Ґрунтовий термоелектричний генератор під асфальтовим покриттям

Реферат: UA 106833 U UA 106833 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до термоелектричних приладів, зокрема до пристроїв, що генерують електроенергію за допомогою термоелектричних генераторів. Він призначений для автономного довготривалого забезпечення постійним струмом елементів електроніки, для функціонування яких не потрібно великих потужностей, і належить до так званого класу "відновлювальних" джерел живлення, створення яких у даний час для України є особливо актуальним. Максимальна наближеність до споживача, простота конструкції, екологічна чистота, надійність і практично необмежений ресурс роботи в автономному режимі робить термоелектричні джерела живлення привабливими для різноманітних галузей народного господарства, науки і техніки та т.і. В Інституті термоелектрики Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України протягом багатьох років проводяться комплексні дослідження зі створення відновлювальних термоелектричних джерел живлення, які здійснюють пряме перетворення теплової енергії ґрунту в електричну енергію. Результатом таких теоретичних досліджень є створення теорії термоелектричного перетворення тепла ґрунту [1], на основі якої розроблено ряд ґрунтових термоелектричних джерел живлення. У [2] наведено опис, принцип дії, параметри і характеристики таких ґрунтових джерел живлення. Один із варіантів ґрунтового термоелектричного генератора, вибраного як прототип, описаний в [3]. Такий генератор складається з корпусу, термоелектричної батареї, джерела тепла, теплоприймального і теплорозсiюючого елементів, електронного блока управління для акумулювання та стабілізації виробленої генератором енергії, теплопроводів, теплової ізоляції і додатково містить тепловий колектор-акумулятор тепла, розташований в придонній конвективній зоні "сонячного ставка", що має тепловий контакт із теплоприймальним елементом генератора через теплові труби. Таке джерело живлення є повністю автономним, ресурс його роботи складає 2530 років. Воно є практично незамінним для вирішення різних задач, коли необхідно забезпечити електроенергією різні пристрої з малою потужністю споживання. Як відомо, градієнти температури в ґрунтах для більшості кліматичних зон обмежуються величинами, рівними в середньому 5-20 °C, наслідком чого є досить низький коефіцієнт корисної дії ґрунтового термогенератора (~ 0,1 %), так само як і його вихідна потужність, величина якої складає близько 2 15 Вт/м поверхні ґрунту. Застосування ґрунтового термоелектричного генератора на основі "сонячного ставка" дозволяє підвищити робочий перепад температури на термобатареї, збільшуючи таким чином його ефективність. Однак, до недоліків такого джерела живлення можна віднести складність конструктивного виконання, труднощі в обслуговуванні, вузьку область застосування та ін. Тому актуальною є задача покращення характеристик ґрунтового генератора з врахуванням вищезазначених недоліків прототипу, яка є задачею запропонованої корисної моделі. Поставлена задача вирішується наступним чином. Покращення вихідних характеристик ґрунтового термогенератора можна забезпечити шляхом використання в його конструкції теплових акумуляторів. Відомо [1], що є велика кількість речовин, так званих акумуляторів тепла (холоду), які мають великий коефіцієнт теплоакумуляції. Такі акумулятори тепла здатні накопичувати велику кількість тепла або холоду. При їх використанні в конструкції термогенератора, вони можуть протягом тривалого часу забезпечувати підвищений робочий перепад температури на термобатареї генератора, а отже, покращити його вихідні характеристики. Застосування акумуляторів теплової енергії дозволяє також забезпечити стабільність і тривалість роботи термогенератора, розташованого у ґрунті. Одним із найпростіших варіантів підвищення ефективності роботи ґрунтового термоелектричного генератора видається його розміщення під асфальтом, який має значно кращі коефіцієнти поглинання та акумулювання сонячної енергії в порівнянні із будь-яким типом ґрунту. Асфальтове покриття доріг вбирає досить велику кількість теплової енергії сонця і цей факт дає можливість розглядати його як концентратор та акумулятор теплової енергії сонячного випромінювання з метою покращення вихідних характеристик ґрунтових термоелектричних генераторів. Із такої поверхні практично не відбувається випаровування, тому майже все тепло поглинутої сонячної радіації витрачається на її нагрівання. Це призводить до того, що денні температури теплого періоду на поверхні сухого асфальту значно вищі за температуру ґрунту. Так, у спекотний літній день асфальтове покриття може нагріватися до 60-70 °C. У містах більша частина поверхні ґрунту вкрита асфальтом, що робить використання такого термогенератора привабливим і перспективним. Запропонована корисна модель наведена на кресленні передбачає розташування ґрунтового термоелектричного генератора на нижній поверхні асфальтового покриття 1 у ґрунті 1 UA 106833 U 5 10 15 20 25 30 2. Він складається з теплоприймального елемента 3, теплової ізоляції 4, термоелектричної батареї 5 і теплорозсіюючого елемента 6. Працює запропонований ґрунтовий термогенератор використовуючи значно вищий перепад температури від перепаду, що існує в, так званому, активному шарі ґрунту. Тепловий потік q1, який надходить на поверхню асфальтового покриття, попадає на теплоприймальний елемент і підводиться до гарячих спаїв термобатареї. Тепловий потік q2 з холодних спаїв термобатареї теплорозсіюючим елементом відводиться у нижні шари ґрунту. Для зменшення теплових втрат корпус термогенератора заповнено теплоізоляційним матеріалом. При проходженні тепла через термобатарею, на ній створюється градієнт температури, що зумовлює генерацію електричної потужності W. Отже, використання на поверхні теплосприймальної площадки термогенератора теплоконцентруючих матеріалів, таких як асфальтове покриття, дозволяє значно збільшити його потужність, що є важливим для живлення малопотужної електронної апаратури [4]. Встановлення таких генераторів відкриває перспективи для їх використання в дорожньому асфальтовому покритті з метою живлення різноманітних сенсорних датчиків, світлодіодних ламп дорожнього освітлення, підсвічування дорожніх знаків та ін. У корисній моделі, що заявляється, запропоновано нове вирішення питання про суттєве збільшення ефективності роботи ґрунтового термоелектричного джерела живлення, яке є одним із видів відновлювальних джерел живлення, суть якого полягає в тому, що конструкція ґрунтового термоелектричного генератора містить тепловий колектор-концентратор, як такий використовують асфальтове покриття, що має тепловий контакт із теплоприймальним елементом генератора. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів. Її реалізація можлива на існуючих підприємствах електронної і приладобудівної промисловості, зокрема в термоелектричному приладобудуванні. Джерела інформації: 1. Микитюк П.Д. Прилади термоелектричного перетворення теплової енергії ґрунту. Дисертація кандидата фізико-математичних наук: 01.04.01.4.2004. 2. Анатичук Л.І., Микитюк П.Д. Генератори, що використовують теплові потоки у ґрунтах // Термоелектрика № 3-2003. - С. 86-95. 3. Пат. № UA 96491 U, Ґрунтовий термоелектричний генератор на основі "сонячного ставка", Микитюк П.Д., Дудаль В.О.; Інститут термоелектрики. - № u 201408828; заявл. 04.08.2014; опубл. 10.02.2015; Бюл. № 3. 4. Дудаль В.О. Про використання термоелектричних генераторів під асфальтом / Дудаль В.О. // Термоелектрика, 2014. - № 5. - С. 45-53. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 Ґрунтовий термоелектричний генератор, що містить корпус, термоелектричну батарею, джерело тепла, теплоприймальний і теплорозсiюючий елементи, електронний блок управління для акумулювання і стабілізації виробленої генератором енергії, теплопроводи, теплову ізоляцію, який відрізняється тим, що містить тепловий колектор-концентратор, за який використовують асфальтове покриття, що має тепловий контакт із теплоприймальним елементом генератора. 2 UA 106833 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3