UA32741U

UA32741U - Thermoelectric generator at organic fuel

Info

Publication number: UA32741U
Application number: UAU200801009U
Authority: UA
Inventors: Luk Ian Ivanovych Anatychuk; Liubov Tymofiivna Strutynska; Vilius Yaroslavo Mykhailovskyi
Original assignee: Inst Thermal Electricity
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2008-05-26

Abstract

The invention proposes a thermoelectric generator working at an organic fuel. It comprises thermoelectric modules located in aria between cold and hot heat- exchangers, and a burner at gas or liquid fuel, heat receiving radiators, and a combustion chamber.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до області енергетики, зокрема до термоелектричних приладів і знайде 2 застосування для перетворення теплової енергії згоряння рідкого і газового органічного палива в електричну енергію.The useful model refers to the field of energy, in particular, to thermoelectric devices and will find 2 applications for the conversion of thermal energy of combustion of liquid and gaseous organic fuels into electrical energy.

Відомий термоелектричний генератор |1), який містить полум'яне джерело тепла на рідкому або газовому паливі, термоелектричні модулі розташовані між гарячим і холодним радіаторами відповідно для підведення та відведення тепла від модулів. За гарячий радіатор у термогенераторі використано пустотілу трубу квадратної 70 форми або, згідно другого варіанту, теплопровідний кронштейн у вигляді пластини. Холодний радіатор виготовлено у вигляді обичайки з ребрами на зовнішній поверхні. Головним недоліком генератора є низька ефективність радіаторів для підведення та відведення тепла від модулів і нераціональне розташування модулів, наслідком цього є низька ефективність генератора і низька вихідна електрична потужність «- 0,5Вт при 68.Known thermoelectric generator |1), which contains a flame source of heat on liquid or gas fuel, thermoelectric modules are located between hot and cold radiators, respectively, to supply and remove heat from the modules. For the hot radiator in the thermogenerator, a hollow tube of square 70 shape is used or, according to the second option, a heat-conducting bracket in the form of a plate. The cold radiator is made in the form of a shell with ribs on the outer surface. The main disadvantage of the generator is the low efficiency of the radiators for supplying and removing heat from the modules and the irrational location of the modules, the consequence of which is the low efficiency of the generator and low output electrical power "- 0.5 W at 68.

Відомий портативний термогенератор (|2)| для живлення ноутбука або зарядки його акумулятора. Генератор 79 складається з полум'яного газового пальника, термоелектричних модулів та системи відведення тепла від модулів, яка має вигляд металевої ємності заповненої речовиною з високою теплоємністю та фазовим переходом при 75020. У даному випадку це кристалогідрат МіЇМО 3) «ВНаО . Недоліком генератора є складна конструкція і нестабільність електричних параметрів, що зумовлено поступовим нагріванням тепловідводу, го зменшенням різниці температур між холодною та гарячою сторонами модуля, внаслідок чого вихідна електрична потужність генератора поступово зменшується. Крім того, розглянутий генератор періодичної дії. Він генерує електричну потужність приблизно 20 хвилин. Далі градієнт температур суттєво зменшується і для поновлення циклу генерування необхідно охолодити тепловідвід.The famous portable thermal generator (|2)| to power the laptop or charge its battery. Generator 79 consists of a flame gas burner, thermoelectric modules and a heat removal system from the modules, which has the form of a metal container filled with a substance with a high heat capacity and a phase transition at 75020. In this case, it is crystal hydrate MiIMO 3) "ВНаО . The disadvantage of the generator is the complex design and the instability of the electrical parameters, which is caused by the gradual heating of the heat sink and the decrease in the temperature difference between the cold and hot sides of the module, as a result of which the output electrical power of the generator gradually decreases. In addition, the periodic generator is considered. It generates electrical power for about 20 minutes. Further, the temperature gradient is significantly reduced, and to renew the generation cycle, it is necessary to cool the heat sink.

Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є термогенератор |З) на органічному паливі, що об Містить гарячий теплообмінник, ребра якого розташовані на виході гарячих газів з полум'яного джерела тепла, циліндричного холодного теплообмінника та термоелектричних модулів, розташованих між ними. Холодний - теплообмінник має вигляд циліндричної основи, на зовнішній поверхні якої є пластинчаті ребра для розсіювання тепла шляхом природної конвекції повітря. Головним недоліком такого генератора є низька ефективність відведення тепла від гарячих газів і від термоелектричних модулів, внаслідок чого загальна ефективність - зо перетворення теплової енергії в електричну низька (до 1.595). Крім того, генератор може бути використаний для живлення електричних споживачів потужністю не більше ЗВт. «ІThe closest to the proposed useful model is the thermogenerator |Z) on organic fuel, which contains a hot heat exchanger, the fins of which are located at the outlet of hot gases from a flame heat source, a cylindrical cold heat exchanger and thermoelectric modules located between them. Cold - the heat exchanger has the form of a cylindrical base, on the outer surface of which there are lamellar ribs for dissipating heat by natural air convection. The main disadvantage of such a generator is the low efficiency of heat removal from hot gases and from thermoelectric modules, as a result of which the overall efficiency of converting thermal energy into electricity is low (up to 1.595). In addition, the generator can be used to power electrical consumers with a power of no more than ZW. "AND

Тому актуальним є створення термогенератора на органічному паливі, що має вищу ефективність і може ча використовуватись для живлення електричних споживачів у більш широкому діапазоні їх електричних потужностей. сTherefore, it is urgent to create a thermal generator on organic fuel, which has higher efficiency and can be used to power electrical consumers in a wider range of their electrical capacities. with

Вказане завдання вирішується тим, що у термоелектричному генераторі, який складається з джерела тепла с на органічному паливі, термоелектричних модулів, розташованих між холодним та гарячим теплообмінниками, гарячий теплообмінник містить ряд теплоприймальних радіаторів, розташованих коаксіально відносно циліндричного пальника таким чином, що нижня частина утворює камеру згоряння, а верхня - має наскрізні вертикальні циліндричні канали для проходження гарячих газів, причому холодний теплообмінник виконаний у « вигляді основи, одна сторона якої має тепловий контакт з термоелектричним модулем, а протилежна - з -о с рідинним теплорозсіювальним контуром.This task is solved by the fact that in a thermoelectric generator, which consists of a heat source with organic fuel, thermoelectric modules located between cold and hot heat exchangers, the hot heat exchanger contains a number of heat-receiving radiators located coaxially with respect to the cylindrical burner in such a way that the lower part forms a chamber combustion, and the upper one has through vertical cylindrical channels for the passage of hot gases, and the cold heat exchanger is made in the form of a base, one side of which has thermal contact with the thermoelectric module, and the opposite side has a liquid heat dissipating circuit.

Відповідність критерію новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена :з» сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки.Compliance with the "novelty" criterion for the proposed device is ensured by the fact that the set of features declared "from" is not contained in any of the objects of the existing state of the art.

У корисній моделі запропоновано нове рішення для термоелектричного генератора, який складається з джерела тепла на органічному паливі, термоелектричних модулів, розташованих між холодним та гарячим с теплообмінниками, яке полягає в тому, що гарячий теплообмінник містить ряд теплоприймальних радіаторів, розташованих коаксіально відносно циліндричного пальника таким чином, що нижня частина утворює камеру ко згоряння, а верхня - має наскрізні вертикальні циліндричні канали для проходження гарячих газів, причому -1 холодний теплообмінник виконаний у вигляді основи, одна сторона якої має тепловий контакт з Термоелектричним модулем, а протилежна - з рідинним теплорозсіювальним контуром. г» Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - гарячий теплообмінник містить ряд газ теплоприймальних радіаторів, розташованих коаксіально відносно циліндричного пальника таким чином, що нижня частина утворює камеру згоряння, а верхня - має наскрізні вертикальні циліндричні канали для проходження гарячих газів, причому холодний теплообмінник виконаний у вигляді основи, одна сторона якої має св Тепловий контакт з термоелектричним модулем, а протилежна - з рідинним теплорозсіювальним контуром - забезпечує заявленому пристрою необхідний ,винахідницький рівень". с Суть запропонованої корисної моделі пояснюється малюнками.A useful model proposes a new solution for a thermoelectric generator, which consists of an organic fuel heat source, thermoelectric modules located between the cold and hot with heat exchangers, which consists in the fact that the hot heat exchanger contains a number of heat-receiving radiators located coaxially with respect to the cylindrical burner as follows , that the lower part forms a combustion chamber, and the upper part has through vertical cylindrical channels for the passage of hot gases, and the -1 cold heat exchanger is made in the form of a base, one side of which has thermal contact with the Thermoelectric Module, and the opposite side - with a liquid heat dissipating circuit. d» Therefore, a feature that is not found in any of the analogues - the hot heat exchanger contains a number of gas heat-receiving radiators, located coaxially with respect to the cylindrical burner in such a way that the lower part forms a combustion chamber, and the upper part has through vertical cylindrical channels for the passage of hot gases, moreover, the cold heat exchanger is made in the form of a base, one side of which has thermal contact with the thermoelectric module, and the opposite side - with a liquid heat dissipating circuit - provides the claimed device with the necessary, inventive level". The essence of the proposed useful model is explained in the drawings.

На Фіг1, 2 наведено вертикальний та горизонтальний перерізи термогенератора у двох взаємно перпендикулярних площинах, а на Фіг.3 - переріз другого варіанту гарячого теплоприймального радіатора з бо Вертикальними прямокутними каналами.Figures 1 and 2 show the vertical and horizontal sections of the thermogenerator in two mutually perpendicular planes, and Figure 3 shows the section of the second version of the hot heat-receiving radiator with vertical rectangular channels.

Згідно запропонованої корисної моделі термогенератор на органічному паливі (Фіг.1ї1, 2) складається з гарячого теплообмінника, який містить ряд теплоприймальних радіаторів 1, холодного теплообмінника 2 та термоелектричних модулів 3, розташованих між цими теплообмінниками. Теплоприймальні радіатори 1 розташовані коаксіально відносно циліндричного пальника 4 таким чином, що їх нижня частина утворює камеру 65 згоряння палива. Верхня частина радіаторів 1 має наскрізні циліндричні або прямокутні вертикальні канали для проходження гарячих газів, що утворюються при згорянні органічного палива. Відношення площі 5 4 вільного перерізу циліндричних або прямокутних каналів гарячого теплообмінника до площі З » поперечного перерізу проміжків між каналами знаходиться в межах В . д.а - -:1.0 32 2 Холодний теплообмінник 2 виготовлений у вигляді основи (Фіг.1, 2), одна сторона якої має тепловий контакт з термоелектричним модулем 3, а протилежна - з рідинним теплорозсіювальним контуром. Теплорозсіювальний рідинний контур у вигляді вертикально розташованого прямокутника містить замкнену трубу 5 і теплорозсіювальну спіраль б, яка має тепловий контакт з вертикальними трубами рідинного контуру. 16 Співвідношення більших сторін І 4 прямокутника до менших І 5, знаходиться в межах 1 вен о зд а основа 2 холодного теплообмінника 2 має тепловий контакт з трубами 5 теплорозсіювального рідинного контуру на нижній треті висоти вертикальної труби 5. На верхній горизонтальній трубі теплорозсіювального рідинного контуру розташовано патрубок 7 для заповнення його теплоносієм та клапан 8 для скидання надлишкового тиску у 7/5 Відинному контурі.According to the proposed useful model, the thermogenerator on organic fuel (Fig. 1-1, 2) consists of a hot heat exchanger, which contains a number of heat-receiving radiators 1, a cold heat exchanger 2 and thermoelectric modules 3 located between these heat exchangers. The heat-receiving radiators 1 are located coaxially relative to the cylindrical burner 4 in such a way that their lower part forms a fuel combustion chamber 65. The upper part of the radiators 1 has through cylindrical or rectangular vertical channels for the passage of hot gases formed during the combustion of organic fuel. The ratio of the area 5 4 of the free section of the cylindrical or rectangular channels of the hot heat exchanger to the area З» of the cross section of the spaces between the channels is within B. d.a - -:1.0 32 2 Cold heat exchanger 2 is made in the form of a base (Fig. 1, 2), one side of which has thermal contact with the thermoelectric module 3, and the opposite side - with a liquid heat dissipating circuit. The heat-dissipating liquid circuit in the form of a vertically arranged rectangle contains a closed pipe 5 and a heat-dissipating spiral b, which has thermal contact with the vertical pipes of the liquid circuit. 16 The ratio of the larger sides of the rectangle I 4 to the smaller ones I 5 is within 1 vein from the back and the base 2 of the cold heat exchanger 2 has thermal contact with the pipes 5 of the heat dissipating liquid circuit at the lower third of the height of the vertical pipe 5. On the upper horizontal pipe of the heat dissipating liquid circuit there is nozzle 7 for filling it with coolant and valve 8 for releasing excess pressure in the 7/5 Single circuit.

У нижній частині термоелектричного генератора зроблені отвори 9 для надходження повітря, необхідного для згоряння палива, у верхній - розташована димова труба 10 для відведення продуктів згоряння палива. Газове паливо до пальника 4 надходить за допомогою патрубка 11. Вільні проміжки між гарячим і холодним теплообмінниками заповнено тепловою ізоляцією 12.In the lower part of the thermoelectric generator, holes 9 are made for the intake of air necessary for fuel combustion, in the upper part there is a smoke pipe 10 for the removal of fuel combustion products. Gaseous fuel is supplied to the burner 4 through the nozzle 11. The free spaces between the hot and cold heat exchangers are filled with thermal insulation 12.

Працює ТЕГ наступним чином.TEG works as follows.

Тепло, отримане внаслідок згоряння органічного палива, надходить шляхом конвекції і випромінювання до гарячих радіаторів 1, проходить через термоелектричні модулі З і відводиться від них рідким теплоносієм, що циркулює у замкненій трубі 5 (на Фіг.1 показано стрілками). Тепло, відведене від модулів рідким теплоносієм, розсіюється у навколишнє середовище теплорозсіювальними спіралями 6 шляхом природної конвекції повітря.The heat obtained as a result of the combustion of organic fuel enters by convection and radiation to the hot radiators 1, passes through the thermoelectric modules C and is removed from them by the liquid coolant circulating in the closed pipe 5 (shown by arrows in Fig. 1). The heat removed from the modules by the liquid coolant is dissipated into the environment by heat dissipating spirals 6 by natural air convection.

Відпрацьовані гази, що пройшли Через вертикальні канали радіаторів 1, відводяться в навколишнє середовище димовою трубою 10. -The exhaust gases that have passed through the vertical channels of the radiators 1 are discharged into the environment through the smoke pipe 10. -

Внаслідок різниці температур між гарячою та холодною сторонами термоелектричні модулі генерують електричний струм. Електрична потужність ТЕГ при температурі гарячої сторони 290-3002С складає 10-12Вт, напруга 88. При цьому за температури навколишнього середовища 2023 температура холодної сторони модулів с прое знаходиться на рівні 50-552С, що свідчить про високу ефективність системи відведення тепла від модулів.Due to the temperature difference between the hot and cold sides, thermoelectric modules generate an electric current. The electric power of the TEG at a temperature of the hot side of 290-3002С is 10-12W, voltage 88. At the same time, at an ambient temperature of 2023, the temperature of the cold side of the modules is at the level of 50-552С, which indicates the high efficiency of the heat removal system from the modules.

Запропонований генератор може використовуватись для живлення різноманітної радіо-і телеапаратури, - систем охоронної сигналізації, телеметрії, екологічного моніторингу, а також для зарядки акумуляторів, в тому ча числі для мобільних телефонів і ноутбуків.The proposed generator can be used to power various radio and television equipment, security alarm systems, telemetry, environmental monitoring, as well as to charge batteries, including those for mobile phones and laptops.

Джерела інформації с 1. Пат. О5 2002/0070633 А1. МКИ: В6О0І 71/02, ЕІесіісаІ рожшег депегайог / ММатеп Еті! ЗаІепдег, СаргієЇ «9Sources of information from 1. Pat. O5 2002/0070633 A1. MKY: В6О0И 71/02, ЕИесиисаИ рожшег депегайог / MMatep Eti! ZaIepdeg, Sargiei "9

Нопз-Оїїміег (05). - Опубл.13.06.2002. 2. Пат. ЕР 1571718 А. МКИ: НОТІ 35/30; НОТІ 35/00. Ропаріє аррагай5 їТог депегайпоу еїесігіса! епегду мА а (Негтоеїйесігіс еіетепі. / Е.А. мап деп Вгапаної (МІ) - Опубл.04.03.2004.Nopz-Oiimieg (05). - Published on June 13, 2002. 2. Pat. ER 1571718 A. MKY: NOTES 35/30; NOTES 35/00. Roparie arragai5 iTog depegaipou eiesegisa! epegdu MA a (Negtoeiyesigis eietepi. / E.A. map dep Vgapanoi (MI) - Publ. 04.03.2004.

З. Пат. ША 8637 МКИ: НО1135/02. Автономний термоелектричний генератор / Л.І. Анатичук, В.Я. « 470 Михайловський (ОА). - Опубл.15.08.2005. в с :з»Z. Pat. ShA 8637 MKY: NO1135/02. Autonomous thermoelectric generator / L.I. Anatichuk, V.Ya. « 470 Mykhaylovskyi (OA). - Published on August 15, 2005. in c:z"

Claims

The formula of the invention

1. A thermoelectric generator on organic fuel, which consists of thermoelectric modules located between the cold and hot heat exchangers, and a gas or liquid fuel burner, which is characterized by the fact that the hot heat exchanger contains a number of heat-receiving radiators located coaxially with respect to the cylindrical burner as follows , that the lower part forms a combustion chamber, and the upper part has through vertical cylindrical channels for the passage of hot gases, and the cold heat exchanger is made in the form of a base, one side of which has thermal contact with the thermoelectric ve module, and the opposite side - with a liquid heat dissipating circuit. co

2. Thermoelectric generator according to claim 1, which is characterized by the fact that the upper part of the hot heat exchanger is made in the form of vertical ribs located in the flow of hot gases.

3. The thermoelectric generator according to claims 1, 2, which differs in that the ratio of the free cross-sectional area of the cylindrical or rectangular channels of the hot heat exchanger 8 to the cross-sectional area of the spaces c between the channels 5 is within pe 5 . kA 0 ba

4. The thermoelectric generator according to claim 1, which is characterized by the fact that the heat-dissipating liquid circuit in the form of a vertically arranged rectangle 60 contains a closed pipe, in which the ratio of the larger sides of the rectangle |, to the smaller /.,, is within 15 I; and the base of the cold heat exchanger is 20

I. has thermal contact with the pipes of the heat-dissipating liquid circuit on the lower third of the height of the vertical pipe.

5. Thermoelectric generator according to claim 4, which is characterized in that the heat-dissipating liquid circuit contains a heat-dissipating spiral that has thermal contact with the vertical pipes of the liquid circuit.

6. Thermoelectric generator according to claim 4, which is characterized by the fact that the heat-dissipating liquid circuit on the upper horizontal pipe contains a nozzle for filling it with a coolant and a valve for releasing excess pressure in the liquid circuit. schi z "-- "I che s Zo "o -

with . and? o ko - FT» "- p 60 b5