Термоелектричний генератор з каталітичним джерелом тепла на рідкому паливі

1. Термоелектричний генератор, що містить каталітичне джерело тепла, у якому рідке паливо надходить до каталізатора за допомогою пористого паливопроводу, термоелектричний перетворювач енергії, пристрої для підведення і відведення тепла від термоперетворювача, який відрізняється тим, що пористий паливопровід виконано у вигляді тонкостінної циліндричної труби, яка має три послідовно розташовані секції різного діаметру, заповнені пористою речовиною, пристрій для підведення тепла складається з однакових, окремих для кожного термоелектричного модуля, радіаторів, а для відведення тепла - з суцільної циліндричної обичайки, на внутрішній поверхні якої є площини для модулів, а на зовнішній - ребра для розсіювання тепла у навколишнє середовище. U 2 46462 1 3 нена пористою речовиною. При цьому під час роботи генератора кількість палива у паливній ємності зменшується, відповідно зменшується і надходження парів палива до каталізатора і, як наслідок, кількість генерованого каталізатором тепла. Це призводить до поступового пониження величин електричних параметрів термогенератора. Нестабільність роботи генератора спричинена також тим, що при такій конструкції генератора інтенсивність випаровування палива і надходження його парів до каталізатора суттєво залежить від температури навколишнього середовища. Найбільш близьким до запропонованої моделі є каталітичний термоелектричний генератор [3], що містить паливну ємність з рідким паливом, камеру згоряння, каталізатор, термоелектричний перетворювач, пристрої для підведення і відведення тепла та попереднього прогріву каталізатора. Паливо (етанол, метанол) надходить до каталізатора за допомогою волокнистого ґноту (палипроводу), який з'єднує наливну ємність і каталізатор. Повітря для згоряння палива надходить до камери згоряння шляхом природної дифузії або примусово. Недоліком генератора є нестабільність теплових і електричних параметрів внаслідок поступового зменшення витрати палива, а відповідно і теплової потужності при пониженні рівня палива в паливній ємності. Це вимагає постійного обслуговування при експлуатації термогенератора або використання спеціальних пристроїв для підтримування постійного рівня палива у паливній ємності, що значно ускладнює конструкцію генератора. Тому актуальним є завдання підвищення надійності і стабільності енергетичних параметрів термоелектричних генераторів, які працюють на рідкому паливі. Вказане завдання розв'язується тим, що у термоелектричному генераторі, що містить каталітичне джерело тепла, у якому рідке паливо надходить до каталізатора за допомогою пористого паливопровода, термоелектричний перетворювач енергії, пристрої для підведення і відведення тепла від термоперетворювача, пористий паливопровід виконано у вигляді тонкостінної циліндричної труби, яка має три послідовно розташовані секції різного діаметру заповнені пористою речовиною; пристрій для підведення тепла складається з однакових, окремих для кожного термоелектричного модуля, радіаторів, а для відведення тепла - з суцільної циліндричної обичайки, на внутрішній поверхні якої є площини для модулів, а на зовнішній - ребра для розсіювання тепла у навколишнє середовище. 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 запропоноване нове рішення для термоелектричних генераторів на рідкому паливі, яке полягає в тому, що у термоелектричному генераторі, що містить каталітичне джерело тепла, у якому рідке паливо надходить до каталізатора за допомогою пористого паливопровода, термоелектричний перетворювач енергії, пристрої для підведення і відведення тепла від термопере 46462 4 творювача, пористий паливопровід виконано у вигляді тонкостінної циліндричної труби, яка має три послідовно розташовані секції різного діаметру заповнені пористою речовиною; пристрій для підведення тепла складається з однакових, окремих для кожного термоелектричного модуля, радіаторів, а для відведення тепла - з суцільної циліндричної обичайки, на внутрішній поверхні якої є площини для модулів, а на зовнішній - ребра для розсіювання тепла у навколишнє середовище. Тому ознака, яка не зустрічається на в одному з аналогів - пористий паливо провід виконано у вигляді тонкостінної циліндричної труби, яка має три послідовно розташовані секції різного діаметру заповнені пористою речовиною; пристрій для підведення тепла складається з однакових, окремих для кожного термоелектричного модуля, радіаторів, а для відведення тепла - з суцільної циліндричної обичайки, на внутрішній поверхні якої є площини для модулів, а на зовнішній - ребра для розсіювання тепла у навколишнє середовище, 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 запропонованого пристрою пояснюється рисунками. На Фіг.1 наведено вертикальний, а на Фіг.2 горизонтальний перерізи термогенератора з каталітичним джерелом на рідкому паливі. Термогенератор (Фіг.1, 2) містить каталітичне джерело тепла 1, яке має форму циліндра. У центральній частині циліндра розташована камера випаровування 2 утворена тонкостінним металевим циліндром 3 з закритими торцями. Бокова стінка циліндра 3 має отвори 4 для надходження парів рідкого палива у пористий шар каталізатора. В центрі камери випаровування розташований пористий паливопровід 5, який виконано у вигляді тонкостінної циліндричної труби, що має три послідовно розташовані секції 6, 7, 8 різного діаметру, заповнені пористою речовиною (волокнистий кварц, кремнезем, волокнистий метал, пориста кераміка, металокераміка). Перша секція 6, яка має найбільший діаметр приєднана до дна паливної ємності, середня секція 7 приєднана до верхньої площини паливної ємності, верхня секція 8 найменшого діаметра з'єднана з середньою, виходить за межі паливної ємності і введена в камеру випаровування палива 2. Секції 6 і 7 з'єднані між собою на 1/2 висоти паливної ємності. У нижній частині паливної ємності 9 розташований пристрій 10 для регулювання надходження палива з паливної ємності до нижньої секції 6 пористого паливопроводу. У верхній стінці паливної ємності 9 встановлена заливна горловина 11 з кришкою 12 для заповнення ємності рідким паливом. У запропонованому варіанті каталітичне джерело тепла має циліндричну форму. В інших варіантах джерело тепла 1 (каталізатор) може мати форму квадратної або іншої багатогранної призми, яка в центрі має камеру випаровування з пористим 5 паливонроводом. Для попереднього прогріву каталізатора у шар каталізатора джерела тепла вмонтовано електричний нагрівник 13. Коаксіально до джерела тепла розташовано пристрій для підведення тепла, термоелектричні модулі 14 та пристрій для відведення тепла. Пристрій для підведення тепла складається з однакових, окремих для кожного термоелектричного модуля, радіаторів 15, кожен з яких з одного боку має ребра 16, а з протилежного - площину для розташування модуля. Термоелектричні модулі 14 (термоперетворювачі) виконані у вигляді квадратної або прямокутної пластини і складаються з багатьох напівпровідникових термоелементів з'єднаних в електричний ланцюг. Пристрій для відведення тепла містить суцільну циліндричну обичайку 17, на внутрішній поверхні якої є площини для модулів, а на зовнішній ребра 18 для розсіювання тепла у навколишнє середовище. В нижній частині обичайки 18 є отвори 19 для надходження повітря необхідного для згоряння палива. Радіатори для підведення і відведення тепла, між якими розташовані термоелектричні модулі, з'єднуються між собою гвинтами 20. Вільний об'єм між радіаторами заповнений теплоізоляцією 21. Працює термогенератор наступним чином. За допомогою пристрою 10 здійснюється подача рідкого палива з ємності 9 до пористого паливопровода 5. По капілярах пористого паливопровода паливо надходить до випарювальної камери 2. Одночасно за допомогою нагрівника 13 розігрівається каталізатор 1, металевий циліндр 3 і труба 8 паливопроводу. Паливо випаровується з пор паливопроводу і через отвори 4 надходить у шар каталізатора 1. Повітря необхідне для згоряння палива надходить через отвори 19 і шляхом природної дифузії проникає у шар пористого каталізатора 1. На розігрітих ділянках каталізатора відбувається екзотермічна реакція горіння палива з виділенням теплової енергії. Теплова енергія шляхом випромінювання і конвекцією надходить до 46462 6 радіаторів 15, проходить через модулі 14 і відводиться у навколишнє середовище шляхом природної конвекції повітря за допомогою ребер 18. Внаслідок різниці температур між холодною і гарячою сторонами модулі 14 генерують електричний струм. Після цього електричний нагрівник від'єднується від джерела живлення і робота термогенератора здійснюється у автономному режимі. У стаціонарних умовах роботи генератора температура гарячого радіатора складає 240-250°С, холодного - 50-60°С. При цьому електричні і теплові параметри генератора стабільні протягом всього періоду роботи генератора (до закінчення всього палива з паливної ємності) незалежно від рівня палива у паливній ємності. Це досягається внаслідок того, що зниження рівня палива у наливній ємності (при роботі генератора) компенсується збільшенням діаметру паливопроводу і до камери випаровування завжди надходить однакова кількість палива. Вихідна електрична потужність термогенератора залежить від кількості використаних модулів. Для конкретного зразка, який має 4 модулі, електрична потужність знаходиться на рівні 20Вт. Термогенератор має високу надійність, оскільки не має рухомих частин і може використовуватись для автономного живлення різноманітної електронної апаратури, освітлення, зарядки акумуляторів і т.ін. Література: 1. Пат. US 2002/0070633 A1. МКИ: B60L1/02. Electrical power generator / W.E. Salender, G. HonsOlivier (US). - Опубл. 13.06.2002. 2. Пат. JP 2003070275. МКИ: H02N11/00, H01L35/28. Portable thermoelectric generator / Tanaka Hideji, Esashi Masaki (JP) - Опубл. 07.03.2003. 3. Пат. RU №219705. МКИ: H02N3/00, 10/00; H01L35/28; H01J45/00. Термоэлектрический генератор (варианты) / Исмагилов З.Р., Керженцев М.А., Шикина Н.В., Куденкова С.В., Исмагилова И.З. (RU). - Опубл. 20.01.2003. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 46462 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