Термоелектричний автомобільний генератор

Реферат: UA 71613 U UA 71613 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області енергетики, зокрема, до термоелектричних генераторів електричної енергії, і може використовуватися для перетворення теплової енергії вихлопних газів двигуна внутрішнього згорання автомобіля в електричну. Відомі термоелектричні генератори, що використовують тепло вихлопних газів автомобіля для перетворення його в електричну енергію, зокрема UA19090, UA 29866, UA41771, UA30391. Найближчим до запропонованої корисної моделі є термоелектричний генератор UA41771, який використовує тепло вихлопних газів автомобіля, а охолоджується теплоносієм, що циркулює в системі охолодження двигуна. Він містить сукупність гарячих теплообмінників з різною висотою ребер для вирівнювання теплового потоку через термоелектричні модулі вздовж напрямку протікання вихлопних газів, термоелектричні модулі, рідинні та повітряні холодні теплообмінники, розташовані в одному корпусі. Недоліком такої конструкції є те, що вона не містить елементів для відведення надлишкового потоку вихлопного газу, що може призвести до перегріву термоелектричних модулів та виходу їх з ладу. Це ускладнює установку генератора на автомобіль та потребує додатково монтажу обвідного каналу для надлишкового потоку газу, що збільшує габарити в цілому. Крім того, монолітна конструкція рідинних теплообмінників не є оптимальним рішенням в умовах установки генератора на автомобіль. Неперервна вібрація та зміна температур призводить до погіршення теплового контакту холодного теплообмінника з сукупністю термоелектричних модулів генератора. Тому актуальним є задача створення ефективного та надійного термоелектричного генератора зі стабільними характеристиками, меншою масою і габаритними розмірами. Вказана задача розв'язується тим, що термоелектричний генератор на основі термоелектричних модулів, гарячих теплообмінників, рідинних теплообмінників та байпасу складається с числа окремих послідовно з'єднаних секцій, які є теплоізольованими одна від одної. Гарячі теплообмінники кожної з секцій мають отвори різного діаметру для проходження вихлопних газів, та центрального отвору для байпасу. Кожен термоелектричний модуль має індивідуальний рідинний теплообмінник. Стиснення термоелектричного модуля між гарячими та холодними теплообмінниками здійснюється пружними притискачами для кожного рідинного теплообмінника окремо. На виході байпасу розміщено клапан, який може відкриватися чи закриватися повністю або частково для забезпечення максимальної потужності генератора. Відповідність критерію «новизна» запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах машинобудівної галузі. Суть корисної моделі представлена на малюнках. Фіг. 1 - схема секційного термоелектричного генератора. Фіг. 2 - поперечний переріз термоелектричного генератора по одній із секцій. Термоелектричний генератор, наведений на фіг. 1 та фіг. 2, складається з сукупності секцій 1, теплоізольованих між собою ізоляцією 13; патрубків 9 та 10 для підведення вихлопних газів до генератора та відведення їх у вихлопну систему автомобіля; труби байпасу 8 з клапаном 11 для відведення надлишкової частини вихлопних газів. Кожна з секцій 1 містить гарячий теплообмінник 2 з каналами для проходження вихлопних газів 3, сукупність коаксіально розташованих модулів 4 та холодних теплообмінників 5 з притискачами 6. Гарячий теплообмінник 2 виконано у вигляді монолітної багатогранної призми з сукупністю каналів 3 для проходження вихлопних газів. Причому, у кожній секції розміри та кількість каналів змінюються так, що теплоприймальна площа зростає у напрямку руху вихлопних газів. Холодні рідинні теплообмінники мають форму прямокутної призми з сукупністю каналів для протікання рідини. Кожен модуль 4 має індивідуальний теплообмінник 5 та є затисненим між гарячим та холодним теплообмінниками 2 і 4 окремим затискачем 6. Рідинні теплообмінники 5 з'єднані паралельно-послідовно гнучкими з'єднаннями та під'єднані до системи охолодження автомобіля. Робота термоелектричного генератора полягає в наступному. Термоелектричний генератор вмонтовується у вихлопну систему автомобіля з допомогою патрубків 9 та 10, через які потік гарячого газу надходить до генератора та знову відводиться до вихлопної системи. Потрапляючи у генератор потік гарячого вихлопного газу 7 проходить через канали 3 та розігріває гарячі теплообмінники 2. Від гарячих теплообмінників 2 тепло передається термоелектричним модулям 4. Внаслідок того, що теплоприймальна площа гарячих теплообмінників 2 зростає від секції до секції у напрямку руху гарячого газу, тепловий потік, що 1 UA 71613 U 5 10 15 20 25 30 надходить до модулів 4, вирівнюється у кожній з секцій. Цим забезпечується оптимальний режим роботи термоелектричних модулів у кожній із секцій і досягнення ними максимальної електричної потужності. Теплова ізоляція 13 між гарячими теплообмінниками сусідніх секцій перешкоджає перетіканню тепла між секціями і спотворенню теплового потоку через модулі. Відвід тепла від термоелектричних модулів здійснюється рідинними теплообмінниками 5 та за їх допомогою передається у систему охолодження автомобіля. Індивідуальні притискачі 6 та гнучке з'єднання рідинних теплообмінників забезпечують умови найкращого теплового контакту кожного модуля з гарячим та холодним теплообмінниками незалежно від вібрацій та механічних деформацій конструкції, які можуть виникати при русі автомобіля та при циклічних температурних впливах. Внаслідок наявності перепаду температур, створеного гарячими та холодними теплообмінниками, термоелектричні модулі генерують електричну енергію, яка може використовуватися для живлення електричних споживачів автомобіля, розвантажуючи тим самим двигун внутрішнього згорання від необхідності витрачати частину енергії на приведення в рух динамомашини. Для забезпечення оптимальних гарячих температур термоелектричних модулів 4 при різних режимах роботи двигуна, і, відповідно, при різних потоках і температурах вихлопного газу, термоелектричний генератор містить байпас 8 з клапаном 11. Клапан 11 може частково або повністю відкриватися. При зростанні обертів двигуна і збільшенні теплової потужності вихлопного газу клапан 11 плавно відкривається і частина вихлопних газів 7, що надходять до термоелектричного генератора, відводиться напряму у вихлопну систему автомобіля через байпас 8. Цим забезпечується як оптимальний режим роботи модулів, так і висока надійність термоелектричного генератора. В окремому варіанті виконання термоелектричного генератора, клапан 11 може керуватися блоком реєстрації електричної потужності генератора і спрацьовувати для підтримання максимальної потужності генератора. В іншому варіанті виконання клапан 11 може самостійно плавно відкриватися під дією тиску вихлопного газу, що надходить до генератора. Таким чином запропонована конструкція термоелектричного автомобільного генератора є ефективною та надійною, вона забезпечує оптимальне використання тепла вихлопних газів для генерації електричної енергії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 55 1. Термоелектричний автомобільний генератор, що містить: а) термоелектричні генераторні модулі, б) гарячі теплообмінники, які розташовані у потоці вихлопних газів двигуна і використовуються для підведення тепла до модулів, в) рідинні теплообмінники для відведення тепла від термоелектричних модулів, г) трубу, яка є байпасом для проходження надлишкового потоку вихлопного газу, який відрізняється тим, що складається з числа окремих послідовно з'єднаних секцій, які є теплоізольованими одна від одної. 2. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що гарячі теплообмінники виконані у вигляді багатогранної призми з отворами для проходження вихлопних газів, та центрального отвору для байпасу. 3. Термоелектричний генератор за п. 2, який відрізняється тим, що теплообмінники у кожній секції мають різні діаметри центрального отвору та отворів для проходження вихлопних газів, при яких досягається найбільша потужність секції. 4. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що кожен модуль має індивідуальний рідинний теплообмінник. 5. Термоелектричний генератор за п. 4, який відрізняється тим, що стиснення термоелектричного модуля між гарячими та холодними теплообмінниками здійснюється пружними притискачами для кожного рідинного теплообмінника окремо. 6. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що на виході байпасу розміщено клапан, який може відкриватися чи закриватися повністю або частково для забезпечення максимальної потужності генератора. 7. Термоелектричний генератор за п. 6, який відрізняється тим, що керування клапаном байпасу здійснюється блоком реєстрації потужності термоелектричного генератора. 8. Термоелектричний генератор за п. 6, який відрізняється тим, що керування клапаном байпасу здійснюється тиском вихлопних газів, які надходять у термоелектричний генератор. 2 UA 71613 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3