UA71776A - Thermoelectric generator for producing thermal and electric power - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до області енергетики, зокрема до генераторів теплової і електричної енергії і може 2 використовуватись одночасно для обігріву приміщень і одержання електричної енергії.

Відомий |1| термоелектричний генератор на газовому паливі, що містить пальниковий пристрій, камеру згоряння, термоелектричні модулі, радіатор для підведення тепла від гарячих газів до модулів, виготовлений у вигляді плоскої пластини та повітряний радіатор з вертикальними ребрами для відведення тепла від модулів.

Термогенератор використовується для одержання тільки електричної енергії, тепло від модулів відводиться в 70 оточуюче середовище природною конвекцією повітря. Такий спосіб відведення тепла не ефективний. Елементи конструкції такого охолодження мають великі габарити і вагу, що в цілому погіршує характеристики термогенератора. Ефективність використання тепла гарячих газів в такому генераторі низька тому, що гарячі гази безпосередньо з камери згоряння відводяться в оточуюче середовище, маючи при цьому високу температуру. 19 Найбільш близьким до запропонованого винаходу є теплоелектрогенератор |2), що містить пальниковий пристрій, камеру згоряння, термоелектричні модулі, які розміщені на внутрішній поверхні камери згоряння таким чином, що гаряча сторона модулів нагрівається гарячими газами, а відведення тепла від модулів здійснюється стінкою камери згоряння і перегородкою, на зовнішній поверхні якої є вертикальні пластини, тепло з яких відводиться примусовою конвекцією повітря. Теплогенератор використовується для одержання електричної та теплової енергії.

Головним недоліком теплоелектрогенератора є низька ефективність підведення тепла від гарячих газів до термоелектричних модулів. Гарячі гази безпосередньо з камери згоряння відводяться в оточуюче середовище, тому тепловий ККД теплогенератора низький. Крім того, частина тепла, одержана при згорянні палива, витрачається на нагрівання води, що зменшує ефективність пристрою як генератора електричної енергії.

Тому досить актуальним є завдання створення ефективного генератора теплової і електричної енергії. «

Вказане завдання розв'язується тим, що в термоелектричному генераторі на газовому паливі, який містить пальниковий пристрій, термоелектричні модулі розташовані в камері згорання, радіатор для відведення тепла від модулів, пальниковий пристрій виконаний у вигляді лінійного газового пальника, радіатор, який підводить тепло від гарячих газів до модулів, складається з двох плоских симетричних вузлів, на внутрішній поверхні ке, яких у верхній частині розміщені ребра радіатора, а нижня частина - без ребер, є боковими стінками камери ча згоряння, між якими горизонтально розміщений лінійний газовий пальник; на зовнішніх поверхнях плоских симетричних вузлів є прямокутні виступи, на яких розташовані термоелектричні модулі, гаряча сторона яких має - тепловий контакт з площинами цих виступів, а холодна сторона - з рідинними радіаторами для відведення тепла /-(уьще від модулів; на виході гарячих газів з генератора додатково розташовано один проти одного два плоскі пластинчаті радіатори, в тілі яких зроблені горизонтальні канали для рідини. в

Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки.

У винаході запропоновано нове рішення для генераторів теплової і електричної енергії, яке полягає в тому, « що пальниковий пристрій виконаний у вигляді лінійного пальника, радіатор, який підводить тепло від гарячих З газів до модулів, складається з двох плоских симетричних вузлів, на внутрішній поверхні яких у верхній с частині розміщені ребра радіатора, а нижня частина - без ребер, є боковими стінками камери згоряння, між з» якими горизонтально розміщений лінійний газовий пальник; на зовнішніх поверхнях плоских симетричних вузлів є прямокутні виступи, на яких розташовані термоелектричні модулі, гаряча сторона яких має тепловий контакт з площинами цих виступів, а холодна сторона - з рідинними радіаторами для відведення тепла від модулів; на виході гарячих газів з генератора додатково розташовано один проти одного два плоскі пластинчаті радіатори, в і тілі яких зроблені горизонтальні канали для рідини. - Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - "пальниковий пристрій, виконаний у вигляді лінійного газового пальника, радіатор, який підводить тепло від гарячих газів до модулів, складається з двох і плоских симетричних вузлів, на внутрішній поверхні яких у верхній частині розміщені ребра радіатора, а нижня -І 20 частина - без ребер, є боковими стінками камери згоряння, між якими горизонтально розміщений лінійний газовий пальник; на зовнішніх поверхнях плоских симетричних вузлів є прямокутні виступи, на яких розташовані с термоелектричні модулі, гаряча сторона яких має тепловий контакт з площинами цих виступів, а холодна сторона - з рідинними радіаторами для відведення тепла від модулів, на виході гарячих газів з генератора додатково розташовано один проти одного два плоскі пластинчаті радіатори, в тілі яких зроблені горизонтальні 22 Канали для рідини", забезпечує заявленому пристрою необхідний винахідницький рівень. в. Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості.

Винахід пояснюється рисунками.

На Фіг. 1 показаний загальний вигляд термоелектричного генератора згідно винаходу, який під'єднаний до 60 панелі для розсіювання в оточуюче середовище тепла відведеного від модулів. Цей загальний вигляд є спільним для поданих нижче варіантів конкретного виконання термогенераторів теплової та електричної енергії згідно винаходу.

На Фіг. 2 представлено вертикальний перетин першого варіанту конкретного виконання термоелектричного генератора з індивідуальними рідинними радіаторами для відведення тепла від кожного модуля. бо На Фіг. З представлено вертикальний перетин другого варіанту конкретного виконання термоелектричного генератора, в якому тепло від гарячих газів до модулів підводиться окремими індивідуальними радіаторами, а відводиться від модулів двома рідинними радіаторами, розміщеними симетрично.

На Фіг. 4 представлено вертикальний перетин третього варіанту конкретного виконання термоелектричного Генератора з одним центральним модулем, радіатором для підведення тепла від гарячих газів до модулів та рідинним радіатором для відведення тепла від модуля.

Загальний вигляд термогенератора, суміщений з перерізом, приведений на фіг. 1. Генератор складається з таких основних частин: газовий пальник 1, термоелектричні модулі 2, радіатор З для підведення тепла від гарячих газів до модулів і рідинний радіатор 4 для відведення тепла від модулів. 70 На фіг. 1 показано також загальний вигляд панелі для розсіювання тепла, відведеного від модулів, яка під'єднана до термоелектричного генератора. Тепло, відведене від модулів, використовується для обігріву приміщень або інших цілей.

У відповідності з винаходом перший варіант термоелектричного генератора (фіг. 2) містить газовий пальник 1, термоелектричні модулі 2, радіатор З для підведення тепла від гарячих газів до модулів, рідинні радіатори 4 для відведення тепла від модулів.

Радіатор З складається з двох плоских симетричних вузлів, на внутрішній поверхні яких розміщені ребра 5 радіатора. Ребра 5 розташовані у верхній частині пристрою, а нижня - вільна від ребер, є стінками камери згоряння. Товщина несучої пластини кожного з симетричних вузлів складає 5-8 мм. В нижній частині камери згоряння розташований лінійний газовий пальник 1 (загальний вигляд пальника показаний на фіг. 1). Пальник 2о розташований горизонтально між боковими стінками камери згоряння, паралельно до них і на однаковій віддалі від них. На зовнішній поверхні радіатора З виготовлені прямокутні виступи 6, висотою від 15 до 30 мм, на яких розміщені термоелектричні модулі 2. З метою зменшення впливу оточуючого середовища і мінімізації втрат тепла модулі поміщені в тонкостінні герметичні контейнери з нержавіючої сталі, заповнені інертним газом.

Індивідуальний для кожного модуля рідинний радіатор 4 представляє собою прямокутний замкнутий об'єм. На внутрішній поверхні об'єму, який примикає до модуля, є вертикальні пластини 7 радіатора, які закінчуються на віддалі 1-1,5 см від верхньої і нижньої граней. В центрі верхньої і нижньої площин радіатора розміщені « штуцери 8, які з'єднані гнучкими трубками з штуцерами сусідніх рідинних радіаторів. Таким чином формується послідовно-паралельне з'єднання рідинних радіаторів в один рідинний контур. Це показано на фіг. 1.

Радіатори З і 4, між якими розташовані модулі, з'єднуються за допомогою гвинтів 9 і пластин 10. Між Ге зо пластиною 10 ї теплообмінником 4 розташована амортизуюча прокладка 11. Вільні проміжки між прямокутними виступами 6, рідинними радіаторами 4 та корпусом 12 генератора заповнені теплоізоляційним матеріалом (на - рисунку не показаний). ї-

З метою підвищення теплового ККД на виході гарячих газів з генератора додатково розташовані два пластинчаті оребрені з одного боку радіатори 13, в тілі яких зроблені горизонтальні канали 14 для рідини. --

Кожен з каналів 14 послідовно під'єднаний до основного рідинного контуру, сформованого ї- послідовно-паралельним з'єднанням індивідуальних рідинних радіаторів для кожного модуля. На зовнішній поверхні радіатора 13 розміщені термоелектричні модулі з пониженими робочими температурами. Тепло від цих модулів відводиться індивідуальними рідинними радіаторами, які під'єднані до основного рідинного контуру. У верхній частині радіатора 13 встановлена димова труба 15 для відведення в оточуюче середовище продуктів «

Горіння палива. з с Термогенератор оснащений блоком 16 управління роботою генератора, який містить регулятор витрати газу, магнітний клапан з термопарою, п'єзоелектричний пристрій для запалювання пускового пальника, вольтметр ;» вихідної напруги та розмикачі для під'єднання зовнішнього електричного навантаження. На рисунку ці складові не показані, оскільки вони є стандартними виробами і використовуються по своєму прямому призначенню.

Прокачування теплоносія через рідинні радіатори для відведення тепла від модулів та рідинну панель для -І розсіювання тепла, відведеного від модулів, здійснюється циркуляційним насосом 7, який живиться від термогенератора. Повітря, необхідне для згоряння газового палива, надходить Через отвори 18 зроблені в - нижній частині корпусу 12 генератора. -І Згідно другого варіанту винаходу (фіг. З) радіатор для підведення тепла від гарячих газів до модулів 5р складається з окремих радіаторів З, індивідуальних для кожного модуля. Радіатори З мають різну площу,

Ш- причому розміщені так, що нижні мають меншу площу, а верхні - більшу. Цим досягається вирівнювання

Ф температур на кожному модулі по висоті генератора. Відведення тепла від модулів здійснюється двома симетрично розміщеними рідинними радіаторами 4. Кожен з радіаторів 4 виготовлений у вигляді прямокутного замкнутого об'єму, на боковій поверхні якого розташовані термоелектричні модулі 2 разом з індивідуальними радіаторами З для підведення тепла від гарячих газів до модуля. На внутрішній поверхні об'єму, до якого примикають термоелектричні модулі, є вертикальні пластини 7, які закінчуються на віддалі 1,5 см від верхньої

Р і нижньої граней об'єму. До кожного з рідинних радіаторів 4 послідовно під'єднані рідинні канали 14 радіатора 13, які, в свою чергу, під'єднані до панелі для розсіювання тепла, відведеного від модулів.

В термогенераторі використовуються термоелектричні модулі з максимальною ефективністю на різні рівні бо температур, тобто нижні модулі, що прилягають до камери згоряння, мають більш високу робочу температуру і більш високий ККД, а наступні ряди - більш низькі оптимальні температури для кожного з модулів. Радіатори 13 в даному варіанті винаходу не містять модулів.

Згідно третього варіанту винаходу (фіг. 4) термогенератор містить дві плоскі симетрично розміщені частини, кожна з яких складається з одного центрального термоелектричного модуля 2, оребреного радіатора З б5 для підведення тепла від гарячих газів до модуля і рідинного радіатора 4 для відведення тепла від модуля.

Послідовно до радіатора 4 під'єднані рідинні канали 14 радіатора 13, який розташований на виході гарячих газів з генератора. Рідинні канали 14 радіатора 13 під'єднані до панелі для розсіювання тепла, відведеного від модулів.

Працює термогенератор наступним чином.

Газоповітряна суміш, сформована інжекторним пристроєм, надходить у пальник і згорає з виділенням тепла.

Основна частина тепла від гарячих газів передається ребрами 5 і виступами б до гарячих спаїв термоелектричних модулів 2. На виході гарячих газів з генератора тепло від них додатково відводиться радіатором 13. Тепло, відведене від гарячих газів радіатором 13, додатково нагріває теплоносій в каналах 14, який далі надходить до рідинної панелі для розсіювання тепла. Цим досягається підвищення теплового ККД 7/0 пристрою. Охолоджені таким чином продукти горіння палива відводяться в оточуюче середовище димовою трубою 15.

Тепло, що пройшло через модулі, відводиться від них рідиною, яка циркулює в контурі: рідинні радіатори 4 - рідинна панель для відведення тепла (фіг. 1). В рідинній панелі теплоносій віддає тепло, охолоджується і знову повертається в контур рідинних радіаторів 4. Тепло, відведене від термоелектричних модулів, розсіюється 7/5 рідинною панеллю в оточуюче середовище і використовується для обігріву приміщень або для інший цілей.

Внаслідок різниці температур між гарячою та холодною сторонами термоелектричні модулі генерують електричний струм, який використовується для живлення циркуляційного насосу 16 та зовнішніх споживачів електричної енергії.

Рідинну панель для розсіювання тепла можна розмістити у любому, зручному для споживача тепла, місці. 20 Запропонований термоелектричний генератор дозволяє одночасно одержувати теплову потужність 3000-3500 Вт і електричну потужність 100-120 Вт при напрузі 12 В. Термоелектричний генератор є зручним у експлуатації і може використовуватись для автономного живлення електричною енергією радіо- і телеапаратури, інших побутових приладів, освітлення, зарядки акумуляторів і т. ін., а також для автономного забезпечення тепловою енергією різних споживачів, наприклад, опалення жилих приміщень, дач, гаражів, теплиць. 25 1. СКС Напарсок ої Тнегптоеїесігісв / Ед. Бу О.М. Комжме. - Мем Могк: СКС Ргезв. - 1995. - 701 р. 2. Пат. 2166702 С1 (КО), МКИ Е24Н 66/00, Теплозлектрогенератор / Баев В.К., Чусов Д.В., Фролов А.Д., «

Долматов В.Л., Гаранин А.О. (К) - Мо 99122906/06; Заявл. 01.11.1999; Опубл. 10.05.2001.

А

Теплоносій ї-оі

ІІІ ча мМШюЮВУНУТтШН ча «-

В - іт 42 Левова

С А К-Т га

ЗІ ібн ІА осі собой о А ю МЕРА : нини Ше - 1 Ав и?

ТЕРМОГЕНЕРАТОР ПАНЕЛЬ

-І - -і .

Фіг. 1. -І 42) 60 б5 продукти горіння

А-А 14 7

ИЙ 13 Я : ї теплоносій 519 Ї Те х ; в ши ши м в в ! з і шк і ЧЕ шк: щі оре й,

Х 2 по п с ЖД ОВ о повітря 17 їх с г» ! ши - чаш -5 16

В і паливо й ря Фіг, 2. ц 55 продукти горіння й 15 14 й 13 Що теплоносій ши сш» й .. й

ДЛ:

ТО нн:

Ї ій дк ло у / що І в / чі

В 1 паливо я Фіг. 3. ц 55 продукти горіння

Й Що -5-

ГУ

12 8. о

З Ук

Ф «Ф. 5

Х Кк : З Я

А що дужий 25 . З « ; з г зо у ї- "М 5 й о - теплоносІи (4 ! ї . З с поОвВІТОЯ пе / Кк 18 395 паливо - ! 1 - -І : - Фіг. 4.

Claims (12)

Формула винаходу й й й й Ще й

1. Термоелектричний генератор на газовому паливі, що містить пальниковий пристрій, термоелектричні Р» модулі, розташовані на внутрішній поверхні камери згоряння, радіатор для відведення тепла від модулів, який відрізняється тим, що пальниковий пристрій виконаний у вигляді лінійного газового пальника, радіатор, який підводить тепло від гарячих газів до модулів, складається з двох плоских симетричних вузлів, на во внутрішній поверхні яких у верхній частині розміщені ребра радіатора, а нижня частина - без ребер - є боковими стінками камери згоряння, між якими горизонтально розміщений лінійний газовий пальник; на зовнішніх поверхнях плоских симетричних вузлів є прямокутні виступи, на яких розташовані термоелектричні модулі, гаряча сторона яких має тепловий контакт з площинами цих виступів, а холодна сторона - з рідинними радіаторами для відведення тепла від модулів; на виході гарячих газів з генератора додатково розташовано 65 один проти одного два плоскі пластинчасті радіатори, в тілі яких виконані горизонтальні канали для рідини.

2. Термогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що радіатор для відведення тепла від модулів складається з індивідуальних для кожного модуля рідинних радіаторів.

3. Термогенератор за п. 2, який відрізняється тим, що кожен з індивідуальних рідинних радіаторів являє собою прямокутний замкнутий об'єм, причому на внутрішній поверхні об'єму, що примикає до модуля, розташовані вертикальні пластини плоского радіатора.

4. Термогенератор за п. 3, який відрізняється тим, що пластини плоского радіатора закінчуються на віддалі 1-1,5 см від верхньої і нижньої граней і утворюють таким чином об'єм для підведення і відведення рідини до радіатора.

5. Термогенератор за п. 2, який відрізняється тим, що індивідуальні рідинні радіатори кожного симетричного /о Вузла з'єднуються в окремі рідинні контури, які, в свою чергу, з'єднуються в паралельні водяні ланцюги, які під'єднані до рідинної панелі для розсіювання тепла в оточуюче середовище, яка являє собою плоский об'єм з радіаторами, верхню і нижню камеру.

6. Термогенератор за пп. 1-5, який відрізняється тим, що кожен з каналів для рідини верхнього додаткового радіатора, розташованого на виході гарячих газів, під'єднаний послідовно до послідовно-паралельного контуру рідинних теплообмінників для відведення тепла від модулів.

7. Термогенератор за п. б, який відрізняється тим, що до верхнього додаткового радіатора примикають термоелектричні модулі з пониженими робочими температурами, а індивідуальні рідинні радіатори цих модулів під'єднані до основного теплообмінного контуру.

8. Термогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що товщина несучої пластини кожного з симетричних вузлів складає 5-8 мм, а прямокутні виступи мають товщину від 15 до З0 мм.

9. Термогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що радіатор для підведення тепла від гарячих газів до модулів складається з окремих радіаторів, індивідуальних для кожного модуля, а радіатор для відведення тепла від модулів складається з двох симетрично розміщених плоских рідинних радіаторів, на яких розташовані модулі разом з індивідуальними радіаторами для підведення тепла від гарячих газів до модулів.

10. Термогенератор за п. 9, який відрізняється тим, що поверхні індивідуальних радіаторів для підведення тепла від гарячих газів до модулів мають різну площу, причому нижні радіатори мають площі менші, а верхні « більші для досягнення рівних температур на кожному модулі.

11. Термогенератор за п. 9, який відрізняється тим, що використовуються термоелектричні модулі з максимальною ефективністю на різні рівні температур, тобто кожні модулі, що примикають до камери згоряння, Ге зо мають більш високу робочу температуру і більш високий ККД, а наступні ряди - більш низькі оптимальні температури для кожного з модулів, причому верхні додаткові радіатори не містять модулів. -

12. Термогенератор за п. 1, який відрізняється тим, що містить 2 плоскі симетрично розміщені частини, М кожна з яких складається з одного центрального модуля, оребреного радіатора для підведення тепла від гарячих газів до модуля і рідинного радіатора для відведення тепла від модуля. -- і - Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2004, М 12, 15.12.2004. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. « - с ;» -І - -І - 50 42) Р 60 б5