Термоелектричний генератор квартирний

Предмет захисту патенту відноситься до автономних енергетичних приладів для генерування електроенергії в стаціонарних та в переносних об'єктах, включаючи наземні транспортні засоби. Стаціонарними об’єктами можуть бути : квартири, дачі, дома, ферми, невеликі цехи підприємств, а переміщуємими об'єктами - автомобілі, трактори та інші засоби переміщення. Відомі прилади для отримання електричного сигналу про наявність та еквівалентну величину температури в різних вимірювальних приладах виробничо-медичного призначення типу термопари, наприклад типу ТХА, ТХК, ТПП та інші [див. "Перетворювачі термоелектричні" - термопари типу ТХА-2088, ТХА-0188, ТХА-2388, ТХК-2388]. [Буклети НПО "Термоприбор". г. Львов, 2004г.; Кулаков М.В. Те хнологические измерения и приборы для химических производств. Учебник для вузов. 3-е издание, перераб. и дополн - М.: Ма шиностроение, 1983 - 424с.]. Принцип побудови і роботи термопари полягає в наступному. В термоелектричному перетворювачі-термопарі - два провідники із двух різнорідних матеріалів «хромель-алюмель», «хромель-копель», «мідь-константан», «платина-родій» та інші, спаяні одним кінцем в спай та мають ізоляцію з неорганічних та інши х матеріалів по решті довжини матеріалу провідника. Така конструкція термопари може бути поміщена в зону виміру і контролю, наприклад, в розчин, розплав, що контролюється, або може дотикатися безпосередньо до стінки апарату або контрольованого середовища. У виробничій практиці умови експлуатації термопар такі, що матеріали термопар можуть знаходитися під впливом хімічного середовища і вступати, наприклад, в окислення, розчинення та в ряд побічних хімічних реакцій, що можуть привести до псування термопари, тому двохпровідна система зі спаєм поміщається у відповідну арматуру, стійку до різних агресивних виробничих середовищ; два вивідних провідники кріпляться до ніжки або клемами на комутаційній планці в складі арматури перетворювача термоелектричного; до цих відводів на комутаційній планці в арматурі підключають вхідні елементи вимірювальних пристроїв або приладів контролю. За допомогою експериментальних досліджень встановлена пропорціональність термовіддачі електричного струму в залежності від температури "гарячого" спаю термопари і "холодного" елементу вимірювальних пристроїв, дивися дані про ефект Зеєбека, термопарах, термоелементах. Така конструкція термоперетворювачів-термопар у застосуванні до термоелектричного генератора і безпосередньо до термопар має ряд недоліків: термопари виготовляються з катаного або тягнутого дроту промислового виготовлення, що зменшує кількість розміщуваних спаїв на одинці площини; виготовлення термоспаїв із провідників суттєво збільшує витрати цінних матеріалів; збільшена маса матеріалів вимагає значної затрати теплоенергії; наявність металевої арматури вимагає витрати значної кількості металу та інши х матеріалів. Ціллю запропонованого кімнатного термоелектричного генератора є забезпечення круглодобового виробництва електроенергії з витратою вторинних теплових ресурсів типу "згортка" гарячої води батарей, гарячої поверхні трубопроводів тепла, гарячих поверхонь димо- і газовідвідних труб та пристроїв, причому відбір тепла здійснюється в мікро кількостях. Цього досягають тим, що кімнатний термоелектричний генератор для виробництва електроенергії складається з корпусу, великих термозборок холодних і гарячих спайов, термоізоляторів, мікронагрівачазмійовика, розподільної коробки, з'єднувальних шин і провідників для комутації елементів, причому по п. 1 передня стінка в рамі корпусу виконана у вигляді закритої стінкою етажерки великих термозборок студених спаїв і відділяється від етажерки термозборок гарячих спаїв термоізолюючим матеріалом, а входи і виходи обох стінок великих термозборок з'єднані шинами і провідниками, що підводять генеруючи електроенергію до розподільної коробки для зовнішніх споживачів електроенергії; по п. 2 етажерка великих термозборок гарячих спаїв утворює замкнуту теплоізольовану камеру для мікронагрівача-змійовика, який підключають до зовнішнього джерела нагрівання; по п. 3 задня і бокова стінки термоізоляційної камери виконана з термоізоляційного матеріалу, а задня стінка корпусу обладнана навісами для кріплення па вертикальних і нахильних поверхнях. При цьому великі термозборки можуть бути виконані в мікропровідниковому або інтегральному виконанні. На Фіг.1 представлена конструкція кімнатного термоелектричною генератора. На Фіг.2 показана конструкція великої термозборки. Кімнатний термоелектричний генератор, наприклад, що має розміри і форму віконного блоку або зовнішнього настінного блоку (див. Фіг.1), містить в корпусі 1 з уголка, що захищається стінкою від зовнішніх кліматичних осадків, розміщену етажерку із великих термозборок студених спаїв 2 (стінка корпусу на Фіг.1 не оцифрована) і етажерку великих термозборок (далі ВТЗ) гарячих спаїв 3, що з'єднані комутаційними шинами і провідниками 4. Для забезпечення ненагрівання з'єднувальних шин і провідників 4 і ВТЗ один з одним забезпечується термоізолятором 5, наприклад, із пінополіуретану, вакуумного теплоізолятора або теплоізолюючої неорганічної вати, наприклад, скло- або доломітової вати. Теплозабезпечення етажерки ВТЗ гарячих спаїв 3 зимою здійснюється мікронагрівачем-змієвиком 6, в який, наприклад, зимою подається гарячий теплоносій у вигляді гарячої води батареї опалення або інший теплоносій (тут не розглядається тому, що буде подано окремий патент на його конструкцію), а влітку - навпаки хладоген у вигляді фреону або охолоджувач твердого типу. Мікронагрівач-змійовик 6 для економної витрати тепла поміщено в огороджену термоізолятором зі всіх боків камеру з розміщеною в ній розподільною коробкою 7 для зовнішніх енергоспоживачів. Для підвішування на наружних стінах будівлі або інших елементах розміщення корпус 1 обладнано навісами 8 у вигляді, наприклад, петель або інших пристроїв. Велика термозборка (див. Фіг.2) складається з підложки 1, наприклад, із сапфіру, скла або інших термостабільних матеріалів, спайки 2 із термопарних матеріалів з високим значенням термоелектрорушійної сили (ТЕРС), наприклад, у пари "хромель-копель" ТЕРС =6,9 мВ, у пари "медь-копель" ТЕРС=4,76 мВ або "мідьконстантан" ТЕРС=4,1 мВ та інших: спай 2 наноситься або зварним або інтегральним способом (напилювання, осадження, висадка та ін.), наприклад, на анод 3 термопари із міді або хромеля; всі аноди 3 ВТЗ іншим кінцем з'єднані із монтажною шиною 4 анодів з того самого матеріалу, монтажна шина 4 покривається ізолятором 5 анодів і закінчується, наприклад, контактною площадкою і вивідною ніжкою 8 анодів. На кожний спай 2 наносяться катоди 6, які другим кінцем закінчуються на монтажній шині 7 катодів; монтажна шина 7 підводиться до контактної площадки і вивідної ніжки катодів 9. Для механічного захисту внутрішніх елементів ВТЗ служить корпус 10 із термостабільного матеріалу (на Фіг.2 не показано), який, наприклад, приклеюється зверху і разом з підложкою 1 складає жорстку конструкцію, з яких збираються етажерки студених спаїв 2 і гарячих спаїв 3 (Фіг.1). Вивідні ніжки анодів 8 і катодів 9 на етажерках ВТЗ з'єднуються за заданою схемою провідниками 4 (Фіг.1) між собою та розподільною коробкою 7. Кімнатний термоелектричний генератор працює наступним чином. Корпус 1 встановлюється взимку в кімнаті або в іншому приміщенні замість віконного блоку або підвішується на стіні будинку за допомогою навісних крипіжних петель 8. До мікронагрівача-змійовика 6 за допомогою зовнішнього монтажу (на Фіг.1 не показано) підводиться гарячий теплоносій з температурою, наприклад, 50-95°С і більше; підготовка пристрою та джерела теплоносія тут не обговорюються (готується окрема заявка на патент). Гарячий теплоносій, проходячи через мікронагрівач-змійовик 6, нагріває поверхню етажерки з великих термозборок гарячих спаїв 3; в цей час поверхня етажерки з ВТЗ студених спаїв 2 охолоджується навколишньою температурою зовнішньої стіни, наприклад, від 0°С до -(10 ¸ 40°С). У відповідності з фізичним явищем руху електроносіїв від одного спаю, наприклад, студеного до другого гарячого (ефект Зеєбаха) проходить струм під впливом термоелектрорушійної сили різнорідних металів в спаї і різних температур спаїв. Вироблені ТЕРС одного спаю певним чином складаються з другими ТЕРС за рахунок з'єднання провідників 4 і поступає на розподільну коробку 7 для підключення зовнішніх споживачів. Для економної витрати теплоти мікронагрівач-змійовик 6 теплоізольований термоізолятором 5 зі всіх сторін в камері, а загальна маса етажерки ВТЗ гарячих спаїв мала, що вимагає малих затрат зовнішньої енергії для підтримки необхідної температури гарячих спаїв; тим часом етажерка із ВТЗ гарячих спаїв 3 надійно теплоізольована термоізолятором 5 від етажерки із ВТЗ студених спаїв 2. За рахунок підтримки різниці температур студених 2 і гарячих 3 спаїв забезпечується "переміщення" носіїв електроструму, які шляхом комутації підводяться до розподільної коробки 7 і далі до зовнішніх електроспоживачів. Така конструкція кімнатного термоелектричного генератора забезпечує постачання зовнішніх електроспоживачів круглодобово і цілорічне при забезпеченні розрахункових значень температур спаїв гарячих і студених одним із вибраних методів. При цьому кімнатній термоелектричний генератор є безшумним, досить компактним, в нього відсутні механічні переміщення будь-яких вузлів або деталей, він є екологічно чистим, так як використовує вторинні теплоносії і, наприклад, атмосферні температури середовища місцезнаходження будови або будинку, що робить його економічно вигідним для вироблення електроенергії безпосередньо або в кімнаті з розміщенням у віконному пройомі, або на зовнішній стіні будинку або споруди на незначній відстані від вікна, наприклад; аналогічно такі термоелектричні генератори можуть бути розміщені на фермах та в інши х приміщеннях виробного-господарського призначення.