Универсальный термоэлектрический преобразователь



Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь
Универсальный термоэлектрический преобразователь

 


Владельцы патента RU 2575769:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к наноструктурам с высокими термоэлектрическими свойствами. Предложена одномерная (1D) или двумерная (2D) наноструктура, являющаяся нанопроволокой из кремния, полученной методом безэлектролизного травления или выращенной методом VLS (пар-жидкость-кристалл).

Изобретение относится термоэлектрическим преобразователям энергии. Сущность: преобразователь энергии содержит теплособирающую поверхность, n- и р-выводы, сформированные из термоэлектрических материалов n- и р-типа соответственно, каждый из которых расположен в тепловой связи с указанной теплособирающей поверхностью, параллельные электрические шины, электрически соединенные с n- и р-выводами, и корпус.

Изобретение относится к термоэлектрическому преобразованию энергии. .

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения универсальной термоэлектрической машины, предназначенной для использования в энергетике, промышленности и народном хозяйстве в качестве статического или динамического термоэлектрического генератора постоянного тока, который преобразует тепло работающих ядерных реакторов, энергетических блоков, двигателей внутреннего сгорания, источников солнечной энергии, источников термальных вод, печей, газовых горелок и других технических сооружений в электрическую энергию, а также в качестве электрических машин постоянного тока, работающих от источника термоэлектричества, получаемого от перепада температур, устройств вращения магнитных систем, вращающихся фурм для установок сжигания твердых бытовых и других органических отходов с углем, силовых приводов транспортных средств, подъемных механизмов, транспортеров, систем автоматического регулирования и управления механическими устройствами, измерительных и эталонных устройств.

Изобретение относится к конструкциям твердотельных систем охлаждения, нагревания и выработки электроэнергии. .

Изобретение относится к электрическим ячейкам. .

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в термоэлектрических генераторах (ТЭГ), применяемых с целью утилизации отработавшего тепла ядерных реакторов, двигателей внутреннего сгорания (ДВС), дизельных и других тепловых двигателей.
Наверх