Термоелектричний автомобільний генератор теплової та електричної енергії

1. Термоелектричний автомобільний генератор теплової та електричної енергії на основі джерела теплової енергії, гарячого та холодного теплообмінників з рідким теплоносієм та термоелектричних модулів, розташованих між ними, який відрізняється тим, що він виконаний у вигляді секцій, розташованих в одному корпусі, кожна з яких містить два пористі каталітичні шари, розділені газорозподільною камерою, гарячі радіатори розташовані симетрично з проміжком відносно каталітичних пластин, гаряча сторона термоелектричних модулів має тепловий контакт з гарячим радіатором, а холодна - з рідинним теплообмінником, який гідравлічно під'єднаний до охолоджувальної системи автомобіля. 2. Термоелектричний автомобільний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що газорозподільна U 2 (19) 1 3 біля. Генерована енергія може використовуватись для живлення електричних споживачів транспортного засобу та зарядки акумулятора. Головним недоліком генератора є те, що електричну енергію можна отримати тільки за умови працюючого теплового двигуна. Під час зупинки і стоянки електроенергія не генерується. Крім того, термогенератор спроектований тільки як джерело електричної енергії і не генерує теплової енергії. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є термоелектричний генератор двигуна внутрішнього згоряння [3]. Джерелом тепла термогенератора є каталітичний очисник газів, розташований у потоці гарячих вихлопних газів двигуна внутрішнього згоряння. Термоелектричний генератор складається з гарячого радіатора, яким є металева поверхня каталітичного блоку-очисника, холодного водяного теплообмінника та термоелектричних модулів, розташованих між ними. Холодний теплообмінник гідравлічно під'єднаний до системи охолодження автомобіля. Гарячі спаї термоелектричних модулів нагріваються теплом вихлопних газів та теплом каталітичного згоряння залишкових вуглеводнів палива і CO. Відведення тепла від модулів здійснюється рідким теплоносієм, який циркулює у системі охолодження двигуна. Недоліком описаного генератора є те, що цей термоелектричний пристрій генерує електроенергію тільки за умови працюючого двигуна автомобіля. Описаний пристрій не генерує теплову енергію і не забезпечує тепловою та електричною енергією автомобіль, якщо двигун транспортного засобу не працює. Тому актуальним є завдання створення джерела теплової та електричної енергії, що забезпечує підвищену комфортність транспортного засобу, а саме - можливість отримання теплової та електричної енергії як у режимі руху автомобіля, так і за умови зупинки або стоянки. Вказане завдання розв'язується тим, що термоелектричний автомобільний генератор теплової та електричної енергії на основі джерела теплової енергії, гарячого та холодного теплообмінників з рідким теплоносієм та термоелектричних модулів, розташованих між ними, виконується у вигляді секцій, розташованих в одному корпусі, кожна з яких містить два пористі каталітичні шари, розділені газорозподільною камерою; гарячі радіатори розташовані симетрично з проміжком відносно каталітичних пластин; гаряча сторона термоелектричних модулів має тепловий контакт з гарячим радіатором, а холодна - з рідинним теплообмінником, який гідравлічно під'єднаний до охолоджувальної системи автомобіля. У корисній моделі запропоновано нове рішення для термоелектричних автомобільних генераторів теплової та електричної енергії на основі джерела теплової енергії, гарячого та холодного теплообмінників з рідким теплоносієм та термоелектричних модулів, розташованих між ними, яке полягає в тому, що термогенератор виконується у вигляді секцій, розташованих в одному корпусі, кожна з яких містить два пористі каталітичні шари, розділених газорозподільною камерою; гарячі ра 29866 4 діатори розташовані симетрично з проміжком відносно каталітичних пластин; гаряча сторона термоелектричних модулів має тепловий контакт з гарячим радіатором, а холодна - з рідинним теплообмінником, який гідравлічно під'єднаний до охолоджувальної системи автомобіля. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - виконується у вигляді секцій, розташованих в одному корпусі, кожна з яких містить два пористі каталітичні шари, розділених газорозподільною камерою; гарячі радіатори розташовані симетрично з проміжком відносно каталітичних пластин; гаряча сторона термоелектричних модулів має тепловий контакт з гарячим радіатором, а холодна - з рідинним теплообмінником, який гідравлічно під'єднаний до охолоджувальної системи автомобіля. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівного напрямку. Суть корисної моделі представлена на рисунках. На Фіг.1 представлено вертикальний переріз запропонованого термоелектричного генератора теплової та електричної енергії, а на Фіг.2 - горизонтальний переріз цього генератора. Термоелектричний генератор складається (Фіг.1, Фіг.2) з ряду секцій 1, розташованих в одному корпусі 2. Кожна з секцій містить два пористі каталітичні шари 3, які розділені газорозподільною камерою 4. В кожен з пористих каталітичних шарів вмонтовано електричний нагрівач 5, який живиться від акумулятора. Газорозподільна камера 4 виконана у вигляді плоскої тонкостінної металевої ємності, до бокових стінок якої прилягають каталітичні шари. Бокові стінки металевої ємності зроблені перфорованими, а через нижню стінку камери проходить паливна трубка 6, висота якої дорівнює висоті плоскої камери. Верхній торець трубки закритий, а на 1/3 висоти бокової поверхні трубки зроблені отвори 7 для виходу парів рідкого або газового палива у газорозподільну камеру 4. Гарячі радіатори 8 розташовані симетрично з проміжком відносно каталітичних пластин 3. Радіатори мають вигляд основи, одна сторона якої має вертикальні ребра, що утворюють канали для проходження гарячих продуктів згоряння, причому віддаль b від вершин ребер гарячого радіатора до поверхні каталітичного шару вибирається в межах 1≤b≤3 (мм). Протилежна сторона основи гарячого радіатора має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричних модулів 9. Холодна сторона термоелектричних модулів має тепловий контакт з рідинним теплообмінником 10, виконаним у вигляді плоскої пластини, в тілі якої є канали 11 для протікання теплоносія. Канали 11 об'єднані вхідним 12 і вихідним 13 колекторами, які під'єднані до відповідних колекторів теплообмінників інших секцій генератора. Загальний вхідний 14 та вихідний 15 патрубки термогенератора з'єднані з гідравлічною системою охолодження двигуна автомобіля. Корпус 2, в якому розташовані секції 1 термоелектричного генератора має в нижній частині отвори 16 для надходження до каталізатора повіт 5 29866 ря, необхідного для згоряння палива. У верхній частині, на виході гарячих газів з генератора, встановлено газовий колектор 17 для відведення від термогенератора продуктів (CO2, Н2О) згоряння палива. Вільний об'єм між корпусом 2 та деталями генератора заповнений теплоізоляцією 18. Паливо до каталізатора 3 надходить за допомогою електричного насоса-дозатора 19, який живиться від термогенератора. Працює цей термоелектричний генератор наступним чином. За допомогою вмонтованих в шар каталізатора електричних нагрівачів, що живляться від акумулятора автомобіля, невелика ділянка каталізатора розігрівається до температури 180200°С. Одночасно нагрівається газорозподільна камера та паливна трубка. Газове паливо або пари рідкого палива, яке випаровується у паливній трубці, надходять через перфоровані бокові стінки газорозподільної камери до пористого шару каталізатора. Повітря, необхідне для згоряння палива, надходить з протилежного боку до шару каталізатора шляхом природної конвекції. У каталітичному шарі кисень повітря та органічне паливо реагують з виділенням теплової енергії. Таким чином здійснюється безполум'яне згоряння палива, внаслідок чого пористий шар каталізатора розігрівається до температури 350400°С. Генероване тепло шляхом випромінювання та конвекції надходить до гарячого радіатора, а від нього - до термоелектричних модулів і далі відводиться холодним теплообмінником, у якому циркулює рідкий теплоносій системи охолодження двигуна. Прокачування теплоносія здійснюється електричним циркуляційним насосом, який живиться від термоелектричного генератора. Внаслі Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 док різниці температур між гарячою та холодною сторонами модулів термоелектричний генератор виробляє електричний струм. Одночасно генерується і теплова енергія, частина якої відводиться від модулів рідким теплоносієм і застосовується за призначенням. Запропонований термоелектричний пристрій є незалежним джерелом енергії і може використовуватись для забезпечення теплом та електрикою різних споживачів транспортного засобу: живлення систем клімат-контролю, вентиляції, сигнальних пристроїв, зарядки акумулятора, обігріву салону автомобіля, підігріву двигуна у зимовий період перед запуском або на стоянці. Важливо, що для одержання електричної та теплової енергії немає необхідності запускати двигун транспортного засобу. При тепловій потужності каталітичного джерела тепла 3-3.5кВт електрична потужність, генерована запропонованим пристроєм, складає 100150Вт. Отримана електрична потужність співрозмірна з потужністю стандартних автомобільних генераторів. Література: 1. Патент US5463203. МКИ В60Н1/00; Н05В3/32. Vehicle heater / Moore John P. (US). Опуб. 31.10.1995. 2. Патент RU 2191447. МКИ H0135/02. Термоэлектрический генератор / Баукин В.Е., Вялов А.П., Горбач В.Д., Муранов Г.К., Соколов О.Г. (RU). - Опубл. 20.10.2002. 3. Патент JP 2005223132 МКИ В60К6/08; H01L35/00. Thermoelectric generator of internal combustion engine / Shimoji Koji, Suzuki Koichi (JP). - Опубл. 18.08.2005. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601