RU2018197C1 - Thermoelectric generator - Google Patents
Thermoelectric generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2018197C1 RU2018197C1 SU5037963/25A SU5037963A RU2018197C1 RU 2018197 C1 RU2018197 C1 RU 2018197C1 SU 5037963/25 A SU5037963/25 A SU 5037963/25A SU 5037963 A SU5037963 A SU 5037963A RU 2018197 C1 RU2018197 C1 RU 2018197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- clamping
- thermoelectric
- radiators
- generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано в термоэлектрических генераторах, применяемых преимущественно для энергопитания бытовой аппаратуры, например телевизионных приемников, или для энергопитания контрольной аппаратуры, устанавливаемой на газопроводах, использующих в основном источники тепла в виде газовых горелок. The invention relates to the conversion of thermal energy into electrical energy and can be used in thermoelectric generators, used mainly for power supply of household equipment, for example television sets, or for power supply of control equipment installed on gas pipelines using mainly heat sources in the form of gas burners.
Известен термоэлектрический генератор, содержащий источник тепла, выполненный в виде тепловой капсулы, термоэлектрические батареи, примыкающие к ней, систему теплоотвода и корпус. Known thermoelectric generator containing a heat source made in the form of a thermal capsule, thermoelectric batteries adjacent to it, a heat sink system and a housing.
Недостатком известного термоэлектрического генератора является высокая стоимость и сложность системы теплоотвода, выполненной в виде многоэлементных компенсаторов. A disadvantage of the known thermoelectric generator is the high cost and complexity of the heat sink system, made in the form of multi-element compensators.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является термоэлектрический генератор, содержащий источник тепла, выполненный преимущественно в виде газовой горелки, теплоприемник, термоэлектрические модули, расположенные на нем, охлаждающие радиаторы, размещенные на термоэлектрических модулях, по крайней мере один блок прижима и корпус. The closest to the invention in terms of technical nature and the achieved result is a thermoelectric generator containing a heat source, made mainly in the form of a gas burner, a heat receiver, thermoelectric modules located on it, cooling radiators placed on thermoelectric modules, at least one clamping unit and housing .
Недостатком известного термоэлектрического генератора является сложность конструкции теплообменника, выполненного в виде многоэлементных перфорированных систем теплопередачи и дистанционирования, и сложность конструкции блока прижима, выполненного в виде рамы с окнами, в которых расположены распорные прижимные элементы, системы стяжек и вспомогательные элементы, обеспечивающие стыковку прижимного устройства с корпусом. Сложность конструкций теплоприемника и блока прижима приводит к высокой стоимости известного термоэлектрического генератора, поскольку требуется повышенный расход различных материалов, значительные расходы на изготовление и монтаж. Кроме того, в известном термоэлектрическом генераторе не удается обеспечить равномерное распределение усилий прижима по теплоприемным поверхностям термоэлектрических батарей, так как усилия прижима концентрируются в одном направлении и из-за перекосов возникает неравномерность передачи усилий прижима. A disadvantage of the known thermoelectric generator is the complexity of the design of the heat exchanger, made in the form of multi-element perforated heat transfer and spacing systems, and the complexity of the design of the clamp block, made in the form of a frame with windows, in which there are spacer clamp elements, coupler systems and auxiliary elements that ensure the connection of the clamp device with case. The complexity of the designs of the heat receiver and the clamping unit leads to the high cost of the known thermoelectric generator, since it requires an increased consumption of various materials, significant costs for manufacturing and installation. In addition, in the known thermoelectric generator it is not possible to ensure uniform distribution of the clamping forces over the heat-receiving surfaces of thermoelectric batteries, since the clamping forces are concentrated in one direction and due to distortions, uneven transmission of the clamping forces occurs.
Изобретение направлено на упрощение конструкции при одновременном снижении стоимости термоэлектрического генератора. The invention is aimed at simplifying the design while reducing the cost of a thermoelectric generator.
Для достижения указанного технического результата в термоэлектрический генератор, содержащий источник тепла, выполненный в виде газовой горелки, теплоприемник, термоэлектрические модули, расположенные на нем, охлаждающие радиаторы, размещенные на термоэлектрических модулях, по крайней мере один блок прижима и корпус, дополнительно введена замкнутая обечайка, охватывающая противолежащие радиаторы, блок прижима выполнен в виде опорной пластины, расположенной на радиаторе, стяжной пластины с резьбовыми отверстиями, в которых расположены стяжные винты, и упругого элемента, размещенного между опорной пластиной и головками стяжных винтов, причем замкнутая обечайка охватывает блок прижима, при этом предпочтительно упругий элемент блока прижима выполнять в виде пластинчатой пружины, которая расположена между обечайкой и стяжной пластиной, причем окончания стяжных винтов размещены на опорной пластине; упругий элемент блока прижима выполнять в виде тарельчатой пружины с размещенным на ней опорным элементом, причем тарельчатая пружина расположена на опорной пластине, а окончание стяжного винта - на опорном элементе; термоэлектрический генератор выполнять с несколькими блоками прижима; блок прижима размещен на каждом радиаторе; теплоприемник выполнен с системой вертикальных каналов, распределенных по его теплоприемной поверхности, при этом каналы расположены в шахматном порядке. To achieve the specified technical result, a thermoelectric generator containing a heat source made in the form of a gas burner, a heat receiver, thermoelectric modules located on it, cooling radiators placed on thermoelectric modules, at least one clamping unit and housing, an additional enclosed shell is introduced, covering opposite radiators, the clamping unit is made in the form of a support plate located on the radiator, a clamping plate with threaded holes in which are located the clamping screws and the elastic element located between the base plate and the heads of the clamping screws, and the closed shell covers the clamping unit, while preferably the elastic element of the clamping unit is made in the form of a leaf spring, which is located between the shell and the clamping plate, and the ends of the clamping screws are placed on the base plate; the elastic element of the clamping unit is made in the form of a disk spring with a supporting element placed on it, and the disk spring is located on the support plate, and the end of the clamping screw on the supporting element; to perform a thermoelectric generator with several pressure blocks; a clamp unit is placed on each radiator; the heat sink is made with a system of vertical channels distributed over its heat-receiving surface, while the channels are staggered.
Теплоприемник в данном термоэлектрическом генераторе выполняет функции одного из элементов системы прижима, так как на его внешних гранях размещаются термоэлектрические модули и не требуется введение специальных опорных элементов. Введение замкнутой обечайки, охватывающей противолежащие радиаторы, позволяют использовать ее в качестве второго элемента системы прижима, поскольку эта обечайка охватывает противолежащие радиаторы и при помощи блока прижима создает постоянное усилие прижима охлаждающих радиаторов к термоэлектрическим модулям. Одновременно замкнутая обечайка выполняет функции элемента сборки различных узлов генератора, что позволяет предельно упростить конструкцию. Выполнение блока прижима в виде опорной пластины, расположенной на радиаторе, стяжной пластины с резьбовыми отверстиями, в которых расположены стяжные винты, и упругого элемента, расположенного между опорной пластиной и головками стяжных винтов, позволяет максимально упростить конструкцию блока прижима, так как усилие прижима создается упругим элементом при завинчивании стяжных винтов в резьбовые отверстия стяжной пластины, т.е. блок прижима по существу выполняется в виде пластин и стяжных винтов, при этом одновременно используются новые свойства замкнутой обечайки, передающей усилия прижима через радиаторы на термоэлектрические модули, прижимаемые одновременно к теплоприемнику. При этом не требуется введения в конструкцию генератора дополнительных многочисленных элементов для фиксации взаимного расположения сборки теплоприемник - термоэлектрические модули - охлаждающие радиаторы, поскольку их функции выполняет замкнутая обечайка. Предпочтительно (особенно при незначительной - 10-50 Вт - электрической мощности, вырабатываемой термоэлектрическим генератором) упругий элемент блока прижима выполнять в виде пластинчатой пружины, которую размещать между обечайкой и стяжной пластиной, с расположением окончаний стяжных винтов на опорной пластине, так как при этом достигается предельное упрощение конструкции блока прижима и обеспечивается требуемая величина усилия прижима. При значительной величине вырабатываемой электрической мощности (более 100 Вт) вследствие увеличения площади поверхности термоэлектрических модулей - приходится увеличивать и общее усилие пружины, и в этом случае предпочтительно упругий элемент блока прижима выполнять в виде тарельчатой пружины с размещенным на ней опорным элементом, причем тарельчатую пружину размещать на опорной пластине, а окончание стяжного винта размещать на опорном элементе, поскольку подобное выполнение упругого элемента практически снимает ограничения на величину общего усилия прижима за счет подбора соответствующей тарельчатой пружины, и одновременно сохраняется простота конструкции блока прижима. При значительной электрической мощности термоэлектрического генератора предпочтительно выполнять его с двумя или несколькими блоками прижима, например, размещая их на каждом охлаждающем радиаторе, так как это позволит выполнять их более компактными. The heat receiver in this thermoelectric generator performs the functions of one of the elements of the clamping system, since thermoelectric modules are placed on its outer faces and the introduction of special supporting elements is not required. The introduction of a closed shell covering opposing radiators allows it to be used as the second element of the clamping system, since this shell covering opposing radiators and using the clamp block creates a constant pressure force of cooling radiators to thermoelectric modules. At the same time, a closed shell performs the functions of an assembly element of various generator assemblies, which makes it possible to simplify the design extremely. The implementation of the clamping unit in the form of a support plate located on the radiator, a clamping plate with threaded holes in which the coupling screws are located, and an elastic element located between the supporting plate and the heads of the coupling screws, makes it possible to simplify the design of the clamping unit as much as the clamping force is elastic element when tightening the clamping screws into the threaded holes of the clamping plate, i.e. the clamping unit is essentially made in the form of plates and coupling screws, while at the same time new properties of the closed shell are used, which transfers the clamping forces through radiators to thermoelectric modules pressed simultaneously to the heat receiver. In this case, it is not necessary to introduce numerous additional elements into the generator design to fix the relative position of the assembly of the heat receiver - thermoelectric modules - cooling radiators, since their function is performed by a closed shell. It is preferable (especially if the electric power generated by the thermoelectric generator is insignificant - 10-50 W). The elastic element of the clamping unit is made in the form of a leaf spring, which is placed between the shell and the clamping plate, with the location of the ends of the clamping screws on the base plate, as this achieves extreme simplification of the design of the clamping unit and provides the required amount of pressure. With a significant amount of generated electric power (more than 100 W) due to an increase in the surface area of thermoelectric modules, it is necessary to increase the total spring force, in which case it is preferable to perform the elastic element of the clamping unit in the form of a disk spring with a supporting element placed on it, and place the disk spring on the support plate, and the end of the clamping screw should be placed on the support element, since such an implementation of the elastic element practically removes the restrictions on The reason for the total clamping force due to the selection of the corresponding disk spring, and at the same time, the simplicity of the design of the clamping unit is maintained. With significant electrical power of the thermoelectric generator, it is preferable to carry it out with two or more pressure blocks, for example, placing them on each cooling radiator, as this will make them more compact.
Выполнение теплоприемника в виде прямоугольного параллелепипеда с системой вертикальных каналов, распределенных по его теплоприемной поверхности, обеспечивает максимально низкий перепад температур от центра к периферии вследствие сокращения пути теплового потока при максимальной плотности упаковки каналов, чему в наибольшей степени способствует расположение каналов в шахматном порядке, так как при этом увеличивается площадь поверхности, через которую проходит тепловой поток, в сравнении, например, с линейным расположением каналов. The implementation of the heat sink in the form of a rectangular parallelepiped with a system of vertical channels distributed over its heat-receiving surface provides the lowest possible temperature difference from the center to the periphery due to the reduction of the heat flow path at the maximum packing density of the channels, which is most facilitated by the staggered arrangement of the channels, since this increases the surface area through which the heat flux passes, in comparison, for example, with a linear arrangement of channels .
На фиг. 1 изображен термоэлектрический генератор, поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - стыковка охлаждающего радиатора с корпусом; на фиг. 4 - блок прижима, использующий тарельчатую пружину. In FIG. 1 shows a thermoelectric generator, cross section; in FIG. 2 - the same, top view; in FIG. 3 - docking of the cooling radiator with the housing; in FIG. 4 - clamp block using a disk spring.
Термоэлектрический генератор содержит камеру сгорания 1, на стенке которой расположена теплоизоляционная оболочка 2 с отверстиями 3 в донной части, дверцу (не показана), трубопроводы 4 камеры сгорания с отверстиями 5 в них, теплоприемник 6 с вертикальными каналами 7, термоэлектрические модули 8 с токовыводами 9 и 10. охлаждающие радиаторы 11 и 12, замкнутую обечайку 13, блок прижима, включающий опорную пластину 14, стяжную пластину 15 с резьбовыми отверстиями, упругий элемент, выполненный в виде пластинчатой пружины 16, стяжные винты 17 и 18, корпус 19 с опорными стойками 20, регулируемые опоры 22 и 23, опорные стойки 24 с фиксаторами 25, окно 26 в нижней стенке корпуса. Во втором варианте выполнения блока прижима имеется опорный элемент 27 с углублением 28 для окончания стяжного винта 17 и упругий элемент, выполненный в виде пластинчатой пружины 16. The thermoelectric generator contains a combustion chamber 1, on the wall of which there is a heat-insulating
Камеру сгорания 1 предпочтительно выполнять из тонкостенного (с толщиной стенок - десятые доли мм) материала с низким коэффициентом отражения -0,03-0,1, позволяющим уменьшить тепловые потери излучением за счет концентрации его на теплоприемник. Камера сгорания 1 может быть прикреплена к теплоприемнику 6, например, винтами или заклепками непосредственно или через слой теплоизоляции, что уменьшает утечки тепла. Теплоизоляционная оболочка 2 снижает паразитные утечки за счет конвенции. Теплоприемник 6 предпочтительно выполнять из высокотеплопроводных материалов например из алюминия или его сплавов, чугуна, и т.п., при этом протяженность граней, на которых размещают термоэлектрические модули 3, следует выбирать превышающими длину боковых граней для снижения теплопотерь. Вертикальные каналы 7 равномерно распределены по теплоприемной поверхности в шахматном порядке. Термоэлектрические модули 8 выполняются в виде термоэлектрических батарей (см. фиг. 1), ветви термоэлементов которых изготавливают из высокоэффективных полупроводниковых материалов, например из тройных сплавов на основе теллурида висмута, соединяемых через промежуточные слои коммутационными шинами из металлов, например из алюминия, при этом термоэлектрические батареи снабжены теплоконтактными слоями, например, из слюды и размещены в герметичных чехлах, заполненных инертным газом, с целью повышения ресурсной стабильности. Токоотводы 9 и 10 выводятся из герметичных чехлов через герметичные электровыводы (не показаны). Охлаждающие радиаторы 11 и 12 выполняются в виде оребренных систем с толщиной пластин 1-2 мм, изготавливаемых из высокотеплопроводных материалов, например из алюминия или его сплавов. Замкнутая обечайка 13 выполняется из листового материала, например из нержавеющей стали, толщиной десятые доли мм. Высоту замкнутой обечайки 13 выбирают несколько меньше (десятые доли мм) высоты охлаждающих радиаторов 11 и 12. К материалам, применяемым для изготовления опорной пластины 14, стяжной пластины 15 и пластинчатой пружины 16, не предъявляются особые требования за исключением коррозионной стойкости. The combustion chamber 1 is preferably made of thin-walled (with wall thickness - tenths of mm) material with a low reflection coefficient of -0.03-0.1, which allows to reduce heat loss by radiation due to its concentration on the heat receiver. The combustion chamber 1 can be attached to the
Описываемый термоэлектрический генератор работает следующим образом. The described thermoelectric generator operates as follows.
Открывают дверцу (не показана) камеры сгорания 1 и после подачи газа в трубопроводы 4 проводят его поджиг через отверстия 5. Дверцу закрывают и осуществляют нагрев теплоприемника 6 до требуемой температуры. Продукты сгорания поступают в вертикальные каналы 7 теплоприемника и тепловой поток с внешних поверхностей теплоприемника 6 поступает на термоэлектрические модули 8, создавая перепад температур на ветвях термоэлектрических батарей (см. фиг. 1). За счет эффекта Зеебека в них генерируется термоЭДС и в электрическую нагрузку с токоотводов 9 и 10 поступает полезная электроэнергия. Отработанное тепло с пластин охлаждающих радиаторов 11 и 12 отводится за счет теплообмена с окружающей средой. При сборке термоэлектрического генератора стяжные винты 17 и 18 ввинчивались в стяжные пластины 15, при этом происходил прогиб пластинчатой пружины 16, и окончания стяжных винтов 17 и 18, передавали на опорную пластину 14 усилие прижима. Таким образом осуществлялся прижим термоэлектрических модулей 3 к теплоприемнику 6 и охлаждающего радиатора 12 к термоэлектрическому модулю 8, одновременно посредством замкнутой обечайки 13 обеспечивался прижим охлаждающего радиатора 11 к термоэлектрическому модулю 8. При разогреве термоэлектрического генератора до рабочей температуры происходит компенсация термических деформаций термоэлементов термоэлектрических модулей 8 за счет деформаций пластинчатой пружины 16 и деформаций замкнутой обечайки 13. Одновременно при деформациях обеспечивается устойчивое усилие прижима в системе: теплоприемник 6, термоэлектрические модули 8, охлаждающие радиаторы 11 и 12. Open the door (not shown) of the combustion chamber 1 and after supplying gas to the
Описываемый термоэлектрический генератор может быть изготовлен с применением широко распространенных на практике средств. Так, теплоприемник может быть выполнен из алюминиевых сплавов типа АГ4 или чугуна. Термоэлектрические батареи предпочтительно изготавливать из высокоэффективных полупроводниковых материалов, например из тройных сплавов на основе теллурида висмута с коммутацией через прослойки, выполненные, например, из кобальта при помощи алюминиевых шин. Пластинчатые пружины могут быть изготовлены в виде полос из пружинных сталей. Замкнутую обечайку можно изготавливать из листовой нержавеющей стали, например, сваривая концевые кромки внахлест. The described thermoelectric generator can be manufactured using widely used means in practice. So, the heat sink can be made of aluminum alloys such as AG4 or cast iron. Thermoelectric batteries are preferably made of high-performance semiconductor materials, for example, triple alloys based on bismuth telluride with switching through interlayers made, for example, of cobalt with aluminum bars. Leaf springs can be made in the form of strips of spring steels. The closed shell can be made of stainless steel sheet, for example, by welding the end edges with an overlap.
В сравнении с известными термоэлектрическими генераторами, использующими блоки прижима, выполненные в виде набора большого количества многоэлементных систем, и недостаточно совершенные теплоприемники, в заявленном генераторе удалось существенно упростить конструкцию за счет усовершенствования теплоприемника с введением камеры сгорания и значительно упростить конструкцию блока прижима с введением замкнутой обечайки, заменившей многие элементы стяжек. Указанные совершенствования конструкции позволили снизить общую стоимость термоэлектрического генератора. Кроме того, разработка и использование более совершенной системы прижима позволило обеспечить постоянство усилий прижима по всей поверхности термоэлектрического модуля, что наряду с совершенствованием конструкции теплоприемника способствует повышению эффективности термоэлектрического генератора и соответствующему снижению его стоимости, наряду с совершенствованием конструкции теплоприемника способствует повышению эффективности термоэлектрического генератора и соответствующему снижению его стоимости. In comparison with the known thermoelectric generators using clamping blocks made in the form of a set of a large number of multi-element systems and insufficiently perfect heat sinks, the claimed generator was able to significantly simplify the design by improving the heat sink with the introduction of a combustion chamber and significantly simplify the design of the clamp block with the introduction of a closed shell replacing many elements of couplers. These design improvements have reduced the total cost of the thermoelectric generator. In addition, the development and use of a more advanced clamping system made it possible to ensure a constant clamping force over the entire surface of the thermoelectric module, which, along with improving the design of the heat sink, helps to increase the efficiency of the thermoelectric generator and a corresponding decrease in its cost, along with improving the design of the heat sink, it improves the efficiency of the thermoelectric generator reduce its value.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5037963/25A RU2018197C1 (en) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | Thermoelectric generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5037963/25A RU2018197C1 (en) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | Thermoelectric generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018197C1 true RU2018197C1 (en) | 1994-08-15 |
Family
ID=21602180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5037963/25A RU2018197C1 (en) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | Thermoelectric generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2018197C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529437C2 (en) * | 2013-01-23 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" | Thermoelectric generator |
RU171132U1 (en) * | 2016-12-07 | 2017-05-22 | Закрытое акционерное общество "Электронные и механические измерительные системы" (ЗАО "ЭМИС") | THERMOELECTRIC GENERATOR |
-
1992
- 1992-04-15 RU SU5037963/25A patent/RU2018197C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 288069, кл. H 01L 35/32, 1969. * |
Фрадкин Г.М. Радиоизотопные термогенераторы. М.: Атомиздат, 1978, с.255-258,. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2529437C2 (en) * | 2013-01-23 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" | Thermoelectric generator |
RU171132U1 (en) * | 2016-12-07 | 2017-05-22 | Закрытое акционерное общество "Электронные и механические измерительные системы" (ЗАО "ЭМИС") | THERMOELECTRIC GENERATOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4520305A (en) | Thermoelectric generating system | |
CA1210079A (en) | Thermoelectric installation | |
US3325312A (en) | Thermoelectric panels | |
TW425729B (en) | Thermal electric module unit | |
US3213630A (en) | Thermoelectric apparatus | |
US5156004A (en) | Composite semiconductive thermoelectric refrigerating device | |
US3208877A (en) | Thermoelectric panels | |
US6020671A (en) | In-line thermoelectric module | |
US20200358057A1 (en) | Battery cell carrier and enclosure for stack assembly comprising multiple battery cell carriers | |
KR102062778B1 (en) | Cooling Apparatus using thermoelectric module | |
RU2018197C1 (en) | Thermoelectric generator | |
JPS6327861B2 (en) | ||
WO2003071198A1 (en) | A heat transfer apparatus | |
US3266944A (en) | Hermetically sealed thermoelectric generator | |
JP2563524B2 (en) | Thermoelectric device | |
US3370434A (en) | Thermoelectric heat exchanger | |
GB1093620A (en) | Thermo-electric heat exchange apparatus | |
JP2543854B2 (en) | Plate type heat exchanger | |
JPH08162680A (en) | Thermo-electric converter | |
JPH1140863A (en) | Thermoelectric generator | |
SU1721862A1 (en) | Radioelectronic unit | |
JPH0141101Y2 (en) | ||
RU2782332C1 (en) | Thermoelectric air conditioner | |
CN113691165B (en) | Industrial integrated thermoelectric power generation device | |
JPH06174249A (en) | Optical and thermal complex panel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050416 |