Автономний термоелектричний генератор на органічному паливі

1. Автономний термоелектричний генератор, що містить каталітичне джерело тепла для безполум'яного спалювання рідкого палива, паливну ємність, пристрої для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього нагріву каталізатора, термоелектричні модулі розташовані між гарячим та холодним радіаторами, який відрізняється тим, що пристрій для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього прогріву каталізатора виконаний у вигляді тонкостінного перфорованого циліндра, у центрі якого розташований трубчатий випарник і ємність для стартового рідкого палива, з'єднані окремими паливопроводами з паливною ємністю генератора, а верхній торець перфорованого циліндра закритий знімною кришкою, яка притискається до цього торця пружинним пристроєм; гарячий радіатор генератора складається з окремих однакових частин, що мають вертикальні ребра, торці яких розташовані коаксіально до випромінюючої поверхні каталізатора. U 2 46932 1 3 при великих потужностях генератора, а відповідно великих поверхнях каталізатора такий спосіб запуску термогенератора є небезпечним. Недоліком генератора є також використання ґноту для подачі палива до каталізатора. Це призводить до нестабільності параметрів термогенератора внаслідок поступового зменшення витрати палива при зменшенні його рівня в паливній ємності. Відомий каталітичний термогенератор [2], який використовується для живлення електронних пристроїв і зарядки батарей. Генератор містить камеру згоряння, термоелектричний модуль, теплообмінники для підведення і відведення тепла, паливну ємність з рідким паливом, насос-випарник для примусової подачі палива у камеру згоряння та засіб для ініціювання реакції каталітичного спалювання палива, за який використано електричний нагрівник. Недоліком генератора є необхідність у зовнішньому джерелі електричної енергії для запуску термогенератора. При відсутності зовнішнього джерела електрики такий генератор запустити досить складно, особливо за умови великих теплових потужностей каталітичного джерела тепла. Крім того, використання примусової подачі палива за допомогою насоса вимагає додаткової електричної енергії і постійного обслуговування, що в цілому знижує надійність генератора і не дозволяє експлуатувати його тривалий час в автономному режимі. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є термогенератор [3], який містить паливну ємність, каталітичне джерело циліндричної форми, навколо якого розташований термоелектричний перетворювач, що складається з термоелектричних модулів, гарячого та холодного радіаторів. Генератор працює на рідкому або газовому паливі. Попередній підігрів каталізатора здійснюється електричним нагрівником, який живиться від зовнішнього джерела електричної енергії. Недоліком такого генератора є електричний підігрів каталізатора, для якого необхідне живлення від зовнішнього джерела електричної енергії. Запуск генератора полум'яним способом вимагає демонтажу термоперетворювача, що ускладнює його конструкцію, особливо при великих потужностях генератора. Все це знижує надійність і безпеку експлуатації термогенератора, зокрема за умови тривалого автономного живлення споживачів електричною енергією. З огляду на це актуальним є завдання підвищення надійності та безпеки експлуатації термоелектричних генераторів на рідкому органічному паливі. Вказане завдання розв'язується тим, що у автономному термоелектричному генераторі, який містить каталітичне джерело тепла для безполум'яного спалювання рідкого палива, паливну ємність, пристрої для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього нагріву каталізатора, термоелектричні модулі розташовані між гарячим та холодним радіаторами, пристрій для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього прогріву каталізатора виконаний у вигляді тонкостінного перфорованого циліндра, у центрі якого розташований трубчатий випарник і ємність для 46932 4 стартового рідкого палива, які з'єднані окремими паливопроводами з паливною ємністю генератора, а верхній торець перфорованого циліндра закритий з'ємною кришкою, яка притискається до цього торця пружинним пристроєм; гарячий радіатор генератора складається з окремих однакових частин, що мають вертикальні ребра, торці яких розташовані коаксіально до випромінюючої поверхні каталізатора. 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, який містить каталітичне джерело тепла для безполум'яного спалювання рідкого палива, паливну ємність, пристрої для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього нагріву каталізатора, термоелектричні модулі розташовані між гарячим та холодним радіаторами, пристрій для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього прогріву каталізатора виконаний у вигляді тонкостінного перфорованого циліндра, у центрі якого розташований трубчатий випарник і ємність для стартового рідкого палива, які з'єднані окремими паливопроводами з паливною ємністю генератора, а верхній торець перфорованого циліндра закритий з'ємною кришкою, яка притискається до цього торця пружинним пристроєм; гарячий радіатор генератора складається з окремих однакових частин, що мають вертикальні ребра, торці яких розташовані коаксіально до випромінюючої поверхні каталізатора. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів - пристрій для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього прогріву каталізатора виконаний у вигляді тонкостінного перфорованого циліндра, у центрі якого розташований трубчатий випарник і ємність для стартового рідкого палива, які з'єднані окремими паливопроводами з паливною ємністю генератора, а верхній торець перфорованого циліндра закритий з'ємною кришкою, яка притискається до цього торця пружинним пристроєм; гарячий радіатор генератора складається з окремих однакових частин, що мають вертикальні ребра, торці яких розташовані коаксіально до випромінюючої поверхні каталізатора, 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 переріз термоелектричного генератора на рідкому паливі. На Фіг.2 і 3 наведено горизонтальні перерізи генератора на двох рівнях його висоти. Згідно запропонованої корисної моделі автономний термогенератор містить каталітичне джерело тепла циліндричної форми 1 для безполум'яного спалювання рідкого палива, термоелектричні 5 модулі 2, розташовані між гарячим 3 та холодним 4 радіаторами, паливну ємність 5 та дозатор палива 6. У центральній частині джерела тепла розташований пристрій для розподілу палива у шарі каталізатора та попереднього підігріву каталізатора. Пристрій виконаний у вигляді тонкостінного перфорованого циліндра 7, у центрі якого розташований трубчатий випарник 8 і ємність 9 для стартового палива. Трубчатий випарник 8 має вигляд V - подібної трубки, яка має дві прямі вітки, одна з яких закрита з торця, має по всій довжині отвори 10 для виходу парів рідкого палива і розташована в центрі тонкостінного циліндра 7. Інша вітка трубчатого випарника 8 - без отворів, під'єднана окремим паливопроводом 11 до дозатора рідкого палива 6, який в свою чергу під'єднаний до паливної ємності генератора 5. У перфорованому циліндрі 7 з отворами 12 розташована відкрита ємність 9 для стартового палива, яка закріплена на трубчатому випарнику на 1/3 його висоти. Ємність 9 з'єднана окремим паливопроводом 13 з паливною ємністю генератора 5. Верхній торець перфорованого циліндра 7 закритий з'ємною кришкою 14, яка притискається до торця пружинним пристроєм 15. З'ємна кришка 14 виконана у вигляді плоского диска, на нижній поверхні якого є кільцевидний виступ 16. Торець цього виступу вужчий за основу і його середній діаметр суміщений з середнім діаметром кільцевидної прокладки 17, яка виготовлена з жаростійкого матеріалу і розташована у кільцевидному заглибленні верхнього торця тонкостінного перфорованого циліндра 7. Паливна ємність 5 генератора розташована над дозатором палива 6, при цьому дозатор палива має можливість переміщення у вертикальному напрямку в межах від 0 до 1/3 висоти трубчатого випарника 8. Кожен з окремих палипроводів 11 і 13, які з'єднують трубчатий випарник 8 і ємність 9 для стартового палива з паливною ємністю генератора 5, оснащений кранами 18 і 19 відповідно. Гарячий радіатор 3 генератора складається з окремих частин 20, що мають вертикальні ребра 21, торці яких розташовані коаксіально до випромінюючої поверхні каталітичного джерела (каталізатора) 1. Кількість окремих частин гарячого радіатора дорівнює кількості використаних термоелектричних модулів. Холодний радіатор 4 виконаний у вигляді суцільної циліндричної основи, на внутрішній поверхні якої є площадки, що мають тепловий контакт з холодними сторонами модулів, а на зовнішній ребра для розсіювання тепла у навколишнє середовище. У нижній частині холодного радіатора є отвори 22 для надходження повітря, необхідного для згоряння палива. Вільні проміжки між гарячим і холодним радіаторами заповнено теплоізоляцією 23. Працює термогенератор наступним чином. За допомогою крану 18 паливо (бензин, спирт, гас) надходить по паливопроводу 11 з дозатора палива 6 до трубчатого випарника 8. Рівень пали 46932 6 ва у трубці випарника визначається рівнем палива у дозаторі 6 і регулюється переміщенням дозатора по вертикалі: вниз або вгору. Далі необхідно змістити деталь 15 пружинного механізму і відкрити торець перфорованого циліндра 7 шляхом підняття кришки 14, протилежна сторона якої закріплена на вісі. За допомогою крана 19 у ємність 12 наливають 1-2мл рідкого палива, закривають кран і підпалюють паливо. Під час горіння палива повітря надходить шляхом дифузії через верхній відкритий отвір та через пористий шар каталізатора і перфорацію 12 тонкостінного циліндра 7. Після вигорання палива кришку 14 закривають і вона притискається до прокладки 17 пружинним механізмом 15. Тепло, що виділилось внаслідок каталітичного згоряння палива шляхом випромінювання і конвекції, нагріває гарячий радіатор 3, проходить через модулі 2 і відводиться у навколишнє середовище радіатором 4. Внаслідок різниці температур між гарячою і холодною сторонами термоелектричні модулі генерують електричний струм. Час виходу термогенератора з каталітичним джерелом потужністю 1кВт на стаціонарний режим роботи складає 15-20хв. Температура каталізатора (при використанні оксидів Co, Cr, Fe, нанесених на SiO2) складає 460-480°С. При цьому температура гарячої сторони модулів з матеріалу на основі Ві2Те3 знаходиться в межах 240-250°С, холодної 50-60°С. Запропонована конструкція термогенератора дозволяє здійснювати його безпечний запуск і експлуатацію в автономних умовах. Для запуску генератора немає необхідності використовувати зовнішнє джерело електричної енергії або демонтувати термоперетворювач для полум'яного запуску. Термогенератор має стабільні електричні параметри, оскільки запропонована конструкція забезпечує стабільну подачу парів палива до каталізатора, а відповідно і стабільне виділення тепла. Генератор має високу надійність, оскільки немає рухомих частин і пристроїв для попереднього приготування паливно-повітряної суміші (наприклад, інжектора). Термогенератор може використовуватись для автономного живлення різноманітної електронної апаратури, систем охоронної сигналізації, екологічного моніторингу, зарядки акумуляторів, освітлення і т. ін. Література: 1. Пат. RU №2197054. 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. 2. Pat. WO 2006/017390 А2. МКИ: H02J7/35; H01L35/28. Fuel flexible thermoelectric generator with battery charger / Smith S.C.W., Newton СМ., Gassman R. (US) - Опубл. 16. 02. 2006. 3. Пат. (UA) №30174. MKB: H01L35/00; H02N11/00. Термоелектричний каталітичний генератор. / Анатичук Л. І., Струтинська Л. Т., Михайловський В. Я. (UA) - Опубл. 11. 02. 2008. 7 46932 8 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 46932 Підписне 10 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