Термоелектричний генератор

Реферат: UA 83157 U UA 83157 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі прямого перетворення теплової енергії в електричну, а саме до термоелектричних генераторів, які використовують рідкі теплоносії для нагріву та охолодження термоелектричних модулів. Відомий термоелектричний генератор (фіг. 1), який найбільш близький по технічній суті, і тому прийнятий за прототип, що містить термоелектричні модулі 1; теплообмінники 2, по яким проходить гарячий теплоносій; теплообмінники 3, по яких проходить холодний теплоносій; колектори теплоносіїв 4 й 5; стяжки 6 та торцеві плити 7, які забезпечують міцність конструкції й необхідний тепловий контакт між термоелектричними модулями та теплообмінниками (Термоелектричний генератор АЛТЕК-8026, http://ite.inst.cv.ua/pdf/Altec_2044 80301_80208037_8026_rus.pdf). Недоліком аналога є великі маса та габарити - питома вага пристрою сягає 100 кг/кВт, а 3 питомий обсяг - 0,1 м /кВт. Це визначається недосконалою конструкцією теплообмінників, які виконано у вигляді масивної прямокутної труби. Маса й габарити теплообмінників складають близько 95 % маси й габаритів пристрою в цілому. До того ж класична конструкція теплообмінників, яка використовується в подібних термоелектричних генераторах, не здатна забезпечити достатньо високу інтенсивність теплообміну між теплоносіями та термоелектричними модулями, що знижує ефективність пристрою. Відомі також пластинчаті теплообмінники (фіг. 2), які завдяки своїй конструкції відзначаються надзвичайною компактністю та забезпечують високу інтенсивність процесів теплообміну. Необхідні умови протікання теплоносія (оптимальний ступінь турбулізації потоків та, відповідно, найкраще співвідношення гідравлічного та термічного опорів) в таких теплообмінниках забезпечуються за рахунок геометрії та малюнку на тонких (0.4 мм) штапмпованих роздільних пластинах. Кожна пластина має чотири отвори для проходу холодного та гарячого теплоносіїв та спеціальні виштамповки, які з допомогою еластичних ущільнюючих прокладок утворюють колектори та канали для проходу теплоносія (Plate Heat Exchanger Alfa Laval, http://www.alfalaval.com/products-and-solutions/plate-heatexchangers/Pages/Plate-heat-exchangers.aspx). Задачею корисної моделі є термоелектричний генератор, в якому за рахунок створення компактної конструкції, інтегрованої у високоефективний пластинчатий теплообмінник, суттєво знижуються маса й габарити та підвищується інтенсивність теплообміну між теплоносіями та термоелектричними модулями. Поставлена задача вирішується тим, що термоелектричний генератор, який містить термоелектричні модулі, теплообмінники, стяжки та торцеві плити, згідно з корисною моделлю, термоелектричні модулі розташовано між тонкими металевими пластинами, які ущільнюються за допомогою еластичних прокладок, що утворюють колектори й канали для проходу гарячого та холодного теплоносіїв, а вся конструкція в цілому затискається між торцевими плитами за допомогою стяжок. Внаслідок використання тонких штампованих роздільних пластин для утворення каналів теплообмінників маса останніх зменшується в 10…15 разів, а габарити в 5…7 разів порівняно з прототипом. Завдяки застосуванню спеціального малюнку на пластинах для турбулізації потоку є можливість суттєвого підвищення інтенсивності теплообміну в каналах. Схему термоелектричного генератора, що пропонується, показано на фіг. 3, де 1 термоелектричний модуль; 2 - штампована металева пластина; 3 та 6 - ущільнювачі; 4 торцева плита; 5 - стяжка. Пластини 2 мають по чотири отвори 7, які за допомогою кільцевих еластичних ущільнень 6 утворюють колектори для подачі та відведення теплоносіїв (фіг. 4). Для спрощення фіксації положення модулів на поверхні пластин може бути виштамповано пунктирні розподільчі лінії 8 у вигляді півсфер діаметром 2…3 мм з кроком 6…10 мм. З зовнішньої сторони пластини ці заглиблення відіграють роль додаткових турбулізаторів потоку теплоносія в каналах. Термоелектричний генератор складається з блоків (термобатарей), які являють собою скомутовані відповідним чином термоелектричні модулі 1, що розміщено між двома пластинами 2. Між батареями за допомогою еластичних ущільнюючих прокладок 3 утворюються канали для проходу теплоносіїв. Необхідні параметри ТЕГ (потужність та напруга) забезпечуються набором відповідної кількості термобатарей, які затискаються між двома плитами 4 за допомогою стяжок 5 що проходять скрізь отвори 9 в пластинах 2. Це надає щільність конструкції та забезпечує необхідний контакт між пластинами та термоелектричними модулями. Теплоносії, що надходять через вхідні колектори, розподіляються по відповідних каналах, що утворюються між термобатареями за допомогою ущільнюючих прокладок 3, які перешкоджають можливості змішування потоків й протіканню рідини. Зрештою теплоносії проходять скрізь канали, й надходять до вихідних отворів 7, що розташовані по діагоналі пластини. Завдяки інтенсивному 1 UA 83157 U 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. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Термоелектричний генератор, 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. 2. Термоелектричний генератор за п. 1, в якому на поверхні пластин виштамповано пунктирні розподільчі лінії за розмірами термоелектричних модулів у вигляді півсфер діаметром 2…3 мм з кроком 6…10 мм. 2 UA 83157 U 3 UA 83157 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 4