Термоелектричний генератор з каталітичним джерелом тепла

1. Каталітичний термоелектричний генератор на газовому паливі, що містить каталітичне джерело тепла, термоелектричні модулі, гарячий і холодний радіатори для підведення і відведення тепла від модулів, який відрізняється тим, що каталітичне джерело виконано у вигляді циліндра, у центрі якого є наскрізний отвір, корпус джерела тепла, у якому розташований каталізатор, одночасно є гарячим радіатором і утворений верхньою, нижньою та бічною сторонами циліндра, при цьому бічна стінка має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричних модулів, холодний радіатор розташований коаксіально до гарячого і виконаний у вигляді порожнинного циліндра, внутрішня поверхня якого має тепловий контакт з холодною стороною модулів, а на зовнішній стороні циліндра розташовані вертикальні ребра для розсіювання тепла, відведеного від модулів. 2. Каталітичний термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що внутрішня повер U 2 41170 1 3 реднього приготування горючої суміші знижують надійність генератора, вимагають частого обслуговування. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є термогенератор [3], який містить 2 шари термоелектричних елементів, між якими розташоване каталітичне джерело тепла, виконане у вигляді пористого диска, зовнішній торець якого відкритий. Горючий газ надходить у центральну частину джерела тепла (пористого диска), повітря для окиснення надходить через зовнішній торець каталізатора шляхом природної дифузії. Тепло від термобатарей відводиться за допомогою двох горизонтально розташованих радіаторів шляхом природної конвекції повітря. Недоліком термогенератора є суттєві втрати тепла від відкритого зовнішнього торця каталізатора шляхом випромінювання і конвекцією повітря, що знижує ефективність генератора в цілому. Ефективність відведення тепла від термобатарей у такому генераторі низька внаслідок горизонтального розташування радіаторів, тепло від яких відводиться природною конвекцією повітря. Крім цього стабільність параметрів джерела тепла суттєво залежить від умов навколишнього середовища. Тому актуальним є завдання підвищення надійності та ефективності термогенератора шляхом зменшення втрат тепла від каталітичного пальника та стабілізації його температурних параметрів. Вказане завдання розв'язується тим, що у каталітичному термогенераторі на газовому паливі, що містить каталітичне джерело тепла, термоелектричні модулі, гарячий і холодний радіатори для підведення і відведення тепла від модулів, каталітичне джерело виконано у вигляді циліндра, у центрі якого є наскрізний отвір, корпус джерела тепла, у якому розташований каталізатор, одночасно є гарячим радіатором і утворений верхньою, нижньою та бічною сторонами циліндра, при цьому бічна стінка має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричних модулів, холодний радіатор розташований коаксіальне до гарячого і Виконаний у вигляді порожнинного циліндра, внутрішня поверхня якого має тепловий контакт з холодною стороною модулів, а на зовнішній стороні циліндра розташовані вертикальні ребра для розсіювання тепла, відведеного від 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 каталітичних термогенераторів, яке полягає в тому, що у каталітичному термогенераторі на газовому паливі, що містить каталітичне джерело тепла, термоелектричні модулі, гарячий і холодний радіатори для підведення і відведення тепла від модулів, каталітичне джерело виконано у вигляді циліндра, у центрі якого є наскрізний отвір, корпус джерела тепла, у якому розташований каталізатор, одночасно є гарячим радіатором і утворений верхньою, нижньою та бічною сторонами циліндра, при цьому бічна стінка має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричних модулів, холодний радіатор розташований коаксіальне до 41170 4 гарячого і виконаний у вигляді порожнинного циліндра, внутрішня поверхня якого має тепловий контакт з холодною стороною модулів, а на зовнішній стороні циліндра розташовані вертикальні ребра для розсіювання тепла, відведеного від модулів. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - каталітичне джерело виконано у вигляді циліндра, у центрі якого є наскрізний отвір, корпус джерела тепла, у якому розташований каталізатор, одночасно є гарячим радіатором і утворений верхньою, нижньою та бічною сторонами циліндра, при цьому бічна стінка має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричних модулів, холодний радіатор розташований коаксіальне до гарячого і виконаний у вигляді порожнинного циліндра, внутрішня поверхня якого має тепловий контакт з холодною стороною модулів, а на зовнішній стороні циліндра розташовані вертикальні ребра для розсіювання тепла, відведеного від модулів - забезпечує заявленому пристрою необхідний "винахідницький рівень". Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості. Суть корисної моделі пояснюється рисунками. На Фіг.1 наведено вертикальний переріз, а на Фіг.2 - горизонтальний переріз термогенератора з каталітичним джерелом тепла циліндричної форми. На Фіг.3 наведено вертикальний переріз другого варіанту термогенератора з каталітичним джерелом тепла плоскої форми. На Фіг.4 наведено горизонтальний переріз цього термогенератора. Запропонований термогенератор (Фіг.1 і 2) містить каталітичне джерело тепла, що має циліндричний корпус 1, який одночасно є гарячим радіатором. Корпус утворений верхньою, нижньою та бічною сторонами циліндра. В центрі корпусу є наскрізний отвір, а внутрішній об'єм корпусу заповнений каталізатором 2, у якому вмонтований електричний нагрівник 3. Внутрішня поверхня бічної стінки гарячого радіатора на висоті 0,5Н (Н - висота циліндра) має кільцевидне поглиблення 4, яке на діаметрально протилежних сторонах з'єднане трубопроводами 5 з регулятором витрати палива 6, який розташований у верхній частині паливної ємності 7. Паливна ємність має пристрій 8 для заповнення паливом. Зовнішня поверхня бічної стінки циліндричного корпусу 1 має тепловий контакт з гарячою стороною радіальне розташованих термоелектричних модулів 9. Холодний радіатор розташований коаксіальне до гарячого і виконаний у вигляді порожнинного циліндра 10, внутрішня поверхня якого має тепловий контакт з холодною стороною термоелектричних модулів 9. На зовнішній поверхні циліндра 10 розташовані вертикальні ребра 11 для розсіювання у навколишнє середовище тепла, відведеного від термоелектричних модулів 9. Вільний об'єм між модулями, гарячим і холодним радіаторами заповнений теплоізоляцією 12. Верхній торець термогенератора закритий кришкою 13, у якій є отвори для виходу продуктів згоряння палива. У нижній частині холодного радіа 5 тора розташовані отвори 14 для надходження повітря, необхідного для згоряння палива. На Фіг.3 і 4 наведено другий варіант термогенератора, у якому каталітичне джерело виконане у вигляді двох прямокутних чашок 1 з каталізатором 2 та вмонтованим у нього нагрівачем 3. Чашки одночасно є гарячими радіаторами і розташовані відкритими сторонами одна навпроти іншої на віддалі h/3 (h - висота каталізатора). Внутрішня поверхня бічної стінки гарячого радіатора має поглиблення 4, яке на висоті 0,5h з'єднане трубопроводами 5 з регулятором витрати палива 6. Зовнішня поверхня вертикальної стінки радіатора 1 має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричних модулів 9. Термогенератор має паливну ємність 7 та пристрій для заповнення паливом 8. Холодний радіатор складається з двох частин, кожна з яких має вигляд плоскої пластини 10, на зовнішній поверхні якої є ребра 11, а внутрішня має тепловий контакт з холодною стороною термоелектричних модулів 9. Вільний об'єм між холодними радіаторами та модулями заповнений теплоізоляцією 12. У верхній частині генератора встановлена кришка 13 з отворами для виходу продуктів горіння. У нижній частині генератор має отвори 14 для надходження повітря горіння. Працює термогенератор наступним чином. За допомогою електричного нагрівача З, який живиться від зовнішнього джерела електричної енергії, розігрівається невелика ділянка каталізатора 2, після чого зовнішнє джерело електрики від'єднується. Горючий газ через регулятор витрати палива 6 надходить по трубопроводу 5 у кільцевидне поглиблення 4 і далі проникає у пористий шар каталізатора 2. Повітря для згоряння палива надходить через отвори 14 і шляхом природної дифузії проникає у пористий шар каталізатора 2, де відбувається згоряння газу і виділення тепла. Тепло шляхом теплопровідності надходить від гарячого 41170 6 радіатора 1 до термоелектричних модулів 9 і розсіюється у навколишнє середовище ребрами 11. Внаслідок різниці температур між гарячою та холодною сторонами модулі генерують електричний струм. Температура гарячого радіатора при цьому складає 260-270°С, холодного 50-60°С. Використання запропонованої конструкції порівняно з прототипом дозволяє у 3-4 рази зменшити втрати тепла, які виникають внаслідок випромінювання та конвекції повітря від відкритих поверхонь каталізатора. Це досягається за рахунок перевипромінювання тепла з поверхні каталізатора у циліндричному отворі (перший варіант) і між каталітичними поверхнями, розташованими одна навпроти іншої у другому варіанті термогенератора. Внаслідок зменшення втрат досягається підвищення ефективності використання тепла для перетворення його в електричну енергію. Запропонована конструкція термогенератора має підвищену надійність і стабільні електричні параметри внаслідок мінімізації впливу зовнішніх чинників (температура навколишнього середовища, вітер і т. ін.) на стабільність температурних параметрів джерела тепла, а відповідно і електричних параметрів генератора. Термогенератор може використовуватись для автономного живлення різноманітної електронної апаратури, систем екологічного моніторингу, охоронної сигналізації, зарядки акумуляторів, а також освітлення. Джерела інформації: 1. Пат. ЕР 0813253. МКИ: H01L35/30 Thermoelectric generator / Miyake Shoko, Gyoten Hisaaki (JP). - Опубл. 17.12.1997. 2. Пат. WO 2005064698. МКИ: H02L35/30; H02N11/00. Thermoelectric generator / Funahashi Ryoji (JP). - Опубл. 14.07.2005. 3. Пат. JP 2004064853. МКИ: H02N11/00, H01L35/30; H01L35/34. Small portable generator / Fujimori Toshiro (JP) - Опубл. 26.02.2004. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 41170 8 Підписне Тираж 28 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