RU2813968C1 - Термоэлектрический импульсный генератор - Google Patents
Термоэлектрический импульсный генератор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813968C1 RU2813968C1 RU2023125339A RU2023125339A RU2813968C1 RU 2813968 C1 RU2813968 C1 RU 2813968C1 RU 2023125339 A RU2023125339 A RU 2023125339A RU 2023125339 A RU2023125339 A RU 2023125339A RU 2813968 C1 RU2813968 C1 RU 2813968C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diaphragm
- working medium
- inlet
- outlet
- thermoelectric
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, где может быть использовано в конструкциях океанических тепловых станций, а также к теплоэнергетике, где может быть использовано в системах теплоснабжения с независимым подключением абонентов, и направлено на расширение функциональных возможностей за счет обеспечения попутной генерации электроэнергии. Известный термоэлектрический импульсный генератор, включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая зона - с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, дополнительно содержит термоэлектрический генератор, представляющий собой последовательное соединение p и n -полупроводников, ударный узел, насос-нагнетатель, гибкий шлейф и клеммы подключения нагрузки, причем термоэлектрический генератор вмонтирован в центр диафрагмы, ударный узел установлен на выходном патрубке рабочей среды, насос-нагнетатель установлен на входном патрубке рабочей среды, гибкий шлейф расположен внутри полого корпуса и соединен с термоэлектрическим генератором и клеммами подключения нагрузки, установленными на внешней стороне полого корпуса. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, где может быть использовано в конструкциях океанических тепловых станций для получения электроэнергии, а также к теплоэнергетике, где может быть использовано в системах теплоснабжения с независимым подключением абонентов для обеспечения совместного процесса нагнетания жидкости и попутной генерации электроэнергии в условиях колебательной циркуляции теплоносителя.
Уровень техники
Известно техническое решение термоэлектрической океанической тепловой электростанции (Jayadev, T. S., Benson, D. K., Bohn M. S.; Thermoelectric Ocean Thermal Energy Conversion; С.6, рисунок 2-1В. URL: https://www.nrel.gov/docs/legosti/old/254.pdf, дата обращения 26.08.2023), содержащее полый корпус, разделенный посредством термоэлектрической перегородки на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками горячей среды, а вторая с входным и выходными патрубками холодной среды, при этом на каждом из входных патрубков установлены циркуляционные насосы.
Среди недостатков данной конструкции следует отметить необходимость использования двух циркуляционных насосов и относительно низкую эффективность использования температурного градиента применительно к выработке электрической энергии.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный нагнетатель-теплообменник (патент RU на ПМ № 167942, опубл. 12.01.2017, МПК F24D3/00, F28D9/04, F04F7/00), включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, которое выполнено из пластины высокотеплопроводящего материала.
Недостаток прототипа заключается в его относительно низких функциональных возможностях.
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения попутной генерации электроэнергии.
Технический результат заключается в использовании термоэлектрического генератора в качестве стенки, разделяющей потоки холодного и горячего теплоносителей.
Это достигается тем, что известный термоэлектрический импульсный генератор, включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая зона - с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, дополнительно содержит термоэлектрический генератор, представляющий собой последовательное соединение p и n - полупроводников, ударный узел, насос-нагнетатель, гибкий шлейф и клеммы подключения нагрузки, причем термоэлектрический генератор вмонтирован в центр диафрагмы, ударный узел установлен на выходном патрубке рабочей среды, насос-нагнетатель установлен на входном патрубке рабочей среды, гибкий шлейф расположен внутри полого корпуса и соединен с термоэлектрическим генератором и клеммами подключения нагрузки, установленными на внешней стороне полого корпуса.
Краткое описание чертежей (если они содержатся в заявке)
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый термоэлектрический импульсный генератор.
Осуществление изобретения
Термоэлектрический импульсный генератор содержит полый корпус 1, разделенный посредством диафрагмы 2 на две гидравлически изолированные зоны 3, 4. Первая гидравлически изолированная зона 3 соединена с входным патрубком 5 рабочей среды и выходным патрубком рабочей среды 6. Вторая гидравлически изолированная зона 4 соединена с обратными клапанами входа 7 и выхода 8 нагнетаемой среды. Пружина 9 установлена между полым корпусом 1 и диафрагмой 2. Пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка 5 к выходному патрубку 6 выполнено в форме профилированного канала 10, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону 3 полого корпуса 1, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы 2. Термоэлектрический генератор 11, представляющий собой последовательное соединение p и n -полупроводников 12,13, вмонтирован в центр диафрагмы 2. Ударный узел 14 установлен на выходном патрубке рабочей среды 6. Насос-нагнетатель 15 установлен на входном патрубке рабочей среды 5. Гибкий шлейф 16 расположен внутри полого корпуса 1 и соединен с термоэлектрическим генератором 11 и клеммами подключения нагрузки 17, установленными на внешней стороне полого корпуса 1.
Термоэлектрический импульсный генератор работает следующим образом.
В условиях использования термоэлектрического импульсного генератора в качестве океанической электрической станции техническое решение погружают в водный бассейн, обладающий градиентом температуры, распределенным по высоте этого бассейна, таким образом, чтобы насос-нагнетатель 15 оказался внизу, в зоне более низких температур этого бассейна, а обратные клапаны входа 7 и выхода 8 нагнетаемой среды - вверху, в зоне более высоких температур.
Обратный клапан входа 7 нагнетаемой среды связывают с верхним (теплым) уровнем водного бассейна на рисунке не указан), а обратный клапан выхода 8 нагнетаемой среды подключают к ее приемнику (на рисунке не указан). Выход ударного узла 14 подключают к приемнику рабочей среды (на рисунке не указан).
При этом длину входного патрубка рабочей среды 5, жесткость пружины 9, напор и расход насоса-нагнетателя 15 подбирают на основании предварительных расчетов устройства с учетом требуемой высоты всасывания и нагнетания жидкой среды.
При включении насоса-нагнетателя 15 происходит подача рабочей (холодной) среды снизу водного бассейна по входному патрубку 5 в первую гидравлически изолированную зону 3 полого корпуса 1. Рабочая среда проходит через гидравлически изолированную зону 3 по профилированным каналам 10, соприкасаясь с диафрагмой 2 и термоэлектрическим генератором 11. Далее рабочая (холодная) среда покидает первую гидравлически изолированную зону 3 через выходной патрубок 6 и ударный узел 14.
При истечении рабочей (холодной) среды через ударный узел 14 его проходное сечение закрывается в автоматическом или внешне-управляемом режиме (в зависимости от конструкции применяемого устройства ударного узла 14) в результате чего возникает гидравлический удар. Положительная волна создаваемого гидроудара, устремляясь от закрытого ударного узла 14 по профилированному каналу 10 первой гидравлически изолированной зоны 3 и входному патрубку рабочей среды 5 к насосу-нагнетателю 15, обеспечивает перемещение диафрагмы 2 с термоэлектрическим генератором 11 вверх. Это вызывает вытеснение нагнетаемой (теплой) среды из второй гидравлически изолированной зоны 4 в обратный клапан выхода 8 нагнетаемой (теплой) среды. При этом пружина 9 оказывается в сжатом состоянии.
После того, как положительная волна гидравлического удара исчерпает свою энергию и сменит знак на противоположный, отрицательная волна гидравлического удара устремляется от насоса-нагнетателя 15, по входному патрубку рабочей среды 5, в профилированный канал 10 первой гидравлически изолированной зоны 3 к закрытому ударному узлу 14. В этот момент проходное сечение ударного узла 14 открывается и циркуляция рабочей (холодной) среды возобновляется в описанной ранее последовательности.
Сжатая пружина 9 перемещает диафрагму 2 и связанный с ней термоэлектрический генератор 11 из второй гидравлически изолированной зоны 4 в первую гидравлически изолированную зону 3. Это способствует всасыванию новой порции нагнетаемой (теплой) среды через обратный клапан входа нагнетаемой среды 7.
При последующем закрытии проходного сечения ударного узла 14 процессы циркуляции рабочей (холодной) среды и нагнетаемой (теплой) среды, относительно разделяющей их поверхности термоэлектрического генератора 11 диафрагмы 2, повторятся в описанной выше последовательности.
В условиях присутствующего градиента температур относительно поверхностей термоэлектрического генератора 11, одна из которой расположена в первой гидравлически изолированной зоне 3 с рабочей (холодной) средой, а вторая во второй гидравлически изолированной зоне 4 с нагнетаемой (теплой) средой, происходит генерация электрической энергии, которая при помощи гибкого шлейфа 16 выводится на внешнюю поверхность полого корпуса 1 к клеммам подключения нагрузки 17.
При использовании технического решения в теплоэнергетике в системах теплоснабжения с независимым подключением абонентов, через входной патрубок рабочей среды 5 и выходной патрубок рабочей среды 6 обеспечивают, например, циркуляцию высокотемпературного теплоносителя из тепловой сети, а обратный клапан входа 7 и обратный клапан выхода 8 подключают последовательно в трубопровод циркуляции нагреваемого теплоносителя (на рисунке не указан). Принцип действия устройства остается вышеописанным, а ориентация устройства в этом случае может быть произвольной.
В результате использования данной конструкции термоэлектрического импульсного генератора обеспечивается подача нагнетаемой среды от использования потенциала колебательной циркуляции рабочей среды при попутной выработке электроэнергии с применением только одного циркуляционного насоса. Колебательная циркуляция холодного и горячего теплоносителей относительно разделяющей их термоэлектрической перегородки способствует интенсификации теплообмена и, соответственно, повышению коэффициента выработки электроэнергии.
Использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения попутной генерации электроэнергии.
Claims (1)
- Термоэлектрический импульсный генератор, содержащий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая – с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, отличающийся тем, что он снабжен термоэлектрическим генератором, представляющим собой последовательное соединение p и n - полупроводников, ударным узлом, насосом-нагнетателем, гибким шлейфом и клеммами подключения нагрузки, причем термоэлектрический генератор установлен в центр диафрагмы, ударный узел установлен на выходном патрубке рабочей среды, насос-нагнетатель установлен на входном патрубке рабочей среды, гибкий шлейф расположен внутри полого корпуса и соединен с термоэлектрическим генератором и с клеммами подключения нагрузки, установленными на внешней стороне полого корпуса.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2813968C1 true RU2813968C1 (ru) | 2024-02-20 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120043389A1 (en) * | 2009-04-29 | 2012-02-23 | Semsystem Co., Ltd. | Apparatus for automatically controlling a constant flow by considering a heating load the specification of which |
RU167942U1 (ru) * | 2016-07-25 | 2017-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Импульсный нагнетатель-теплообменник |
RU192805U1 (ru) * | 2019-07-05 | 2019-10-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Импульсный нагнетатель-теплообменник |
RU2718399C1 (ru) * | 2019-10-22 | 2020-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» | Ударный узел |
RU2804986C1 (ru) * | 2023-03-23 | 2023-10-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Ударный узел |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120043389A1 (en) * | 2009-04-29 | 2012-02-23 | Semsystem Co., Ltd. | Apparatus for automatically controlling a constant flow by considering a heating load the specification of which |
RU167942U1 (ru) * | 2016-07-25 | 2017-01-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Импульсный нагнетатель-теплообменник |
RU192805U1 (ru) * | 2019-07-05 | 2019-10-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Импульсный нагнетатель-теплообменник |
RU2718399C1 (ru) * | 2019-10-22 | 2020-04-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» | Ударный узел |
RU2804986C1 (ru) * | 2023-03-23 | 2023-10-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Ударный узел |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4170878A (en) | Energy conversion system for deriving useful power from sources of low level heat | |
US4030303A (en) | Waste heat regenerating system | |
RU98060U1 (ru) | Система теплоснабжения | |
US8429913B2 (en) | Liquid displacer engine | |
CN105656352A (zh) | 一种地热发电装置 | |
CN110726317A (zh) | 一种有温差发电驱动和温度预警的超声波脉动热管散热器 | |
CN108322096A (zh) | 一种地热温差发电方法及系统 | |
RU2813968C1 (ru) | Термоэлектрический импульсный генератор | |
JP2013521434A (ja) | スターリングサイクルを使用するエネルギー変換器 | |
CN110242362B (zh) | 超临界二氧化碳布雷顿循环做功系统 | |
US11199114B2 (en) | Devices, systems, and methods for generating power | |
US20050115242A1 (en) | Heat engine with hydraulic output | |
RU167942U1 (ru) | Импульсный нагнетатель-теплообменник | |
US10947926B1 (en) | Devices, systems, and methods for generating power | |
CN108775275B (zh) | 单井闭式循环井下热电发电系统及方法 | |
US4537030A (en) | Ocean thermal energy system | |
CN113294307B (zh) | 一种波浪能辅助温差能发电系统 | |
CN115765524A (zh) | 小型海上太阳能温差发电装置的构建及工作方法 | |
RU189928U1 (ru) | Водо-водяной теплообменник | |
CN218467758U (zh) | 一种以海底热液为热源的温差能发电装置 | |
CN219181427U (zh) | 小型海上太阳能温差发电装置 | |
RU2818429C1 (ru) | Импульсный нагнетатель | |
RU2758213C1 (ru) | Морской теплогенератор | |
SU1307084A1 (ru) | Устройство дл преобразовани низкопотенциальной теплоты в работу | |
CN212250702U (zh) | 一种紊流式油冷却器 |