Термоелектричний автомобільний генератор

Реферат: Термоелектричний автомобільний генератор містить термоелектричні генераторні модулі, гарячі теплообмінники, які розташовані у потоці вихлопних газів двигуна і використовуються для підведення тепла до модулів, та рідинні теплообмінники для відведення тепла від термоелектричних модулів. Генератор складається з числа окремих первинних термоелектричних генераторів та системи клапанів для розподілу загального потоку вихлопного газу між первинними генераторами. UA 71651 U (54) ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ АВТОМОБІЛЬНИЙ ГЕНЕРАТОР UA 71651 U UA 71651 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, термоелектричні модулі, рідинні та повітряні холодні теплообмінники, розташовані в одному корпусі. Недоліком такої конструкції є те, що вона не найбільш ефективним чином перетворює енергію вихлопного газу в електричну. Специфіка роботи автомобільного термоелектричного генератора в тому, що в залежності від режиму водіння потік газу через генератор та його температура змінюються у широкому діапазоні. Тому один генератор може забезпечити оптимальне перетворення енергії тільки в окремому оптимальному режимі роботи автомобільного двигуна. При менших потужностях роботи двигуна теплова енергія газу вже не буде перетворюватися ефективно. При більших потужностях роботи надлишкову масу вихлопного газу доводиться викидати через обвідний канал генератора, для того, щоб уникнути перегріву і виходу з ладу його елементів. А це означає, що частина вихлопного газу не приймає участі в перетворенні енергії, тому така схема не може бути найбільш ефективною. В основу корисної моделі поставлена створення термоелектричного генератора зі стабільними характеристиками, який найбільш ефективним чином буде перетворювати теплову енергію вихлопного газу автомобіля в електричну в будь-якому режимі роботи двигуна автомобіля. Поставлена задача вирішується тим, що термоелектричний генератор на основі термоелектричних генераторних модулів, гарячих теплообмінників, які розташовані у потоці вихлопних газів двигуна і використовуються для підведення тепла до модулів, рідинних теплообмінників для відведення тепла від термоелектричних модулів, складається з числа окремих первинних термоелектричних генераторів та системи клапанів для розподілу загального потоку вихлопного газу між первинними генераторами. Керування системою клапанів може здійснюватися блоком реєстрації потужностей первинних термоелектричних генераторів, розподіляючи потік вихлопного газу між первинними генераторами оптимальним чином для досягнення максимальної електричної потужності. В іншому варіанті виконання керування системою клапанів може здійснюється тиском вихлопних газів, які надходять у термоелектричний генератор. Суть корисної моделі пояснюють креслення, де на Фіг. 1 - типова схема первинного термоелектричного генератора. Фіг. 2 - схема термоелектричного генератора з блоком клапанів та блоком реєстрації потужності. Типова схема первинного термоелектричного генератора, наведеного на фіг. 1, містить необхідний мінімум складових, необхідних для термоелектричного перетворення енергії вихлопного газу в електричну. Він складається з гарячих теплообмінників 1 з каналами для проходження вихлопного газу, термоелектричних модулів 2 та холодних теплообмінників 3. Термоелектричний генератор, наведений на фіг. 2, складається з певної кількості первинних термоелектричних генераторів G1-GN. Первинні термоелектричні генератори з'єднані між собою паралельно відносно потоку гарячого газу за допомогою патрубків 4 та 5 і блока клапанів 6. В окремому випадку виконання термоелектричний генератор містить блок реєстрації потужностей первинних термоелектричних генераторів 7. Блок реєстрації 7 може керувати роботою блока клапанів 6. Робота термоелектричного генератора полягає в наступному. Термоелектричний генератор вмонтовується у вихлопну систему автомобіля з допомогою патрубків 4 та 5, через які потік гарячого газу надходить до генератора та знову відводиться до вихлопної системи. Потрапляючи у генератор, потік гарячого вихлопного газу 8 розподіляється між первинними термоелектричними генераторами у залежності від стану клапанів K1-KN та розігріває гарячі теплообмінники 1. Від гарячих теплообмінників 1 тепло передається термоелектричним модулям 2. Відвід тепла від термоелектричних модулів здійснюється холодними теплообмінниками 3 та за їх допомогою передається у систему охолодження автомобіля. Внаслідок наявності перепаду температур, створеного гарячими та холодними теплообмінниками, термоелектричні модулі генерують електричну енергію, яка може використовуватися для живлення електричних споживачів автомобіля, розвантажуючи тим 1 UA 71651 U 5 10 15 20 25 30 самим двигун внутрішнього згорання від необхідності витрачати частину енергії на приведення в рух динамо-машини. Для забезпечення найкращого перетворення теплової енергії вихлопного газу при будьякому режимі роботи автомобіля розподіл гарячого газу між первинними термоелектричними генераторами G1-GN ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ блоком клапанів 6. Принцип такого керування полягає в наступному. При малих потужностях двигуна відкрито всього один клапан Κ 1 і гарячий газ надходить тільки до первинного термоелектричного генератора G 1. Це дозволяє підняти температуру гарячої сторони модулів до найвищого значення і забезпечити найвищий коефіцієнт корисної дії термоелектричного перетворення енергії. При збільшенні потужності роботи двигуна, і відповідно, зростанні масового потоку та температури вихлопного газу, спрацьовує наступний клапан К2. Таким чином відбувається перерозподіл потоку гарячого газу вже між двома первинними генераторами. Це дозволяє запобігти перегріву складових первинного генератора та підтримувати гарячу температуру термоелектричних модулів 2 в оптимальному діапазоні. При подальшому наростанні потужності двигуна послідовно відкриваються клапани наступних первинних генераторів, включаючи їх в роботу. Цим забезпечується як оптимальний режим роботи модулів, так і висока надійність термоелектричного генератора. В окремому варіанті виконання термоелектричного генератора блок клапанів 6 може керуватися блоком реєстрації електричної потужності первинних термоелектричних генераторів 7. В такому випадку кожен наступний первинний термоелектричний генератор під'єднується до потоку гарячого газу тоді, коли потужність попереднього первинного генератора досягає свого максимально допустимого значення. В іншому варіанті виконання кожен з клапанів K1-KN блока 6 може самостійно відкриватися під дією тиску вихлопного газу, що надходить до генератора. При роботі автомобільного двигуна теплова потужність вихлопного газу і його тиск у вихлопній системі є пов'язані між собою. Тому клапани K1-KN влаштовано так, що тиск, при якому вони спрацьовують, зростає від першого клапана до останнього. Таким чином забезпечується перерозподіл потоку гарячого газу між первинними термоелектричними генераторами, подібно як і у попередній схемі керування блоком клапанів. Таким чином запропонована конструкція термоелектричного автомобільного генератора є ефективною та надійною, вона забезпечує найбільш оптимальне використання тепла вихлопних газів для генерації електричної енергії. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 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, який відрізняється тим, що складається з числа окремих первинних термоелектричних генераторів та системи клапанів для розподілу загального потоку вихлопного газу між первинними генераторами. 2. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що керування системою клапанів здійснюється блоком реєстрації потужностей первинних термоелектричних генераторів, розподіляючи потік вихлопного газу між первинними генераторами оптимальним чином для досягнення максимальної електричної потужності. 3. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що керування системою клапанів здійснюється тиском вихлопних газів, які надходять у термоелектричний генератор. 2 UA 71651 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