початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2018196

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГЕНЕРАТОР

Ім'я винахідника: Шалаєв Н.В .; Петров В.А .; Рязанов О.М .; Железнов В.А .; Копаев В.Г.
Ім'я патентовласника: Шалаєв Микола Васильович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.01.04

Використання: винахід відноситься до області прямого перетворення теплової енергії в електричну, наприклад, перетворювачі тепла газових пальників, багать і печей в електрику. Суть винаходу: термоелектричний генератор містить термобатареї, розташовані під потовщеним днищем посудини для рідини. Днище служить охолоджуючим теплообмінником. "Гарячий теплообмінник" розташований під термобатарея і є масивної плитою. Вона забезпечена кільцевих екраном для захисту термобатарей. Струмовідводи введені в посудину з рідиною і виведені з нього в захисному герметичному трубопроводі.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області прямого перетворення теплової енергії в електричну і може бути використане в теплоелектріческіх генераторах, що застосовуються переважно для енергоживлення побутової апаратури, наприклад, радіоприймачів.

Відомий термоелектричний генератор для засобів зв'язку містить посудину для охолоджуючої рідини, металевий кожух, термоелектричні батареї, розташовані між посудиною і кожухом, і систему фіксації термоелектричних батарей. Посудина, наповнений водою містився в полум'я багаття, а тепловідвід в цьому генераторі здійснюється за рахунок кипіння води.

Недоліком відомого термоелектричного генератора була низька ефективність внаслідок великих втрат в теплоконтактних переходах і мінливість термічних опорів, так як у відомому генераторі не передбачена компенсація термічних деформацій, а термоелектричні батареї жорстко зафіксовані між металевим кожухом і посудиною.

Найбільш близьким до винаходу по технічній сутності і досягається результату є термоелектричний генератора, що містить охолоджуючий теплообмінник, виконаний у вигляді посудини для рідини з потовщенням днищем, "гарячий" теплообмінник у вигляді масивної плити, термоелектричні батареї, до яких через електроізоляційні шари примикають теплообмінники, елементи притиску теплообмінників до термоелектричним батареям і струмовідводи.

Недоліком відомого термоелектричного генератора є складність конструкції, обумовлена ​​значною кількістю (по числу гілок в батареях генератора) компенсаторів, кожен з яких включає гнучкий елемент між гілками і комутаційними шинами і елемент притиску, виконаний у вигляді пружини. Відповідно, збільшується і вартість генератора. Крім того, ускладнення конструкції відомого термоелектричного генератора сприяє і виконання струмовідводів у вигляді індивідуальних гермовводи з відповідним збільшенням числа герметизуючих вузлів.

Відомий термоелектричний генератор крім цього має низьку ефективність, оскільки "гарячий" теплообмінник в ньому безпосередньо з'єднаний по всьому периметру двома паралельними металевими стінками з днищем посудини, що призводить до значних перетікання тепла крім термоелектричних батарей.

Винахід направлено на спрощення конструкції при одночасному зниженні вартості і підвищення ефективності термоелектричного генератора.

Для досягнення зазначеного технічного результату в термоелектричному генераторі, що містить охолоджуючий теплообмінник, виконаний у вигляді для рідини з потовщеним днищем, "гарячий" теплообмінник у вигляді масивної плити, термоелектричні батареї, до яких через електроізоляційні шари примикають теплообмінники, елементи притиску теплообмінників до термоелектричним батареям і струмовідводи , кожен елемент притиску виконаний у вигляді пластинчастої пружини вигину (ППІ), фіксаторів, які приєднують ППІ до одного з теплообмінників і стяжок, розміщених між фіксаторами, причому один кінцевий ділянку кожної стяжки розташований на іншому теплообміннику і стяжка виконана з можливістю переміщення щодо теплообмінників, при це переважно в термоелектричний генератор вводити металевий трубопровід, один кінець якого виведений через отвір в днищі судини і герметично закріплений в ньому, а інший кінець трубопроводу виконаний зігнутим і виведений через отвір в бічній стінці судини, герметично закріплений в ній, і струмовідводи виведені через трубопровід; днище судини і масивна плита мають форму дисків, розміщених співвісно, ​​ППІ розміщують взаємно перпендикулярно і проходять через центр диска, причому термоелектричні батареї виконані у вигляді модулів, які розташовані паралельно ППІ; на охолодному теплообміннику фіксаторами закріплені ППІ; "Гарячий" теплообмінник забезпечений екраном, виконаним у вигляді оболонки, що охолоджує бічну поверхню диска, при цьому оболонка екранує бічні поверхні модулів.

В даному термоелектричному генераторі елементи притиску виконані у вигляді пластинчастих пружин вигину (надалі ППІ), прикріплених фіксаторами до одного з теплообмінників (переважно кріпити ППІ до зовнішньої поверхні днища для охолоджуючої рідини, тобто до "холодного" теплообмінник, так як при цьому зменшуються термомеханічні навантаження на них при нагріванні і працювати вони будуть при зниженій температурі в екзотермічних умовах), і стяжок, розташованих між фіксаторами, при цьому один кінцевий ділянку кожної стяжки спирається на поверхню ППІ, звернену до теплообмінника, на якому закріплена ППІ, а другий кінцевий ділянку стяжки розташований на іншому теплообміннику. Тим самим створюється система поджима теплообмінників до термоелектричним батареям при взаємодії стяжок і ППІ. Стяжки виконуються з можливістю переміщення їх відносно теплообмінників, переважно у вигляді системи болт-гайка, так як зазначена система забезпечує максимальне спрощення конструкції елементів притиску і дозволяє легко регулювати зусилля притиску. Стяжки можуть бути виконані у вигляді комбінованих скоб з рядом уступів і т.п. Система елементів притиску у вигляді ППІ з фіксаторами і стяжками дозволяє при максимальному спрощенні конструкції забезпечити рівномірний притиск по всій поверхні термоелектричних батарей при експлуатації батарей в робочому перепаді температур і одночасно компенсувати термічні деформації різних вузлів генератора при нагріванні. Сталість зусиль притиску термоелектричних батарей до теплообмінників дозволяє забезпечити стабільність термічних опорів на шляху теплового потоку при істотному спрощення конструкції, оскільки притискні елементи набувають нових властивостей опорних елементів і стягають елементів що дозволяє в свою чергу скоротити загальну кількість деталей, що входять до складу генератора. Цій же меті сприяє і введення в генератор металевого трубопроводу, один кінець якого виведений через отвір в днищі судини і герметично закріплений в ньому (наприклад, зварюванням з днищем), а інший кінець трубопроводу виконаний зігнутим, виведений через отвір в бічній стінці судини і герметично закріплений в ньому) наприклад, зварюванням зі стінкою, вклейкою термостійким клеєм, термостійкої гумою і т.п. ), Що дозволяє до мінімуму скоротити кількість гермовводи і струмовідводи просто виводяться через трубопровід, а в зв'язку з тим, що при експлуатації генератора трубопровід весь час знаходиться при температурі киплячої води, струмовідводи будуть термостабілізованого. Переважно вигнутий кінець трубопроводу розташовувати поблизу верхньої кромки судини, так як в цьому випадку герметизуючий ділянку його при експлуатації практично відразу звільняється від контакту з рідиною при випаровуванні його верхнього шару. Крім того, температура цієї зони нижче, і тут переважно встановлювати струмознімальних колодку, з якої фіксуються закінчення трубопроводів.

Для забезпечення рівномірності притиску термоелектричні батареї переважно компонувати у вигляді модулів і розташовувати ППІ уздовж цих модулів, так як в цьому випадку зусилля притиску через відповідні стяжки рівномірно розподіляються по поверхні модулів. Наприклад, при виконанні теплообмінників у вигляді двох співвісно розташованих дисків (що сприяє одночасно і зменшення теплових витоків) модулі бажано розташовувати уздовж взаємно перпендикулярних осей, що проходять через центр диска, а ППІ розміщувати уздовж цих модулів. Відповідно формується система стягуючих навантажень, розподілених уздовж осей, і зведена до мінімуму можливість перекосу і нерівномірного притиску. Підвищення ефективності генератора сприяє виконання "гарячого" теплообмінника з екраном, виконаним у вигляді циліндричної оболонки, приєднаної по всьому периметру до бічної поверхні диска (наприклад, зварюванням або гвинтами), при цьому висоту екрану вибирають не більше висоти термоелектричної батареї (максимальне екранування), оскільки формується захисний бічний екран, нагрівається від "гарячого" теплообмінника і зменшує теплові втрати з бічних поверхонь термоелектричних батарей.

	На фіг. 1 зображений термоелектричний генератор, поперечний переріз; на фіг. 2 - те ж, вид знизу (без "гарячого" теплообмінника); на фіг. 3 - розріз А-А на фіг. 2 (пластинчаста пружина вигину). Термоелектричний генератор містить посудину 1 для рідини, металевий трубопровід 2, стяжки 3, пластинчасті пружини вигину 4, термоелектричні батареї 5, "гарячий" теплообмінник 6 з екраном 7, гайки 8, електроізоляційні шари 9, охолоджуючу рідину 10, струмознімальних колодку 11, теплоізоляційні прокладки 12, струмовідводи 13, фіксатори 14.

Посудина 1 для рідини переважно виготовляти з високо теплопровідні металів, наприклад з алюмінію або його сплавів, і виконувати з потовщеним (висотою 8-10 мм) днищем, а бічну стінку приєднувати до днища або виготовляти з ним за одне ціле. Трубопровід 2 виготовляють з відрізка металевої труби з вигнутим закінченням, при цьому прямолінійний ділянку трубопроводу пропускається через отвір в днищі судини 1 і герметично встановлюється в ньому, наприклад, зварюванням. Аналогічно зігнуте закінчення трубопроводу 2 пропускається через отвір, розташоване поблизу верхньої кромки бічної стінки судини 1 і герметично закріплюється в ньому, наприклад, зварюванням або склеюванням. Пластинчасті пружини вигину 4 переважно виготовляти зі смуг пружиною стали, наприклад, марок Ст65Г Ст60СА і т.п., товщиною 1,54-3 мм і шириною 84-10 мм. Уздовж центральних осей цих пружин передбачаються зазвичай отвори для проходження фіксаторів 14 і стяжок 3. Термоелектричні батареї 5 складаються з напівпровідникових термоелементів, виготовлених, наприклад, з потрійних сплавів на основі телуриду вісмуту і скоммутірованних через комутаційні шари, теплообмінник 6 переважно виготовляти з чавуну у вигляді диска висотою 8-10 мм і приєднувати до нього екран 7 з алюмінію завтовшки 1-2 мм, наприклад, прикручувати або приварювати. Електроізоляційні шари 9 переважно виготовляти з слюди і інших матеріалів. Теплоізоляційні прокладки 12 переважно виготовляти з слюди або азбесту. Стяжки 3 і фіксатори 14 виготовляються з нержавіючої сталі. У днище посудини 1 і в "гарячому" теплообміннику 6 передбачені поглиблення, в яких розташовуються головки стяжок 3 і гайки 8 відповідно. При складанні генератора в поглибленнях днища судини 1 встановлюються головки стяжок 3 через теплоізоляційні прокладки 12, потім пластинчасті пружини вигину 4 фіксаторами 14 прикріплюють до днища судини 1, розміщують термоелектричні батареї у вигляді модулів 5 на зовнішній поверхні днища судини 1, а струмовідводи 13 пропускають через трубопровід 2 і гайками 8 забезпечують притиск до них "гарячого" теплообмінника 6 і днища посудини 1.

Описуваний термоелектричний генератор працює наступним чином.

Як джерело тепла використовують побутовий або туристичний примус (не показаний), на якому розташовують "гарячий" теплообмінник 6. Посудина 1 заповнюють охолоджувальною рідиною, наприклад, заливають водою. Після того, як підпалили пальник джерела тепла, проходить згоряння органічного палива, і продукти згоряння омивають поверхню "гарячого" теплообмінника 6. Тепловий потік проходить через термоелектричні батареї 5, створює на термоелементах перепад температури, за рахунок ефекту Зеєбека генерується термоЕРС і по струмовідводів 13 в корисне навантаження (не показано) надходить корисна електрична енергія. Пластинчасті пружини вигину 4 через стяжки 3, розміщені між суміжними фіксаторами 14, створюють постійний притиск теплообмінних поверхонь термоелектричних батарей 5 до теплообмінника 6 і компенсують термічні деформації деталей термоелектричних батарей за рахунок деформації ділянок пластинчастих пружин вигину 4, розташованих між фіксаторами 14, як при нагріванні, так і в процесі охолодження. Відпрацьоване тепло через електроізоляційний шар 9 надходить на посудину 1 і відбувається кипіння рідини в ньому, що забезпечує стабільність температури холодних спаїв термоелементів у всіх термоелектричних батареях 5 при різних температурах навколишнього середовища.

Описуваний термоелектричний генератор може бути виготовлений з використанням широко застосовуваних на практиці засобів. Так, в якості "холодного" теплообмінника може бути використана каструля з алюмінієвого сплаву з потовщеним днищем. Пластинчасті пружини вигину виконуються у вигляді сталевих смуг, які виготовляються з сталей пружинних. Термоелектричні батареї виготовляються з напівпровідникових порошкових матеріалів, наприклад, з потрійних сплавів на основі телуриду вісмуту з комутацією через шари антидифузійного матеріалу. "Гарячий" теплообмінник виконується у вигляді чавунного диска.

У порівнянні з відомими термоелектричними генераторами використовують в якості "холодних" теплообмінників ємності з рідиною, заявлений термоелектричний генератор дозволяє істотно спростити конструкцію за рахунок спрощення комунікацій струмовідводів і значного зменшення стяжних елементів. Відповідно, знижується загальна вартість термоелектричного генератора. Крім того, за рахунок зменшення числа стяжних елементів і введення екрану і проставок вдалося підвищити ефективність генератора, оскільки істотно знизилися непродуктивні теплові втрати за елементами конструкції.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГЕНЕРАТОР, що містить охолоджуючий теплообмінник, виконаний у вигляді посудини для рідини з потовщеним днищем, "гарячий" теплообмінник у вигляді масивної плити, термоелектричні батареї, до яких через електроізоляційні шари примикають теплообмінники, елементи притиску теплообмінників до термоелектричним батареям, струмовідводи і джерело нагріву , що відрізняється тим, що кожен елемент притиску виконаний у вигляді пластинчастої пружини вигину (ППІ), фіксаторів, які приєднують ППІ до одного з теплообмінників, і стяжок, розміщених між фіксаторами, причому один кінцевий ділянку кожної стяжки розташований на іншому теплообміннику, при цьому стяжка виконана з можливістю переміщення щодо теплообмінників.

2. Генератор по п.1, що відрізняється тим, що в нього додатково введено металевий трубопровід, один кінець якого виведений через отвір в днищі судини і герметично закріплений в ньому, інший кінець трубопроводу зігнутий, виведений через отвір в бічній стінці судини і герметично закріплений в ньому, при цьому струмовідводи виведені через трубопровід.

3. Генератор по п.1, що відрізняється тим, що днище і плита виконані у вигляді соосно розташованих дисків, ППІ розташовані взаємно перпендикулярно і точка їх перетину розташована на центральній осі дисків, термоелектричні батареї виконані у вигляді модулів, які розташовані паралельно ППІ.

4. Генератор по п.1, що відрізняється тим, що ППІ закріплені фіксаторами на охолодному теплообміннику.

5. Генератор по п.1, що відрізняється тим, що "гарячий" теплообмінник забезпечений екраном, виконаним у вигляді оболонки, що охоплює бічну поверхню плити, а висота екрану не перевищує висоти термоелектричних батарей.

Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів