Автономний термоелектричний генератор

Корисна модель відноситься до термоелектричних приладів і знайде застосування для перетворення теплової енергії згоряння органічного палива в електричну. Термогенератор призначений для автономного живлення радіоприймачів, магнітофонів, мобільних телефонів або інших радіоелектронних пристроїв, а також для зарядки акумуляторів. Джерелом тепла для термоелектричного перетворювача є гасова лампа, що дозволяє одночасно використовувати такий пристрій для освітлення. Відомий термогенератор [1] з гасовим ліхтарем, що містить термоелектричний перетворювач, який складається з багатьох послідовно з'єднаних металевих термопар, які розміщені між теплоприймальним та тепловіддаючим елементами. Теплоприймальний елемент розміщений безпосередньо над полум'ям гасового ліхтаря, а тепловіддаючий елемент виконаний у вигляді монолітного циліндричного теплопроводу, що має тепловий контакт з повітряними теплорозсіювальними радіаторами. Температура теплоприймального елементу складає 600°С, теплорозсіювального - 120-150°С. Для відведення гарячих продуктів згоряння палива передбачена система ізоляційних кожухів і випускних отворів у верхній частині гасового ліхтаря. Недоліком такого пристрою є низька електрична потужність термоперетворювача (до 200мВт при напрузі 3В). До недоліків слід також віднести складність конструкції та низьку ефективність системи відведення та розсіювання тепла. Із існуючих аналогів найбільш близьким до запропонованого винаходу є термогенератор з гасовим ліхтарем, що містить напівпровідниковий термоелектричний перетворювач розташований на виході гарячих газів з джерела тепла [2]. Джерелом тепла в термогенераторі є стандартний гасовий ліхтар, теплова потужність якого складає 150-180Вт. Термоперетворювач складається з термоелектричної батареї, теплопроводу, що одночасно виконує функцію радіатора для підведення тепла до батарей та радіатора для відведення тепла від термоелектричних батарей. Радіатор для підведення тепла до термоелектричних батарей має вигляд пустотілої тр уби, на зовнішній поверхні якої розташована термоелектрична батарея. Термобатарея генератора в залежності від модифікації пристрою містить один або два термоелектричні модулі. Основним недоліком такого термоелектричного генератора є невелика електрична потужність (до 0,5Вт при напрузі 6В), що зумовлено низькою ефективністю передачі тепла від джерела тепла до термоелектричного модуля та нераціональним розміщенням модулів в конструкції генератора. Низька електрична потужність генератора не дозволяє використовува ти його для живлення магнітофонів, мобільних телефонів або зарядки акумуляторів. Тому досить актуальним є завдання збільшення електричної потужності автономного термоелектричного генератора, що використовує в якості джерела тепла гасову лампу. Вказане завдання розв'язується тим, що теплоприймальний радіатор складається з ряду однакових оребрених з одного боку частин, ребра яких утворюють вертикальні теплообмінні канали і розташовані на виході гарячих газів з джерела тепла, а з другого боку мають площину, яка має тепловий контакт з гарячими спаями напівпровідникових термоелектричних модулів; теплорозсіювальний радіатор виконаний у вигляді пусто тілого циліндра, на зовнішній поверхні якого розташовані теплорозсіювальні ребра, а на внутрішній поверхні зроблені виступи, що закінчуються площинами, які мають тепловий контакт з холодними спаями термоелектричних модулів. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано нове рішення для автономних термоелектричних генераторів на основі гасових ламп, яке полягає в тому, що теплоприймальний радіатор складається з ряду однакових оребрених з одного боку частин, ребра яких утворюють вертикальні теплообмінні канали і розташовані на виході гарячих газів з джерела тепла, а з другого боку мають площину, яка має тепловий контакт з гарячими спаями напівпровідникових термоелектричних модулів; теплорозсіювальний радіатор виконаний у вигляді пусто тілого циліндра, на зовнішній поверхні якого розташовані теплорозсіювальні ребра, а на внутрішній поверхні зроблені виступи, що закінчуються площинами, які мають тепловий контакт з холодними спаями термоелектричних модулів. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - "теплоприймальний радіатор складається з ряду однакових оребрених з одного боку частин, ребра яких утворюють вертикальні теплообмінні канали і розташовані на виході гарячих газів з джерела тепла, а з другого боку мають площину, яка має тепловий контакт з гарячими спаями напівпровідникових термоелектричних модулів; теплорозсіювальний радіатор виконаний у вигляді пустотілого циліндра, на зовнішній поверхні якого розташовані теплорозсіювальні ребра, а на внутрішній поверхні зроблені виступи, що закінчуються площинами, які мають тепловий контакт з холодними спаями термоелектричних модулів", забезпечує заявленому пристрою необхідний винахідницький рівень. Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає спеціальних те хнологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості. На Фіг.1 представлений загальний вигляд запропонованого термоелектричного генератора, джерелом тепла в якому є гасова лампа. На Фіг.2 представлена конструкція окремої оребреної частини радіатора для підведення тепла до термоелектричного модуля. На Фіг.3 представлена конструкція термоелектричного перетворювача (вид зверху). У відповідності з корисною моделлю термогенератор (Фіг.1) містить теплоприймальний радіатор 1 для підведення та теплорозсіювальний радіатор 2 для відведення тепла. Між радіаторами, в приведеному варіанті, розміщені чотири термоелектричні модулі 3. Впритул до нижнього торця теплоприймального радіатора розміщена скляна колба 4 гасової лампи 5. Це дозволяє пропустити через теплообмінні канали теплоприймального радіатора всі гарячи гази, що утворюються в результаті згоряння гасу, втрати тепла при цьому мінімальні. Гасова лампа, що містить паливну ємність 6, розміщена на основі 7. Основа 7 виготовлена полою. У вільній порожнині основи розміщений електронний перетворювач напруги, який має три значення вихідної напруги: 3, 6 і 12В. Розмикачі для кожного значення напруги розміщені на верхній площині основи 7. Кожен вихід має світловий індикатор наявності напруги, які розміщені на боковій поверхні основи. На основі 7 також закріплено дві опори 8, на яких розміщений термоперетворювач. Термоперетворювач має можливість переміщення по опорах у вертикальному напрямку на віддаль достатню для того, щоб зняти скляну колбу і запалити лампу або провести профілактичні роботи. Фіксування термоперетворювача у верхньому положенні здійснюється стопорним пристроєм 9. Для переміщення термоперетворювача вгору або вниз передбачена скоба 10. Теплоприймальний радіатор складається з чотирьох окремих частин (Фіг.2), які мають оребрення. Ребра теплоприймального радіатора утворюють вертикальні канали, по яких рухаються гарячі газоподібні продукти горіння палива. Ширина ребер окремої частини радіатора різна і зменшується в обидва боки від центрального ребра по лінійному закону. Лінії, що формують ширину ребер по обидва боки центрального ребра, розташовані під кутом 360°/n, при цьому відношення площ вільного перетину теплоприймального радіатора до перетину теплоприймальних ребер знаходиться в межах 2,3-2,4. Така конструкція теплоприймального радіатора забезпечує найбільш ефективне відведення тепла від гарячих газів згоряння гасу. Коаксіально до радіатора 1 для підведення тепла до модулів розміщений радіатор 2 для відведення тепла від модулів. Він виготовлений у вигляді пустотілого циліндра 2 на внутрішній поверхні якого, в даному варіанті генератора, є чотири площини для розміщення термоелектричних модулів, а на зовнішній - закріплені подвійні пластини 11 для розсіювання тепла. Подвійні пластини мають спільну основу, яка знаходиться у тепловому контакті з зовнішньою поверхнею пустотілого циліндра. Пластини у горизонтальному напрямку розділені на ряд тонких смуг, які почергово зігнуті під кутом 15° в різні сторони по відношенню до площини кожної пластини. Це збільшує ефективність відведення тепла від термоелектричних модулів в порівнянні з суцільними пластинчатими ребрами. Радіатори для підведення та відведення тепла, між якими розміщені термоелектричні модулі, з'єднуються між собою гвинтами 12. Для зменшення механічного навантаження на модулі при температурних розширеннях використаний амортизуючий елемент 13, який складається з двох металевих шайб, між якими знаходиться металева пружина відповідних розмірів. На відміну від резинового або каучукового амортизатора, використання металевої пружини дозволяє також регулювати силу затискування кожного термоелектричного модуля між радіатором для відведення тепла та окремою частиною теплоприймального радіатора, що підвищує надійність та ресурс роботи термоперетворювача. Вільний об'єм між радіаторами 1 і 2 заповнений теплоізоляційним матеріалом 14. З метою попередження перегріву скоби 10 на виході гарячих газів з генератора встановлена кришка 15. Запропонований пристрій працює наступним чином: гарячі гази утворені внаслідок згоряння гасу, виходячи з колби 4 джерела тепла, зразу надходять у теплообмінні канали радіатора 1. Тепло передається до гарячої сторони термоелектричного модуля 3, проходить через нього і розсіюється в оточуюче середовище радіатором 2. Внаслідок різниці температур між гарячою та холодною сторонами модуля термоперетворювач генерує електричний струм. Температура гарячої сторони при цьому складає 220-240°С, холодної 55-64°С, номінальна електрична потужність при температурі оточуючого середовища 18°С складає 2,6Вт, максимальна - 3Вт, напруга 3, 6 і 12В. Запропонований автономний термоелектричний генератор є зручним у експлуатації і може успішно використовува тись для живлення різноманітної електронної техніки. 1. Pat. WO 00/08692, HOIL35/10, 35/00, 35/30. Device for supplying electric power by thermoelectric conversion. Serras E. Serras N (FR). - Priority: FR 05.08.98, Application: 03.08.99. - Publication 17.02.00. 2. Pat. US 2002/070633 Al, B60L 1/02. Electrical power generator. - Warren Emil Salender, Gabriel Hons-Olivier, Application: 12.12.2000. - Publication 13.06.2002.