих собой парные проволочные отрезки 6 и 7, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала–диэлектрика, сплющенные и спаянные на концах между собой, образующие ряды 8, устроенные таким образом, что верхние и нижние спаи нескольких параллельных рядов 8 каждого ТЭЭ 5 соединены между собой параллельно секционными коллекторами 9, представляющими собой две пластины 10 и 11, выполненными из металла с высокой электропроводностью, между которыми зажаты спаи ТЭЭ 5, образуя термоэлектрические секции (ТЭС) 12, правые и левые крайние секционные коллекторы 9 каждой ТЭС 12 соединены через перемычки 13 с однополюсными коллекторами электрических зарядов 14 и 15, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором (на фиг. 1–6 не показан) при этом секционные коллекторы 9 располагаются в пазах 4 параллельных ребер 2, параллельно их боковой поверхности, плотно прижимаясь к ним, а средние части проволочных отрезков 6 и 7 расположены в полости корпуса 1.

В основу работы предлагаемого ПТЭГ положено следующее. Так как термоэмиссионные элементы 5 изготовлены 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 ТЭС 12 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506].

ПТЭГ 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 секционные коллекторы 9 со спаями проволочных отрезков 6 и 7 ТЭЭ 5 УТЭГ), секционные коллекторы 9 совместно со спаями ТЭЭ 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. Одновременно с процессом теплопередачи, в результате разности температур охлажденных и нагретых спаянных концов проволочных отрезков 6 и 7, выполненных из металлов М1 и М2 ТЭЭ 5, в рядах 8, ТЭС 12 появляется термоэлектричество, которое через перемычки 13 и однополюсные коллекторы электрических зарядов 14 и 15 (размещение коллекторов 14 и 15 на фиг. 1–6 показано условно), поступает в электрический аккумулятор (на фиг. 1–6 не показан), откуда подается потребителю.

При этом, параллельное соединение нескольких рядов 8 секционными коллекторами 9, представляющими собой верхние и нижние кромки ТЭС 12, выполненная из пластин металла с высокой теплопроводностью 10 и 11, позволяет увеличить количество переходящего тепла за счет повышенной площади их контакта с зонами нагрева и охлаждения и высокой площади контакта сплющенных слоев самих металлов М1 и М2, соединенных между собой (например, спайкой или сваркой). Кроме того, наличие перфорации в бортах корпуса 1 и незаполненной полости между днищем корпуса 1 и крышкой 2, позволяет проводить естественную вентиляцию внутри корпуса 1, что также интенсифицирует процесс теплопередачи между верхними и нижними спаями ТЭЭ 5. Поэтому, в результате интенсификации теплообменных процессов, создается более высокая разность температур на противоположных спаях ТЭЭ 5 и происходит более быстрый процесс теплообмена между ними, увеличивая тем самым выработку термоэлектричества. Кроме того, параллельное соединение нескольких рядов 8 в одну ТЭС 12 секционными коллекторами 9 и параллельное соединение ТЭС 12 через однополюсные коллекторы электрических зарядов 14 и 15 позволяет снизить электрическое сопротивление всех элементов устройства и получать более высокую силу тока на выходе из ПТЭГ.

Помимо вышеприведенных положительных качеств, конструкция предлагаемого ПТЭГ обеспечивает возможность замены вышедших из строя термоэмиссионных элементов 5 или термоэлектрических секций 12 без разрушения корпуса 1 и смежных термоэлектрических секций 12 (достаточно снять крышку 2), а также перемещать и устанавливать его в различных местах, что повышает его надежность и эффективность.

Величина разности электрического потенциала на коллекторах 14 и 15 и сила электрического тока также 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 ПТЭГ, разности температур на противоположных спаянных концах элементов М1 и М2 и количества ПТЭГ в случае их компоновки в один источник ЭДС. Полученный электрический ток из одиночного ПТЭГ, можно использовать для подзарядки мобильных телефонов, айфонов, плэйеров и тому подобных устройств в условиях отсутствия электроснабжения (например, при подогреве на костре, поместив его на дно пустой емкости или положив его на освещаемый солнцем участок льда или снега). При компоновке множества ПТЭГ в один источник ЭДС, 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 ПТЭГ обеспечивает, как в летнее так и зимнее время, получение электрической энергии в различных местах и количествах, которую можно использовать для различных целей.

Переносной термоэлектрогенератор, включающий корпус с днищем, оребренным параллельными ребрами и выполненным из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, в котором помещены термоэлектрические элементы, представляющие собой парные проволочные отрезки, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала-диэлектрика, выполненные из разных металлов M1 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 полым и снабжен крышкой, оребренной с наружной стороны параллельными ребрами, образующими с внутренней стороны пазы, концы термоэмиссионных элементов сплющены, ряды термоэлектрических элементов устроены таким образом, что верхние и нижние спаи нескольких параллельных рядов каждого термоэмиссионного элемента соединены между собой параллельно секционными коллекторами, представляющими собой две пластины, выполненные из металла с высокой электропроводностью, между которыми зажаты спаи термоэмиссионных элементов, образуя термоэлектрические секции, правые и левые крайние секционные коллекторы каждой термоэлектрической секции соединены через перемычки с однополюсными коллекторами электрических зарядов, при этом секционные коллекторы располагаются в пазах параллельных ребер, параллельно их боковой поверхности, плотно прижимаясь к ним, а средние части проволочных отрезков термоэлектрических элементов расположены в полости корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике. Техническим результатом является повышение эффективности и КПД трансформаторной подстанции за счет обеспечения преобразования тепловой энергии силового масляного трансформатора в электрическую энергию, используемую для собственных нужд.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к эксплуатации скважин для добычи флюида, для регулирования добычи из продуктивного горизонта, а также для исследования скважин, предназначено для охлаждения блоков электроники, обеспечивающих функционирование телеметрической аппаратуры, собирающей измерительные данные о параметрах среды и параметрах погружного электродвигателя.

Изобретение относится к системам пожарной безопасности, а именно к энергетически автономному устройству для обнаружения возгораний. Устройство содержит температурный чувствительный элемент (1), источник неэлектрической энергии (2), преобразователь неэлектрической энергии в электрическую (3), электронный модуль для передачи сигнала (4) в центр мониторинга для определения местоположения возгорания.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для получения информации о трубопроводе. Предложено устройство для предоставления информации о по меньшей мере одном трубопроводе, температура внешней поверхности которого при его эксплуатации отличается от температуры среды, окружающей указанный по меньшей мере один трубопровод, содержащее по меньшей мере одну радиочастотную метку, предназначенную для расположения на по меньшей мере одном трубопроводе или на расстоянии от него.

Изобретение относится к термоэлектрическим источникам питания. Сущность изобретения: автономный портативный термоэлектрический источник питания включает термоэлектрическое устройство, преобразующее тепло в электричество, источник тепла, находящийся в тепловом контакте с нагреваемой стороной термоэлектрического устройства, теплообменник, находящийся в тепловом контакте с охлаждаемой стороной термоэлектрического устройства, накопитель электрической энергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника электроснабжения автономных объектов. Технический результат заключается в снижении тепловыделения сверхвысокооборотных микрогенераторов.

Использование: для термоэлектрических обратимых циклов, реализованных с помощью эффектов Зеебека и Пельтье. Сущность изобретения заключается в том, что способ прямого преобразования теплоты в электрическую энергию в термоэлектрическом цикле, осуществляемый при подводе теплоты от нагревателя в место контакта разнородных полупроводниковых стержней из электронного (n типа) и дырочного (р типа) материалов, основанном на обратимом эффекте Зеебека, и выделении теплоты в холодильник при обратимом эффекте Пельтье на противоположных концах стержней в местах контакта с токосъемниками, входящих в электрическую цепь с нагрузкой, отличается тем, что преобразование теплоты в электрическую энергию осуществляется в прямом обратимом термоэлектрическом цикле при подводе теплоты в место контакта электрически соединенных разнородных полупроводниковых стержней термоэлектрического элемента из электронного (n типа) и дырочного (р типа) материалов, каждый из которых имеет электрический и тепловой контакт с шинами из электропроводящего материала, например из меди, расположенными по всей длине стержней вдоль распространения теплового потока по линии нагреватель-охладитель, что позволяет во всем объеме каждого из стержней совместно с медной шиной обратимо преобразовывать теплоту на каждом элементарном уровне температур на базе обратимых эффектов Зеебека и Пельтье и исключить потери на теплопроводность и джоулевый нагрев стержней, и отводе в охладитель теплоты с противоположных концов стержней в местах контакта с токосъемниками.

Изобретение относится к термоэлектрической технике. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, питаемой источником электрической энергии, обе поверхности которой находятся на некотором расстоянии (зазоре) от стенок транспортных зон с движущимися в них средами.

Изобретение относится к термоэлектрической технике. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, обе поверхности которой находятся на некотором расстоянии (зазоре) от стенок транспортных зон с движущимися в них средами.

Изобретение относится к термоэлектрической технике. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, питаемой источником электрической энергии, обе поверхности которой находятся на некотором расстоянии от стенок транспортных зон с движущимися в них средами.

Изобретение относится к преобразованию тепловой энергии в электрическую. Технический результат: повышение эффективности термоэлектрогенератора. Сущность: термоэлектрогенератор содержит перфорированный с бортов корпус и крышку, выполненные из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренные сверху и снизу параллельными ребрами, образующими с внутренних сторон корпуса и крышки пазы. В полости корпуса помещены термоэлектрические элементы, представляющие собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала–диэлектрика, сплющенные и спаянные на концах между собой, образуя ряды, устроенные таким образом, что верхние и нижние спаи нескольких параллельных рядов каждого термоэлектрического элемента соединены между собой параллельно секционными коллекторами, представляющими собой две пластины, выполненные из металла с высокой электропроводностью. Между коллекторами зажаты спаи термоэмиссионных элементов, образуя термоэлектрические секции. Правые и левые крайние секционные коллекторы каждой термоэлектрической секции соединены через перемычки с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые соединены с электрическим аккумулятором. Секционные коллекторы располагаются в пазах параллельных ребер параллельно их боковой поверхности, плотно прижимаясь к ним. Средние части проволочных отрезков расположены в полости корпуса. 6 ил.

Наверх