ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2020 года по МПК F02G5/02 H01L35/00 H02N11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к термоэлектрическому устройству для выработки электроэнергии.

Уровень техники

[0002] В патентной литературе 1 (именуемой в дальнейшем PTL 1) раскрыто устройство для выработки электроэнергии, выполненное с возможностью выработки электрической энергии за счет разности температур. Устройство снабжено блоком источника тепла на высокотемпературной стороне термоэлектрического элемента, чей источник тепла представляет собой выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, и емкостью с охлаждающей жидкостью на низкотемпературной стороне термоэлектрического элемента.

Перечень цитируемой литературы

Патентная литература

[0003] PTL 1: Выложенная японская патентная заявка №2005-83251

Сущность изобретения

Техническая задача

[0004] В последние годы существует потребность в повышении эффективности выработки электроэнергии в термоэлектрическом устройстве для выработки электроэнергии.

[0005] Для того чтобы решить вышеуказанную техническую задачу, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнить термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии, которое позволило бы повысить эффективность выработки электроэнергии.

Решение технической задачи

[0006] Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно аспекту настоящего изобретения представляет собой:

термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии, включающее в себя термоэлектрический элемент, имеющий первую сторону, предусмотренную на нагревательном устройстве, и вторую сторону, предусмотренную на охлаждающем устройстве, и

теплопередающую трубу, расположенную в канале, в котором протекает высокотемпературный теплоноситель, где

нагревательное устройство и теплопередающая труба имеют, соответственно, внутренние пространства, сообщающиеся друг с другом,

внутреннее пространство нагревательного устройства и внутреннее пространство теплопередающей трубы образуют циркуляционный канал, в котором циркулирует теплоноситель,

выход теплопередающей трубы, из которого вытекает теплоноситель, предусмотрен в положении выше, чем вход теплопередающей трубы, в который втекает теплоноситель,

вход теплопередающей трубы предусмотрен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента,

теплопередающая труба испаряет теплоноситель, протекающий в циркуляционном канале, за счет теплоты высокотемпературного теплоносителя, и

нагревательное устройство конденсирует испаряемый теплоноситель.

Преимущественные эффекты изобретения

[0007] Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно аспектам настоящего изобретения, как описано выше, позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии.

Краткое описание чертежей

[0008] Фиг.1 - структурная схема термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - структурная схема нагревательного устройства термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - упрощенная структурная схема охлаждающего устройства термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.4 - упрощенная схема электрической системы термоэлектрической системы для выработки электроэнергии, использующей термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5 - упрощенная схема системы теплоносителя термоэлектрической системы для выработки электроэнергии, использующей термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6 - структурная схема термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 - структурная схема модифицированного термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 - структурная схема термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 - структурная схема модифицированного термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 3 осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10 - структурная схема термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 4 осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

[0009] Выводы авторов изобретения

Авторы настоящего изобретения разработали термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии, в котором нагревается термоэлектрический элемент и самотеком циркулирует теплоноситель, находящийся в циркуляционном канале, сформированном внутри нагревательного устройства и теплопередающей трубы, за счет попеременного испарения и конденсации теплоносителя. В таком термоэлектрическом устройстве для выработки электроэнергии теплоноситель, находящийся в жидкой форме после конденсации, остается в нагревательной установке. Это позволило авторам настоящего изобретения выявить новую проблему, заключающуюся в том, что теплоноситель в виде жидкости, находящейся в нагревательной установке, увеличивает сопротивление переносу тепла на термоэлектрический элемент и препятствует выработке энергии термоэлектрическим элементом. Для решения этой проблемы авторы настоящего изобретения подали заявку на изобретение, которое описано ниже.

[0010] Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно аспекту настоящего изобретения представляет собой:

термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии, включающее в себя термоэлектрический элемент, имеющий первую сторону, предусмотренную на нагревательном устройстве, и вторую сторону, предусмотренную на охлаждающем устройстве, и

теплопередающую трубу, расположенную в канале, в котором протекает высокотемпературный теплоноситель, где

нагревательное устройство и теплопередающая труба имеют, соответственно, внутренние пространства, сообщающиеся друг с другом,

внутреннее пространство нагревательного устройства и внутреннее пространство теплопередающей трубы образуют циркуляционный канал, в котором циркулирует теплоноситель,

выход теплопередающей трубы, из которого вытекает теплоноситель, расположен в положении выше, чем вход теплопередающей трубы, в который втекает теплоноситель,

вход теплопередающей трубы предусмотрен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента,

теплопередающая труба испаряет теплоноситель, протекающий в циркуляционном канале за счет теплоты высокотемпературного теплоносителя, и

нагревательное устройство конденсирует испаряемый теплоноситель.

[0011] Так как приведенная выше конструкция позволяет подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве нагревательного устройства, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент благодаря сконденсированному теплоносителю. В результате, сконденсированный теплоноситель не препятствует выработке электроэнергии термоэлектрическим элементом, и можно повысить эффективность выработки электроэнергии.

[0012] Приведенное выше термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии можно выполнить таким образом, чтобы в нижней части нагревательного устройства был предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель протекать во внутреннем пространстве нагревательного устройства по направлению к выходу нагревательного устройства.

[0013] При использовании этой конструкции сконденсированный теплоноситель, протекающий во внутреннем пространстве нагревательного устройства, течет к выходу. Поэтому теплоноситель, сконденсированный во внутреннем пространстве нагревательного устройства, легко выводится в теплопередающую трубу. Это позволяет подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя в нагревательном устройстве, и можно дополнительно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент.

[0014] Приведенное выше термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии можно выполнить таким образом, чтобы выход нагревательного устройства был предусмотрен в положении выше, чем вход теплопередающей трубы.

[0015] При использовании этой конструкции теплоноситель, сконденсированный в нагревательном устройстве, может легко выводиться в теплопередающую трубу. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве нагревательного устройства. Таким образом, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя.

[0016] Приведенное выше термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии можно выполнить таким образом, чтобы в нижней части нагревательного устройства был предусмотрен резервуар для жидкости, предназначенный для хранения теплоносителя, сконденсированного в нагревательном устройстве, и

резервуар для жидкости был соединен с выходом нагревательного устройства и входом теплопередающей трубы.

[0017] При использовании этой конструкции теплоноситель, сконденсированный во внутреннем пространстве нагревательного устройства, может протекать в резервуар для жидкости. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве нагревательного устройства. Таким образом, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя.

[0018] Приведенное выше термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии можно выполнить таким образом, чтобы в нижней части резервуара для жидкости был предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель протекать по направлению к входу теплопередающей трубы.

[0019] При использовании этой конструкции теплоноситель, хранящийся в резервуаре для жидкости, легко выводится в теплопередающую трубу. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве нагревательного устройства.

[0020] Приведенное выше термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии можно выполнить таким образом, чтобы нагревательное устройство имело множество выходов в нижней части нагревательного устройства, и

соединительная труба, соединяющая множество выходов нагревательного устройства с входом теплопередающей трубы, была предусмотрена в нижней части нагревательного устройства.

[0021] При использовании этой конструкции теплоноситель, сконденсированный в нагревательном устройстве, может протекать из множества выходов, предусмотренных в нижней части нагревательного устройства, на вход теплопередающей трубы через соединительную трубу. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве нагревательного устройства. Таким образом, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя.

[0022] Ниже описаны варианты осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. На каждом из чертежей элементы увеличены для лучшего их понимания.

[0023] Вариант 1 осуществления

Общая конструкция

Далее описана общая конструкция термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления.

[0024] На фиг.1 показана структурная схема термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления. Направления X, Y и Z на фиг.1 обозначают продольное направление, боковое направление и направление высоты термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии, соответственно. Продольное направление, поперечное направление и направление высоты означают направление по длине, направление по ширине и направление по высоте термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии, соответственно.

[0025] Как показано на фиг.1 термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии включает в себя термоэлектрический элемент 2, имеющий первую сторону, предусмотренную на нагревательном устройство 3, и вторую сторону, предусмотренную на охлаждающем устройстве 4. Кроме того, термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии включает в себя теплопередающую трубу 6, расположенную в канале 5, в котором протекает высокотемпературный теплоноситель. Нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 имеют внутренние пространства 9а, 9b, сообщающиеся друг с другом. Внутренние пространства 9а, 9b образуют циркуляционный канал 9, в котором циркулирует теплоноситель. Выход 6b теплопередающей трубы 6, из которой вытекает теплоноситель, предусмотрен в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6, в который втекает теплоноситель. Вход 6а теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении, расположенном ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2.

[0026] В варианте 1 осуществления нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 соединены через первую соединительную трубу 7, через которую втекает теплоноситель из теплопередающей трубы 6 в нагревательное устройство 3, и вторую соединительную трубу 8, через которую теплоноситель выводится из нагревательного устройства 3 в теплопередающую трубу 6. Кроме того, нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 расположены под наклоном в направлении силы тяжести, если смотреть со стороны направления Y.

[0027] Термоэлектрический элемент

Термоэлектрический элемент 2 представляет собой элемент, имеющий две поверхности, то есть первую сторону (высокотемпературную сторону), предусмотренную на нагревательном устройстве 3, и вторую сторону (низкотемпературную сторону), предусмотренную на охлаждающем устройстве 4. Термоэлектрический элемент 2 вырабатывает электроэнергию за счет использования разности температур, вызванной тем, что его первая сторона нагревается нагревательным устройством 3, в то время как вторая сторона охлаждается охлаждающим устройством 4. Толщина термоэлектрического элемента 2 спроектирована меньше, чем размер (ширина) первой стороны и второй стороны термоэлектрического элемента 2. В частности, термоэлектрический элемент 2 выполнен в виде пластины. В варианте 1 осуществления термоэлектрические модули 20, имеющие множество последовательно соединенных термоэлектрических элементов 2, прикреплены к нагревательному устройству 3. В частности, к нагревательному устройству 3 прикреплен термоэлектрический модуль 20, имеющий 20 термоэлектрических элементов 2 с размером четыре столбца на пять рядов. Количество термоэлектрических элементов 2 не ограничивается этим. Например, термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии может иметь один термоэлектрический элемент 2, прикрепленный к нагревательному устройству 3.

[0028] Нагревательное устройство

Нагревательное устройство 3 выполнено из металлического материала с высокой теплопроводностью. Нагревательное устройство 3 выполнено в форме пластины, которая контактирует с первыми сторонами термоэлектрических элементов 2. Нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 имеют внутренние пространства 9а, 9b, сообщающиеся друг с другом. Теплоноситель содержится во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3 и внутреннем пространстве 9b теплопередающей трубы 6. Кроме того, внутреннее пространство 9а нагревательного устройства 3 и внутреннее пространство 9b теплопередающей трубы 6 образуют циркуляционный канал 9, в котором циркулирует теплоноситель. В варианте 1 осуществления нагревательное устройство 3 соединено с теплопередающей трубой 6 через первую соединительную трубу 7 и вторую соединительную трубу 8. Первая соединительная труба 7 и вторая соединительная труба 8 образуют часть циркуляционного канала 9.

[0029] Теплопередающая труба 6 испаряет теплоноситель, протекающий во внутреннем пространстве 9b, который является частью циркуляционного канала 9, за счет использования тепла высокотемпературного теплоносителя, протекающего в канале 5. То есть теплопередающая труба 6 функционирует как блок испарения для испарения теплоносителя. Нагревательное устройство 3 конденсирует теплоноситель, испаренный во внутреннем пространстве 9b теплопередающей трубы 6. То есть нагревательный элемент 3 функционирует как блок конденсации теплоносителя для конденсации теплоносителя. В варианте 1 осуществления изобретения в качестве теплоносителя используется вода. Кроме того, канал 5 представляет собой газоотводную трубу, в которой протекает высокотемпературный выхлопной газ. Высокотемпературный теплоноситель в канале 5 течет в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа фиг.1А, то есть в направлении Y. Например, канал 5 может представлять собой высокотемпературную окружающую среду, такую как промышленная печь для сжигания отходов или котел на биомассе, или поле излучения, не требующее конвекции, в дополнение к газоотводной трубе двигателя.

[0030] На фиг.2 показана структурная схема нагревательного устройства 3 и теплопередающей трубы 6 термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии. Как показано на фиг.2, в нагревательном устройстве 3 каналы для теплоносителя сформированы таким образом, чтобы теплоноситель протекал по всей нагреваемой поверхности термоэлектрических элементов 2. В частности, в верхней части нагревательного устройства 3 предусмотрен вход 3а, в который втекает теплоноситель из теплопередающей трубы 6 через первую соединительную трубу 7. Выход 3b, из которого теплоноситель вытекает в теплопередающую трубу 6 через вторую соединительную трубу 8, предусмотрен в нижней части нагревательного устройства 3. То есть вход 3а нагревательного устройства 3 соединен с расположенной выше по потоку стороной внутреннего пространства 9а нагревательного устройства 3, и выход 3b нагревательного устройства 3 соединен с расположенной ниже по потоку стороной внутреннего пространства 9b нагревательного устройства 3. Во внутреннем пространстве 9a нагревательного устройства 3 в качестве части циркуляционного канала 9 сформированы многочисленные каналы для теплоносителя, продолжающиеся в направлении Z. Например, каналы для теплоносителя во внутреннем пространстве 9a нагревательного элемента 3 могут иметь наклон в направлении X с тем, чтобы теплоноситель протекал в направлении силы тяжести.

[0031] В нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель протекать во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3 по направлению к выходу 3b нагревательного устройства 3. В частности, нижняя часть нагревательного устройства 3 наклонена под заданным углом θ для того, чтобы заставить теплоноситель протекать во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3 по направлению к входу 6а теплопередающей трубы 6 через вторую соединительную трубу 8. Заданный угол θ представляет собой угол, под которым нагревательный элемент 3 наклонен в направлении силы тяжести, если смотреть со стороны направления Y, в результате чего конденсированный теплоноситель течет к выходу 3b нагревательного устройства 3. Как описано в данном документе, наклоняя нагревательное устройство 3 в направлении силы тяжести таким образом, чтобы нижний конец нагревательного устройства 3 со стороны теплопередающей трубы 6 находился ниже, чем нижний конец нагревательного устройства 3 на стороне, противоположной теплопередающей трубе 6, если смотреть со стороны направления Y, конденсированный теплоноситель выводится в теплопередающую трубу 6 через вторую соединительную трубу 8, не задерживаясь в нагревательном устройстве 3.

[0032] Теплопередающая труба

Теплопередающая труба 6 размещается в канале 5, в котором протекает высокотемпературный теплоноситель, и испаряет теплоноситель, протекающий в циркуляционном канале 9 за счет тепла высокотемпературного теплоносителя. Как показано на фиг.2, теплопередающая труба 6 имеет такую конструкцию, чтобы иметь большую площадь контакта с высокотемпературным теплоносителем, протекающим в канале 5, если смотреть в направлении, в котором течет высокотемпературный теплоноситель, то есть в направлении Y. В частности, теплопередающая труба 6 имеет многочисленные трубчатые элементы 61, продолжающиеся в направлении Х, и многочисленные изогнутые участки 62, соединяющие трубчатые элементы 61 друг с другом, если смотреть в направлении Y. Многочисленные трубчатые элементы 61 расположены с заданным интервалом в направлении Z, и их концевые участки соединены через изогнутые участки 62, если смотреть в направлении Y. При использовании многочисленных трубчатых элементов 61, соединенных через изогнутые участки 62, как описано в данном документе, теплопередающая труба 6 образует непрерывную трубу, имеющую многочисленные изогнутые участки.

[0033] В канале 5 варианта 1 осуществления трубчатый элемент 61 на одной концевой стороне теплопередающей трубы 6 конструктивно выполнен длиннее, чем трубчатый элемент 61 на другой концевой стороне. Таким образом, теплопередающая труба 6 наклонена в направлении силы тяжести. Трубчатый элемент 61 на одной концевой стороне теплопередающей трубы 6 представляет собой трубчатый элемент, расположенный в самом верхнем положении относительно направления высоты (направления Z). Трубчатый элемент 61 на другой концевой стороне теплопередающей трубы 6 представляет собой трубчатый элемент, расположенный в самом нижнем положении относительно направления высоты (направление Z).

[0034] Вход 6а и выход 6b теплопередающей трубы 6 выполнены на участке стенки, ограничивающем канал 5. В частности, вход 6а теплопередающей трубы 6 выполнен в положении, где трубчатый элемент 61 на другой стороне соединен с участком стенки канала 5. Кроме того, выход 6b теплопередающей трубы 6 выполнен в положении, где трубчатый элемент 61 на одной концевой стороне соединен с участком стенки канала 5. Как описано выше, выход 6b теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении выше, чем вход 6а.

[0035] Вход 6а теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2. В варианте 1 осуществления вход 6а теплопередающей трубы 6 выполнен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2, которая расположена в самом нижнем положении в термоэлектрическом модуле 20.

[0036] Первая соединительная труба

Первая соединительная труба 7 представляет собой трубу, через которую теплоноситель течет из теплопередающей трубы 6 в нагревательное устройство 3. Внутри первой соединительной трубы 7 сформирован канал для теплоносителя, в котором протекает теплоноситель. Один конец первой соединительной трубы 7 соединен с выходом 6b теплопередающей трубы 6. Другой конец первой соединительной трубы 7 соединен с входом 3а нагревательного устройства 3.

[0037] Вторая соединительная труба

Вторая соединительная труба 8 представляет собой трубу, через которую теплоноситель течет из нагревательного устройства 3 в теплопередающую трубу 6. Внутри второй соединительной трубы 8 сформирован канал для теплоносителя, в котором протекает теплоноситель. Один конец второй соединительной трубы 8 соединен с входом 6а теплопередающей трубы 6. Другой конец второй соединительной трубы 8 соединен с выходом 3b нагревательного устройства 3.

[0038] Так как в варианте 1 осуществления рассматривается пример, где канал 5 представляет собой прямоугольную газоотводную трубу, которая показана на фиг.1, поверхности стенки канала 5 являются плоскими. Вход 6а и выход 6b теплопередающей трубы 6 выполнены на плоской поверхности стенки (плоской поверхности в направлении Z) канала 5. Первая соединительная труба 7 продолжается в том же самом направлении, в котором продолжается трубчатый элемент 61 на одной концевой стороне теплопередающей трубы 6. Вторая соединительная труба 8 продолжается в том же самом направлении, в котором продолжается трубчатый элемент 61 на другой концевой стороне теплопередающей трубы 6. Кроме того, длина второй соединительной трубы 8 относительно направления длины (направления Х) больше, чем длина первой соединительной трубы 7 относительно направления длины (направления X). Поэтому расстояние между нагревательным устройством 3 и каналом 5 на участке, где предусмотрена вторая соединительная труба 8 (которое в дальнейшем упоминается как разделительное расстояние), больше, чем расстояние между нагревательным устройством 3 и каналом 5 на участке, где предусмотрена первая соединительная труба 7. При использовании этой конструкции нагревательное устройство 3 может иметь наклон в направлении силы тяжести. В нижней части нагревательного устройства 3 может быть предусмотрен наклон, который заставляет теплоноситель течь по направлению к выходу 3b нагревательного устройства 3, путем наклона нагревательного устройства 3 в направлении силы тяжести.

[0039] Циркуляционный канал

Циркуляционный канал 9 проходит через внутреннее пространство 9а нагревательного устройства 3 и внутреннее пространство 9b теплопередающей трубы 6. Теплоноситель циркулирует во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3 и внутреннем пространстве 9b теплопередающей трубы 6. В частности, когда теплопередающая труба 6 нагревается высокотемпературным теплоносителем в канале 5, жидкий теплоноситель, протекающий во внутреннем пространстве 9b теплопередающей трубы 6, превращается в пар. Иными словами, теплоноситель испаряется в теплопередающей трубе 6, и теплоноситель переходит из жидкой фазы в газовую. Пар вытекает из трубчатого элемента 61 с одной концевой стороны теплопередающей трубы 6 в расположенную выше сторону канала для теплоносителя во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3 через первую соединительную трубу 7. Пар, текущий в расположенную выше сторону канала для теплоносителя во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3, опускается в направлении силы тяжести, изливаясь на нагреваемую поверхность нагревательного устройства 3, и конденсируется за счет теплового излучения от нагреваемой поверхности для нагревания термоэлектрических элементов 2. Иными словами, во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3 теплоноситель изменяет свое фазовое состояние с газового на жидкое. Конденсированный пар вытекает в трубчатый элемент 61 на другой концевой стороне теплопередающей трубы 6 через вторую соединительную трубу 8, соединенную с расположенной ниже по потоку стороной канала для теплоносителя нагревательного устройства 3. Теплоноситель, вытекающий во внутреннее пространство 9b теплопередающей трубы 6, снова нагревается высокотемпературным теплоносителем, втекающим в канал 5, и теплоноситель переходит из жидкой фазы в газовую. Как описано в данном документе, теплоноситель спонтанно циркулирует в циркуляционном канале 9, образованном в нагревательном устройстве 3, теплопередающей трубе 6, первой соединительной трубе 7 и второй соединительной трубе 8. Иными словами, используя фазовые переходы теплоносителя, теплоноситель периодически циркулирует в циркуляционном канале 9, образованном в нагревательном устройстве 3, теплопередающей трубе 6, первой соединительной трубе 7 и второй соединительной трубе 8, без приведения в действие насоса и т.п.

[0040] Охлаждающее устройство

Каждое охлаждающее устройство 4 выполнено из металлического материала с высокой теплопроводностью. Охлаждающие устройства 4 выполнены в виде пластин и находятся в контакте со вторыми сторонами термоэлектрических элементов 2. Кроме того, внутри каждого из блоков 4 охлаждения сформирован канал для охлаждающей жидкости, в котором протекает охлаждающая жидкость.

[0041] На фиг.3 показана структурная схема охлаждающего устройства 4 термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии. Как показано на фиг.3, внутри охлаждающего устройства 4 сформирован канал 40 для охлаждающей жидкости в виде пластины таким образом, чтобы охлаждающая жидкость стекала по всей охлаждаемой поверхности охлаждающего устройства 4, которое находится в контакте с термоэлектрическим элементом 2. В частности, канал 40 для охлаждающей жидкости имеет многочисленные каналы, продолжающиеся в направлении X, которые соединены друг с другом. Канал 40 для охлаждающей жидкости снабжен впускной трубой 41 для охлаждающей жидкости на его нижней стороне и выпускной трубой 42 для охлаждающей жидкости на его верхней стороне. Охлаждающая жидкость, протекающая из впускной трубы 41 для охлаждающей жидкости в канал 40 для охлаждающей жидкости, охлаждает охлаждаемую поверхность, контактирующую со второй стороной термоэлектрического элемента 2, и затем выводится из выпускной трубы 42 для охлаждающей жидкости. Хотя канал 40 для охлаждающей жидкости в варианте 1 осуществления сформирован в виде пластины, так что охлаждающая жидкость растекается по всей охлаждаемой поверхности, которая находится в контакте с термоэлектрическим элементом 2, форма канала 40 для охлаждающей жидкости не является ограничивающей до тех пор, пока вторая сторона термоэлектрического элемента 2 охлаждается полностью и равномерно. Кроме того, множество каналов канала 40 для охлаждающей жидкости внутри охлаждающего устройства 4 может продолжаться не только в направлении X, но и в направлении Z. В варианте 1 осуществления изобретения в качестве охлаждающей жидкости используется вода.

[0042] Электрическая система

На фиг.4 показана упрощенная схема электрической системы термоэлектрической системы 10 для выработки электроэнергии, использующей термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии. Как показано на фиг.4, термоэлектрическая система для выработки электроэнергии включает в себя: четыре термоэлектрических устройства 1A для выработки электроэнергии, инвертор 11 и электрическую нагрузку 12. В термоэлектрической системе 10 для выработки электроэнергии четыре термоэлектрических устройства 1A для выработки электроэнергии соединены параллельно. Четыре термоэлектрических устройства 1A для выработки электроэнергии, соединенные параллельно, подключены к инвертору 11. Инвертор 11 подключен к электрической нагрузке 12. В термоэлектрической системе 10 для выработки электроэнергии электрическая энергия, вырабатываемая четырьмя термоэлектрическими устройствами 1A для выработки электроэнергии, подается в электрическую нагрузку 12 через инвертор 11.

[0043] Система теплоносителя

На фиг.5 показана упрощенная схема системы теплоносителя термоэлектрической системы 10 для выработки электроэнергии, использующей термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии. На фиг.5 пунктирная линия показывает линию теплоносителя, и сплошная линия показывает линию охлаждающей жидкости. Сначала описан поток теплоносителя. Как показано на фиг.5, линии L1, L2 и L3 теплоносителя подсоединены к нагревательным устройствам 3 термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии. В линиях L1, L2 и L3 теплоносителя предусмотрены, соответственно, клапаны. Когда теплоноситель самотеком циркулирует внутри нагревательного устройства 3, линии L1, L2 и L3 теплоносителя закрыты. Клапан, установленный в линии теплоносителя L3, является клапаном давления.

[0044] Линия L1 теплоносителя представляет собой линию для заливки воды, которая становится теплоносителем. Для того чтобы подать теплоноситель внутрь нагревательного устройства 3, клапан линии L1 теплоносителя открывается для подачи теплоносителя из резервуара 13 в нагревательное устройство 3 через линию L1 теплоносителя.

[0045] Линия L2 теплоносителя представляет собой линию для откачки с помощью вакуумного насоса 14. Откачка выполняется с использованием вакуумного насоса 14 через линию L2 теплоносителя в том случае, когда в нагревательном устройстве 3 отсутствует теплоноситель. После откачки теплоноситель в резервуаре 13 подается внутрь нагревательного устройства 3 через линию L1 теплоносителя.

[0046] Линия L3 теплоносителя представляет собой линию для вывода теплоносителя внутри нагревательного устройства 3 в резервуар 13. Когда давление пара внутри нагревательного устройства 3 становится выше, чем допустимое отклонение от давления срабатывания клапана давления линии L3 теплоносителя, клапан давления открывается, и пар внутри нагревательного устройства 3 выводится в линию L3 теплоносителя. Теплоноситель, выходящий из нагревательного устройства 3, протекает в линии L3 теплоносителя и выводится в резервуар 13 через теплообменник 15. Так как в варианте 1 осуществления в качестве теплоносителя и охлаждающей жидкости используется вода, охлаждающая жидкость и теплоноситель могут находиться в резервуаре 13.

[0047] Далее описывается поток охлаждающей жидкости. Как показано на фиг.5, охлаждающая жидкость протекает из резервуара 13 в охлаждающее устройство 4 через линию L4 охлаждающей жидкости с использованием насоса и т.п. Охлаждающая жидкость, втекающая в охлаждающее устройство 4, поступает в охладительную установку 16 через линию L5 охлаждающей жидкости. Охладительная установка 16 представляет собой, например, градирню для охлаждения охлаждающей жидкости. Охлаждающая жидкость, охлаждаемая в охладительной установке 16, хранится в резервуаре 13.

[0048] Эффекты

Термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии согласно варианту 1 осуществления приводит к следующим эффектам.

[0049] В термоэлектрическом устройстве 1A для выработки электроэнергии внутреннее пространство 9а нагревательного устройства 3 и внутреннее пространство 9b теплопередающей трубы 6 образуют циркуляционный канал 9, в котором циркулирует теплоноситель, выход 6b теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6, и вход 6a теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2. При использовании этой конструкции конденсированный теплоноситель, находящийся во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3, может выводиться из нагревательного устройства 3 в теплопередающую трубу 6. Таким образом, в термоэлектрическом устройстве 1A для выработки электроэнергии можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент 2 за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент 2 может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя. В результате, термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии. В термоэлектрическом устройстве 1A для выработки электроэнергии внутреннее пространство 9а нагревательного устройства 3 и внутреннее пространство 9b теплопередающей трубы 6 образуют циркуляционный канал 9, в котором циркулирует теплоноситель, выход 6b теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6, и вход 6а теплопередающей трубы 6 предусмотрен в положении ниже, чем нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2. При использовании этой конструкции конденсированный теплоноситель, находящийся во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3, может выводиться из нагревательного устройства 3 в теплопередающую трубу 6. Таким образом, в термоэлектрическом устройстве 1A для выработки электроэнергии можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент 2 за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент 2 может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя. В результате, термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии.

[0050] В термоэлектрическом устройстве 1A для выработки электроэнергии в нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель, протекающий во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3, течь по направлению к выходу 3b нагревательного устройства 3. При использовании этой конструкции конденсированный жидкий теплоноситель, текущий в расположенную ниже по потоку сторону внутреннего пространства 9а нагревательного устройства 3, легко выводится с выхода 3b нагревательного устройства 3 в теплопередающую трубу 6. Кроме того, в варианте 1 осуществления теплопередающая труба 6 наклонена в направлении силы тяжести, поэтому теплоноситель гораздо легче выводится в теплопередающую трубу 6.

[0051] При использовании термоэлектрического устройства 1A для выработки электроэнергии теплоноситель может циркулировать за счет фазовых переходов в циркуляционном канале 9, образованном внутренним пространством 9а в нагревательном устройстве 3 и внутренним пространством 9b в теплопередающей трубе 6. Поэтому теплоноситель может циркулировать без использования насоса и т.п., и можно достичь снижения затрат и уменьшения размеров устройства. Кроме того, используя воду в качестве теплоносителя и охлаждающей жидкости, резервуар 13 можно использовать для хранения как теплоносителя, так и охлаждающей жидкости. Таким образом, можно достичь дополнительного снижения затрат и уменьшения размеров устройства.

[0052] Хотя в варианте 1 осуществления рассмотрен случай, когда термоэлектрический элемент 2 выполнен на одной стороне нагревательного устройства 3, настоящее изобретение не ограничивается этим. Например, термоэлектрический элемент 2 можно выполнить на обеих сторонах нагревательного устройства 3, и охлаждающее устройство 4 можно выполнить на обеих сторонах нагревательного устройства 3 таким образом, чтобы они были обращены друг к другу на всех термоэлектрических элементах 2. В такой конструкции тепло на обеих сторонах нагревательного устройства 3 можно использовать для выработки электроэнергии термоэлектрическими элементами 2. Таким образом, можно повысить эффективность выработки электроэнергии.

[0053] Хотя в варианте 1 осуществления рассмотрен случай, когда нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 наклонены в направлении силы тяжести, настоящее изобретение не ограничивается этим. Термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии может иметь любую конструкцию при условии, что выход 3b нагревательного устройства 3 выполнен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2. Например, когда нагревательное устройство 3 наклонено в направлении силы тяжести, теплопередающая труба 6 необязательно должна иметь наклон.

[0054] Хотя в варианте 1 осуществления рассмотрен случай, когда первая соединительная труба 7 продолжается в направлении, в котором продолжается трубчатый элемент 61 на одной концевой стороне теплопередающей трубы 6, и когда вторая соединительная труба 8 продолжается в направлении, в котором продолжается трубчатый элемент 61 на другой стороне теплопередающей трубы 6, настоящее изобретение не ограничивается этим. Первая соединительная труба 7 и вторая соединительная труба 8 могут продолжаться в направлении, отличном от направления, в котором продолжается трубчатый элемент 61 теплопередающей трубы 6.

[0055] Хотя в варианте 1 осуществления рассмотрен случай, когда нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 соединены через первую соединительную трубу 7 и вторую соединительную трубу 8, настоящее изобретение не ограничивается этим. В термоэлектрическом устройстве 1A для выработки электроэнергии первая соединительная труба 7 и вторая соединительная труба 8 не являются основными элементами. Например, нагревательное устройство 3 и теплопередающую трубу 6 можно соединить напрямую друг с другом без первой соединительной трубы 7 и второй соединительной трубы 8. В качестве альтернативы, нагревательное устройство 3 и теплопередающая труба 6 могут быть соединены друг с другом через элемент, отличный от первой соединительной трубы 7 и второй соединительной трубы 8.

[0056] В варианте 1 осуществления рассмотрена термоэлектрическая система 10 для выработки электроэнергии, имеющая четыре термоэлектрических устройства 1A для выработки электроэнергии; однако настоящее изобретение не ограничивается этим, так как система 10 для выработки электроэнергии включает в себя по меньшей мере одно термоэлектрическое устройство 1A для выработки электроэнергии.

[0057] Хотя в варианте 1 осуществления в качестве теплоносителя и охлаждающей жидкости используется вода, настоящее изобретение не ограничивается этим. Теплоноситель и охлаждающая жидкость могут быть разными. Можно применять любой теплоноситель при условии, что теплоноситель может изменять свое фазовое состояние между газообразным и жидким в циркуляционном канале 9. Можно применять любую охлаждающую жидкость при условии, что она обеспечивает должное охлаждение.

[0058] Вариант 2 осуществления

Общая конструкция

Ниже описано термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно варианту 2 осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в варианте 2 осуществления в основном описаны отличия от варианта 1 осуществления. В варианте 2 осуществления одинаковые ссылочные позиции относятся к конструкциям, идентичным или аналогичным конструкциям варианта 1 осуществления. Кроме того, в описании варианта 2 осуществления опущены описания, которые совпадают с описаниями варианта 1 осуществления.

[0059] На фиг.6 показана схематическая конструкция термоэлектрического устройства 1B для выработки электроэнергии согласно варианту 2 осуществления.

[0060] Вариант 2 осуществления отличается от варианта 1 осуществления тем, что выход 3b нагревательного устройства 3 выполнен в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6, за счет присоединения изогнутой второй соединительной трубы 8 к выходу 3b нагревательного устройства 3 и входу 6а теплопередающей трубы 6.

[0061] Как показано на фиг.6, в термоэлектрическом устройстве 1B для выработки электроэнергии используется изогнутая вторая соединительная труба 8 для размещения выхода 3b нагревательного устройства 3 выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. В варианте 2 осуществления вторая соединительная труба 8 присоединяется к выходу 3b нагревательного устройства 3 путем изгибания второй соединительной трубы 8, которая продолжается в направлении (в направлении X) продолжения теплопередающей трубы 6 до направления высоты (направления Z). В варианте 2 осуществления выход 3b нагревательного устройства 3 предусмотрен на боковой части нагревательного устройства 3 в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента 2. Положение выхода 3b нагревательного устройства 3 не ограничивается этим до тех пор, пока оно находится в положении ниже, чем самый нижний концевой участок термоэлектрического элемента 2. Например, выход 3b может быть предусмотрен в нижней части нагревательного устройства 3.

[0062] В варианте 2 осуществления вторая соединительная труба 8 сформирована путем изгибания второй соединительной трубы 8, которая продолжается в направлении (в направлении X) продолжения теплопередающей трубы 6 перпендикулярно направлению высоты (направлению Z), и затем дополнительного изгибания второй соединительной трубы 8 в направлении X. При использовании этой второй соединительной трубы 8, имеющей изогнутую форму, как описано выше, выход 3b нагревательного устройства 3 можно предусмотреть в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. В варианте 2 осуществления первая соединительная труба 7 может иметь такую же форму, как и вторая соединительная труба 8.

[0063] Эффекты

Термоэлектрическое устройство 1B для выработки электроэнергии согласно варианту 2 осуществления приводит к следующим эффектам.

[0064] Термоэлектрическое устройство 1B для выработки электроэнергии имеет выход 3b нагревательного устройства 3, расположенный выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. В такой конструкции расстояние h от самого нижнего конца теплопередающей трубы 6 до выхода 3b нагревательного устройства 3 больше, чем расстояние H от самого нижнего конца теплопередающей трубы 6 до поверхности жидкости (уровня жидкости) теплоносителя, если смотреть со стороны направления Y. В настоящем описании поверхность жидкости теплоносителя означает границу между жидким теплоносителем, протекающим в теплопередающей трубе 6, и теплоносителем в виде пара.

[0065] При использовании этой конструкции теплоноситель, сконденсированный во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3, легко выводится в теплопередающую трубу 6 через вторую соединительную трубу 8. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3. Таким образом, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент 2 за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент 2 может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя. В результате, термоэлектрическое устройство 1B для выработки электроэнергии позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии.

[0066] Так как элементы, которые имеют форму, аналогичную друг другу, можно использовать в качестве первой соединительной трубы 7 и второй соединительной трубы 8 термоэлектрического устройства 1В для выработки электроэнергии, можно уменьшить производственные затраты.

[0067] Хотя в варианте 2 осуществления рассмотрен случай, когда вторая соединительная труба 8 изогнута перпендикулярно направлению Z, настоящее изобретение не ограничивается этим. В термоэлектрическом устройстве 1В для выработки электроэнергии форма второй соединительной трубы 8 не является ограничивающей, если выход 3b нагревательного устройства 3 расположен выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. Например, вторая соединительная труба 8 может иметь форму, продолжающуюся под наклоном от выхода 3b нагревательного устройства 3 до входа 6а теплопередающей трубы 6, или дугообразную форму или тому подобное.

[0068] Хотя в варианте 2 осуществления рассмотрен случай, когда первая соединительная труба 7 имеет форму, аналогичную форме второй соединительной трубы 8, настоящее изобретение не ограничивается этим. Форма первой соединительной трубы 7 не является ограничивающей до тех пор, пока она соединяет выход 6b теплопередающей трубы 6 и вход 3а нагревательного устройства 3.

[0069] На фиг.7 показана структурная схема модификация термоэлектрического устройства 1В для выработки электроэнергии. Как показано на фиг.7, в нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель течь по направлению к выходу 3b нагревательного устройства 3. То есть в варианте 2 осуществления аналогично варианту 1 осуществления нагревательное устройство 3 наклонено в направлении силы тяжести, так что нижний конец нагревательного устройства 3 на стороне теплопередающей трубы 6 находится ниже, чем нижний конец нагревательного устройства 3 на стороне, противоположной к теплопередающей трубе 6, если смотреть со стороны направления Y. При использовании этой конструкции теплоноситель, сконденсированный в нагревательном устройстве 3, легко течет к выходу 3b нагревательного устройства 3. Таким образом, конденсированный теплоноситель может легко выводиться в теплопередающую трубу 6.

[0070] Вариант 3 осуществления

Общая конструкция

Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии описано в соответствии с вариантом 3 осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в реализации варианта 3 осуществления в основном описаны отличия от варианта 2 осуществления. В варианте 3 осуществления одинаковые ссылочные позиции относятся к конструкциям, идентичным или аналогичным конструкциям варианта 2 осуществления. Кроме того, в описании варианта 3 осуществления опущены описания, которые совпадают с описаниями варианта 2 осуществления.

[0071] На фиг.8 показана схема термоэлектрического устройства 1С для выработки электроэнергии согласно варианту 3 осуществления.

[0072] Вариант 3 осуществления отличается от варианта 2 осуществления тем, что резервуар 30а для жидкости для хранения теплоносителя, сконденсированного в нагревательном устройстве 3, предусмотрен в нижней части нагревательного устройства 3.

[0073] Как показано на фиг.8, термоэлектрическое устройство 1С для выработки электроэнергии имеет резервуар 30а для жидкости в нижней части нагревательного устройства 3. Резервуар 30а для жидкости представляет собой резервуар для хранения жидкого теплоносителя, который конденсируется в нагревательном устройстве 3. Резервуар 30а для жидкости соединен с выходом 3b нагревательного устройства 3. Кроме того, резервуар 30а для жидкости соединен с входом 6a теплопередающей трубы 6 через вторую соединительную трубу 8.

[0074] В варианте 3 осуществления выход 3b нагревательного устройства 3 предусмотрен в нижней части нагревательного устройства 3 и соединен с верхней частью резервуара 30а для жидкости. Кроме того, вход 6а теплопередающей трубы 6 соединен с боковой частью резервуара 30а для жидкости через вторую соединительную трубу 8, продолжающуюся в направлении (в направлении X), в котором продолжается теплопередающая труба 6. При этом вход 6а теплопередающей трубы 6 может размещаться между верхней поверхностью 30аа и нижней поверхностью 30ab резервуара 30а для жидкости. То есть резервуар 30а для жидкости размещается вблизи уровня H жидкости теплоносителя в теплопередающей трубе 6.

[0075] Как описано в данном документе, выход 3b нагревательного устройства 3 и вход 6а теплопередающей трубы 6 соединены через резервуар 30а для жидкости и вторую соединительную трубу 8. Резервуар 30а для жидкости может хранить, в нижней части нагревательного устройства 3, жидкий теплоноситель, поступающий из выхода 3b нагревательного устройства 3, и выводить накопленный теплоноситель на вход 6а теплопередающей трубы 6 через вторую соединительную трубу 8. Резервуар 30а для жидкости представляет собой часть циркуляционного канала 9.

[0076] Эффекты

Термоэлектрическое устройство 1С для выработки электроэнергии согласно варианту 3 осуществления позволяет достичь следующих эффектов.

[0077] В термоэлектрическом устройстве 1С для выработки электроэнергии нижняя часть нагревательного устройства 3 имеет резервуар 30а для жидкости, предназначенный для хранения теплоносителя, который конденсируется в нагревательном устройстве 3. При использовании этой конструкции теплоноситель, который конденсируется в нагревательном устройстве 3, может течь в резервуар 30а для жидкости. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание теплоносителя во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3. Таким образом, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент 2 за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент 2 может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя. В результате, термоэлектрическое устройство 1С для выработки электроэнергии позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии.

[0078] В термоэлектрическом устройстве 1С для выработки электроэнергии вход 6а теплопередающей трубы 6 присоединен к боковому участку резервуара 30а для жидкости через вторую соединительную трубу 8, которая продолжается в направлении (в направлении X), в котором продолжается теплопередающая труба 6. При использовании этой конструкции резервуар 30а для жидкости может размещаться вблизи уровня жидкости сконденсированного теплоносителя, протекающего во внутреннем пространстве 9b теплопередающей трубы 6. Поэтому теплоноситель, хранящийся в резервуаре 30а для жидкости, может легко течь во внутреннее пространство 9b теплопередающей трубы 6. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3.

[0079] Хотя в варианте 3 осуществления рассмотрен случай, когда вторая соединительная труба 8 соединена с боковой частью резервуара 30а для жидкости, настоящее изобретение не ограничивается этим до тех пор, пока резервуар 30а для жидкости размещается таким образом, чтобы по меньшей мере верхняя поверхность 30аа резервуара 30а для жидкости находилась в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. Например, резервуар 30а для жидкости может размещаться даже в более высоком положении, и вторая соединительная труба 8 может быть присоединена к нижней поверхности 30ab резервуара 30а для жидкости. В этом случае вторая соединительная труба 8 изогнута вверх (в направлении Z) и соединена с нижней поверхностью 30ab в нижней части резервуара 30а для жидкости. При использовании этой конструкции теплоноситель легко выводится из резервуара 30а для жидкости в теплопередающую трубу 6, и можно подавить или уменьшить противоток теплоносителя из теплопередающей трубы 6 в резервуар 30а для жидкости.

[0080] Хотя в варианте 3 осуществления рассмотрен случай, когда выход 3b нагревательного устройства 3 предусмотрен в нижней части нагревательного устройства 3, настоящее изобретение не ограничивается этим. Выход 3b нагревательного устройства 3 может быть предусмотрен в положении ниже самой нижней концевой части термоэлектрического элемента 2 и может быть предусмотрен на боковой части нагревательного устройства 3. Кроме того, выход 3b нагревательного устройства 3 и резервуар 30а для жидкости могут быть соединены напрямую или соединены через элемент, такой как труба.

[0081] На фиг.9 показана структурная схема термоэлектрического устройства 1С для выработки электроэнергии. Как показано на фиг.9, в нижней части резервуара 30b для жидкости предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель протекать по направлению к входу 6а теплопередающей трубы 6. При использовании этой конструкции теплоноситель, хранящийся в резервуаре 30b для жидкости, легко выводится в теплопередающую трубу 6. Таким образом, можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя во внутреннем пространстве 9а нагревательного устройства 3.

[0082] Вариант 4 осуществления

Общая конструкция

Ниже описано термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии согласно варианту 4 осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что в варианте 4 осуществления в основном описаны отличия от варианта 2 осуществления. В варианте 4 осуществления одинаковые ссылочные позиции относятся к конструкциям, идентичным или сходным с конструкциями варианта 2 осуществления. Кроме того, в описании варианта 4 осуществления опущены описания, которые совпадают с описаниями варианта 2 осуществления

[0083] На фиг.10 показана структурная схема термоэлектрического устройства 1D для выработки электроэнергии согласно варианту 4 осуществления.

[0084] Вариант 4 осуществления отличается от варианта 2 осуществления тем, что в нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрено множество выходов 3b.

[0085] Как показано на фиг.10, термоэлектрическое устройство 1D для выработки электроэнергии имеет множество выходов 3b, предусмотренных в нижней части нагревательного устройства 3. Множество выходов 3b нагревательного устройства 3 соединены со второй соединительной трубой 8a в нижней части нагревательного устройства 3.

[0086] В варианте 4 осуществления в нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрены четыре выхода 3b. Кроме того, вторая соединительная труба 8а продолжается в направлении Х от входа 6а теплопередающей трубы 6 и разветвляется на многочисленные трубы под нагревательным устройством 3. Многочисленные трубы продолжаются вверх (в направлении Z) и соединяются, соответственно, с многочисленными выходами 3b нагревательного устройства 3.

[0087] В варианте 4 осуществления каждый из многочисленных выходов 3b нагревательного устройства 3 предусмотрен в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. Поэтому высота (высота в направлении Z) каждой из многочисленных труб ответвляется на другой концевой стороне второй соединительной трубы 8 выше, чем уровень H жидкости сконденсированного теплоносителя, протекающего во внутреннем пространстве 9b теплопередающей трубы 6.

[0088] Эффекты

Термоэлектрическое устройство 1D для выработки электроэнергии согласно варианту 4 осуществления позволяет достичь следующих эффектов.

[0089] В термоэлектрическом устройстве 1D для выработки электроэнергии в нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрено множество выходов 3b. Каждый из многочисленных выходов 3b нагревательного устройства 3 предусмотрен в положении выше, чем вход 6а теплопередающей трубы 6. Многочисленные выходы 3b нагревательного устройства 3 соединены с входом 6а теплопередающей трубы 6 через вторую соединительную трубу 8а, предусмотренную ниже нагревательного устройства 3. При использовании этой конструкции теплоноситель, сконденсированный в нагревательном устройстве 3, может протекать от многочисленных выходов 3b нагревательного устройства 3 до входа 6а теплопередающей трубы 6 через вторую соединительную трубу 8a. Поэтому можно подавить или уменьшить удержание сконденсированного теплоносителя в нагревательном устройстве 3. Таким образом, можно подавить или ограничить увеличение сопротивления переносу тепла на термоэлектрический элемент 2 за счет воздействия сконденсированного теплоносителя, и термоэлектрический элемент 2 может вырабатывать энергию без помех со стороны сконденсированного теплоносителя. В результате, термоэлектрическое устройство 1D для выработки электроэнергии позволяет повысить эффективность выработки электроэнергии.

[0090] Хотя в варианте 4 осуществления описан случай, когда четыре выхода 3b предусмотрены в нижней части нагревательного устройства 3, настоящее изобретение не ограничивается этим при условии, что в нижней части нагревательного устройства 3 предусмотрены два или более выходов 3b. Кроме того, множество выходов 3b нагревательного устройства 3 может быть частично предусмотрено на боковой части нагревательного устройства 3.

[0091] В варианте 4 осуществления множество труб, предусмотренных на другой стороне второй соединительной трубы 8, может иметь, например, изогнутую форму или дугообразную форму.

[0092] Хотя каждый из вышеприведенных вариантов осуществления изобретения описывает настоящее изобретение с определенным уровнем детализации, детали конструкций, раскрытых в этих вариантах осуществления, являются модифицируемыми. Кроме того, в каждом варианте осуществления возможна модификация комбинаций и расположения элементов без отклонения от объема и сущности настоящего раскрытия.

Промышленная применимость

[0093] Настоящее изобретение применимо к термоэлектрическому устройству для выработки электроэнергии, в котором теплоноситель циркулирует в циркуляционном канале, сформированном внутри нагревательного устройства и блока источника тепла, за счет попеременного испарения и конденсации теплоносителя, тем самым нагревая термоэлектрический элемент.

Перечень ссылочных позиций

[0094] 1A, 1B, 1C, 1D - термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии

2 - термоэлектрический элемент

3 - нагревательное устройство

3a - вход

3b - выход

4 - охлаждающее устройство

40 - канал охлаждения

41 - впускная труба для охлаждающей жидкости

42 - выпускная труба для охлаждающей жидкости

5 - канал

6 - теплопередающая труба

6a - вход

6b - выход

61 - трубчатый элемент

62 - изогнутый участок

7 - первая соединительная труба

8, 8а - вторая соединительная труба

9 - циркуляционный канал

10 - термоэлектрическая система для выработки электроэнергии

11 - инвертор

12 - электрическая нагрузка

13 - резервуар

14 - вакуумный насос

15 - теплообменник

16 - охладительная установка

20 - термоэлектрический модуль

30a, 30b - резервуар для жидкости

30aa - верхняя поверхность

30ab - нижняя поверхность

L1, L2, L3 - линия теплоносителя

L4, L5 - линия охлаждающей жидкости

Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии (1А) включает в себя термоэлектрический элемент (2), имеющий первую сторону, предусмотренную снаружи нагревательного устройства (3), и вторую сторону, предусмотренную на охлаждающем устройстве (4), и теплопередающую трубу (6), расположенную в канале (5), в котором протекает высокотемпературный теплоноситель. Нагревательное устройство (3) и теплопередающая труба (6) имеют внутренние пространства (9a, 9b), сообщающиеся друг с другом. Внутреннее пространство (9а) нагревательного устройства (3) и внутреннее пространство (9b) теплопередающей трубы (6) образуют циркуляционный канал (9), в котором циркулирует теплоноситель. Выход (6b) теплопередающей трубы (6), из которого вытекает теплоноситель, предусмотрен в положении выше, чем вход (6а) теплопередающей трубы (6), в который втекает теплоноситель. Вход (6а) теплопередающей трубы (6) предусмотрен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента (2). Теплопередающая труба (6) испаряет теплоноситель, протекающий в циркуляционном канале (9), используя теплоту высокотемпературного теплоносителя. Нагревательное устройство (3) конденсирует испаряемый теплоноситель. Техническим результатом является повышение эффективности выработки электроэнергии. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии, содержащее:

термоэлектрический элемент, имеющий первую сторону, предусмотренную снаружи нагревательного устройства, и вторую сторону, предусмотренную на охлаждающем устройстве; и

теплопередающую трубу, расположенную в канале, предназначенном для протекания в нем высокотемпературного теплоносителя,

при этом

нагревательное устройство и теплопередающая труба имеют соответственно внутренние пространства, сообщающееся друг с другом,

внутреннее пространство нагревательного устройства и внутреннее пространство теплопередающей трубы образуют циркуляционный канал, предназначенный для циркуляции теплоносителя,

выход теплопередающей трубы, предназначенный для вытекания теплоносителя, предусмотрен в положении выше, чем вход теплопередающей трубы, предназначенный для втекания теплоносителя,

вход теплопередающей трубы предусмотрен в положении ниже, чем самая нижняя концевая часть термоэлектрического элемента,

теплопередающая труба выполнена с возможностью испарения теплоносителя, протекающего в циркуляционном канале, за счет тепла высокотемпературного теплоносителя, и

нагревательное устройство выполнено с возможностью конденсации испаряемого теплоносителя.

2. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии по п. 1, в котором в нижней части нагревательного устройства предусмотрен наклон, заставляющий теплоноситель протекать во внутреннем пространстве нагревательного устройства по направлению к выходу нагревательного устройства.

3. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии по п. 1 или 2, в котором выход нагревательного устройства предусмотрен в положении выше, чем вход теплопередающей трубы.

4. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии по п. 3, в котором:

резервуар для жидкости, предназначенный для хранения теплоносителя, сконденсированного в нагревательном устройстве, предусмотрен в нижней части нагревательного устройства; и

резервуар для жидкости соединен с выходом нагревательного устройства и входом теплопередающей трубы.

5. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии по п. 4, в котором в нижней части резервуара для жидкости предусмотрен наклон, вызывающий протекание теплоносителя по направлению к входу теплопередающей трубы.

6. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии по п. 3, в котором:

нагревательное устройство имеет множество выходов в нижней части нагревательного устройства, и

в нижней части нагревательного устройства предусмотрена соединительная труба, соединяющая множество выходов нагревательного устройства с входом теплопередающей трубы.

7. Термоэлектрическое устройство для выработки электроэнергии по п. 1, в котором нагревательное устройство выполнено в форме пластины и имеет внутреннее пространство, предназначенное для протекания в нем теплоносителя.