Термоелектричний генератор теплообмінного типу

Реферат: UA 121460 U UA 121460 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель стосується галузі прямого перетворення теплової енергії в електричну, а саме - термоелектричних генераторів (ТЕГ) теплообмінного типу. Відомий термоелектричний генератор [патент України №83157, від 27.08.2013 р.], що містить блоки (термобатареї), які складаються з термоелектричних модулів, затиснутих між теплообмінниками для гарячого й холодного теплоносіїв, стяжки та торцеві плити, який відрізняється тим, що термобатареї утворено шляхом розміщення термоелектричних модулів між тонкими металевими пластинами, які мають по чотири отвори для проходу теплоносіїв, а канали теплообмінників й колектори теплоносіїв утворено за допомогою ущільнюючих еластичних прокладок між термобатареями та між пластинами. На поверхні пластин можуть бути виштамповані розподільчі лінії для позиціонування термоелектричних модулів. Цей патент найбільш близький по технічній суті, і тому його прийнято за прототип. Відома також удосконалена термоелектрична батарея для таких ТЕГ [патент України №98744, від 12.05.2015], в якій модулі розміщено в касеті, що має форму пластини пластинчатого теплообмінника, а герметизація модулів в касеті здійснюється за допомогою полімерної плівки або металевих пластин. Подібні конструкції ТЕГ заявлено також в патентах US 20130213449 A1 та WO2013/126424 A1, де з метою інтенсифікації теплообміну в каналах між термобатареями запропоновано розміщувати додаткові пластини з сітчастою структурою або спеціальним малюнком для турбулізації потоків. Конструкцію такого ТЕГ представлено на Фіг. 1, де 1,4 – торцеві плити; 2 – металева пластина; 3 –блок термоелектричних модулів; пластини 2 мають виштамповки для позиціонування термоелектричних модулів й слугують для відокремлення модулів від потоків теплоносія й їх герметизації. Комплект з блока термоелектричних модулів 3 та двох пластин 2 складає термобатареї які затискаються між двома плитами 4. Теплоносії, що надходять через вхідні отвори 5, розподіляються по відповідних каналах, які утворюються між термобатареями за допомогою ущільнюючих прокладок, що перешкоджають можливості змішування потоків й протіканню рідини. Зрештою теплоносії проходять скрізь канали, й надходять до вихідних отворів 6. Недоліком прототипу та подібних до нього патентів є складність конструкції термобатарей. Багатошарова конструкція термобатареї зумовлює наявність додаткових термічних опорів між поверхнею термоелектричних модулів та теплоносіями (контактного термічного опору між керамічним теплопереходом модуля та металевою пластиною, й термічного опору металевої пластини), на яких виникають великі втрати температурного напору. Задачею корисної моделі, що пропонується, є зниження термічних опорів між поверхнею термоелектричних модулів та теплоносіями, що дозволяє значно покращити техніко-економічні показники ТЕГ. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в термоелектричному генераторі, який містить термоелектричні модулі, касету, яка має форму пластини пластинчатого теплообмінника, еластичні прокладки, торцеві плити та стяжки, касету виконано з двох пластин 1 (Фіг. 2), що мають по чотири отвори для проходу теплоносіїв, а також отвори 2, з розміром, меншим, ніж розмір термоелектричного модуля 3, по периметру цих отворів зроблено вибірку за розміром модулів, що утворює гнізда для їх розташування, а з'єднання пластин та ущільнення модулів здійснюється з допомогою герметизуючого компаунда. З метою турбулізації потоків теплоносія в каналах між касетами розташовано стандартні пластини пластинчатих теплообмінників 4 (Фіг. 3). Вся конструкція ущільнюється з допомогою стандартних еластичних прокладок 5 пластинчатих теплообмінників й затискається між плитами 6. Завдяки інтенсивному теплообміну в каналах відбувається протікання теплоти скрізь термоелектричні модулі від гарячого теплоносія до холодного. Між поверхнями термоелектричних модулів виникає різниця температур, що в свою чергу призводить до виникнення електрорушійної сили в електричному колі генератора. Необхідні параметри ТЕГ (потужність та напруга) забезпечуються набором відповідної кількості термобатарей. Завдяки використанню серійних комплектуючих (модулів, пластин теплообмінників, торцевих плит, стяжок та прокладок) забезпечується можливість суттєвого зниження вартості ТЕГ та покращення його техніко-економічних характеристик. Експериментальні дослідження заявленої конструкції підтверджують можливість досягнення цільових показників вартості (нижче 1$US на 1 Вт потужності для робочої температури 150 °C), які дозволяють широко застосовувати ТЕГ в системах перетворення низькопотенційної теплової енергії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Термоелектричний генератор, який містить термоелектричні модулі, касету, яка має форму пластини пластинчатого теплообмінника з чотирма отворами для проходу теплоносіїв, 1 UA 121460 U 5 еластичні прокладки, торцеві плити та стяжки, який відрізняється тим, що касета складається з двох пластин, в яких виконано додаткові отвори, з розміром, меншим, ніж розмір термоелектричного модуля, по периметру цих отворів виконано вибірку за розміром модулів, що утворює гнізда для їх розташування, а з'єднання пластин між собою та ущільнення модулів здійснюється з допомогою герметизуючого компаунда. 2. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що з метою турбулізації потоків теплоносія в каналах між касетами розташовано стандартні пластини пластинчатих теплообмінників. 2 UA 121460 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3