Компактная термоэлектрическая система Российский патент 2024 года по МПК F25B21/04 H10N10/00 F03D9/25 

Настоящее изобретение относится к усовершенствованным конструкциям твердотелых систем охлаждения.

Известны термоэлектрические системы, например, патент РФ №2385516, заявка №2005127919/28, 29.01.2004, Электронное устройство с охлаждающим элементом (варианты), авторы: Абрамов В., Агафонов Д., Драбкин И., Марычев В., Освенский В., Сушков В., Шипов Ф., Щербаков Н. патентообладатель ЗАО «Лайт Энджинс Корпорейшн», опубликовано 27.03.2010 г, Бюллетень №9.

Термоэлектрические системы оснащены термоэлементами особого профиля. Указанные термоэлементы соответствующим образом дополнены для обеспечения функций охлаждения/нагрева с использованием эффекта Пельтье и также имеют форму, обеспечивающую отвод тепла от источника тепла в радиальном направлении к периферийной области. Таким образом, большая зона утилизации тепла более эффективно охлаждает малую зону устройства генерации тепла. Дополнительно, в некоторых вариантах тепло также отводится от малой области пространства охлаждающей поверхности, для разделения поверхности, смещенной относительно них.

Кроме того, некоторые варианты содержат специальные электронные приспособления, посредством которых охлаждающая система и охлаждаемая система относятся к одной электронной схеме. Следует упомянуть, что термоэлектрические элементы могут быть запитаны тем же самым током, что и охлаждаемый электронный прибор. Последовательная электронная цепь дает возможность использовать один и тот же протекающий в цепи ток для питания электронного прибора и обеспечения охлаждающего эффекта. Указанная конфигурация существенно выигрывает за счет умножения, которое становится возможным при радиальном расположении, когда "горячая" зона Пельтье намного больше, чем пространство "холодной" зоны Пельтье.

Недостатки: внимательное изучение позволяет быстро выявить проблемы предложенной компоновки. Несомненно, указанная компоновка имеет существенные недостатки. При удалении керамической пластины из теплопроводящего материала для обеспечения доступа для электрического приспособления холодной и горячей стороны, между двумя верхними элементами (внешними элементами) также удаляется. Хотя верхние части указанных элементов продолжают охлаждаться в соответствии с током, протекающим через устройство, они больше не отводят тепло от охлаждаемого устройства, то есть, светоизлучающего диода. Для преодоления указанного недостатка выполняется специальное соединение холодной и горячей стороны.

Известны также термоэлектрические системы, например, патент РФ №2328663, заявка №2004122111/06, 04.03.2002, Неравновесная термоэлектрическая система для охлаждения и нагрева, автор БЭЛ Лон И, патентообладатель БИ ЭС ЭС ТИ, ЭЛ ЭЛ СИ «US», опубликовано 10.07.2008 г, Бюллетень №19. Предложена термоэлектрическая система, содержащая множество термоэлектрических элементов, образующих по меньшей мере один массив термоэлектрических элементов, имеющий по меньшей мере одну первую сторону и вторую сторону одну, между которыми во время работы системы создается один температурный градиент. Термоэлектрические элементы находятся в тепловой связи с одним теплообменником, расположенным на первой или второй стороне, причем по часть массива термоэлектрических элементов сформирована для работы в пределах или в интервале между первым и вторым различными уровнями тока, причем первый уровень тока меньше такого уровня тока, при котором имеет место, по существу, максимальное охлаждение или нагревание термоэлектрической системы в стационарном состоянии. В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения переход между по меньшей мере первым и вторым уровнями тока происходит, по существу, быстро, т.е. без достижения равновесия на каждом уровне. Предпочтительно некоторые из термоэлектрических элементов осуществляют теплообмен с одной рабочей жидкостью во время работы при первом уровне тока и/или во время работы при втором уровне тока. Предпочтительно первый уровень тока, по существу, ниже такого уровня тока, при котором достигается, по существу, максимальное охлаждение или нагревание в стационарном состоянии термоэлектрической системы, и в одном из вариантов выполнения настоящего изобретения, по существу, равен нулю.

Недостатки: Подробное рассмотрение и изучение термоэлектрических систем наводит на проблемы, связанные с потерями в термоэлектрическом устройстве: неравномерное распределение отводящего тепла от теплоотвода увеличивает потери при охлаждении, появление термоэлектрической неоднородности и современный уровень эффективности обычных термоэлектрических систем ограничивает их практическое использование.

Наиболее близкий по технической сущности является устройство по патенту РФ №2355958, заявка: 2005108566/06, 07.08.2003, автор Белл Лон Е., патентообладатель БИ ЭС ЭС ТИ, ЛЛС «US», компактные термоэлектрические системы, опубликовано 20.05.2009 г, Бюллетень №14. Изобретение относится к усовершенствованным конструкциям твердотельных систем охлаждения, нагревания и выработки электроэнергии, описание уровня техники в термоэлектрических устройствах используются свойства некоторых материалов, заключающиеся в том, что в присутствии электрического тока в материале создается температурный градиент. Повышение эффективности, обеспечиваемое в конструкциях, под названием «Компактные термоэлектрические системы», позволяет повысить производительность на 50-100% при применении этих конструкций во многих важных областях. В сочетании с осуществляемыми усовершенствованиями материала возможен выигрыш в эффективности системы в четыре раза и более. Перспективы этих существенных усовершенствований привели к возрождению интереса к этой технологии и к усилиям по разработке ТСОН (термоэлектрических систем охлаждения и нагрева) для применения в новых областях. Эти конструкции являются компактными, обеспечивают высокоэффективное преобразование энергии и могут иметь относительно низкую стоимость. Главным образом, описано несколько вариантов их исполнения, в которых термоэлектрические элементы или модули размещены между теплообменниками. Термоэлектрические модули преимущественно ориентированы так, что в любых двух модулях, между которыми помещен теплообменник, стороны с одинаковой температурной функцией обращены к этому теплообменнику. Например, охлаждающие стороны каждого из термоэлектрических элементов, между которыми расположен теплообменник, обращены к одному теплообменнику и таким образом друг к другу. Предпочтительно, по меньшей мере одну рабочую среду последовательно пропускают через два теплообменника, так что их функция нагревания или охлаждения дополнительно нагревает или охлаждает рабочую среду. Дополнительная выгода такой конфигурации состоит в том, что она позволяет использовать преимущества теплоизоляции, в промышленно применимых системах, обладающих, как указано выше, высокой эффективностью и удельной мощностью. Как указано в патенте РФ №2355958, повышение эффективности компактных термоэлектрических систем главным образом, достигается путем подразделения всего блока термоэлектрических элементов на теплоизолированные узлы или части.

Недостатком является: недостаточное эффективное взаимодействие с возобновляемыми источниками электроэнергии.

Изобретение направлено на осуществление эффективного взаимодействия с возобновляемыми источниками электроэнергии.

Сущность изобретения заключается в том, компактная термоэлектрическая система, содержащая множество термоэлектрических модулей, каждый из которых имеет горячую и холодную сторону, а также возобновляемые источники электроэнергии, согласно изобретению, что в качестве возобновляемых источников энергии используются ветроэлектрогенераторы, выходы возобновляемых источников электроэнергии соединены с переключателями, содержащими ключи, осуществляющими переключение питания отсасывающего и нагнетающего вентиляторов с последовательного соединения на параллельное при уменьшении скорости ветра и обратно на последовательное соединение при максимальной скорости ветра, причем отсасывающий и нагнетающий вентиляторы расположены по разные стороны радиатора, находящегося в тепловом контакте с холодной стороной термоэлектрических модулей.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показана компактная термоэлектрическая система, вид сбоку. На фиг. 2 показана термоэлектрическая система, вид сверху при последовательном соединении вентиляторов, на фиг. 3 компактная термоэлектрическая система, вид сверху при параллельном соединении вентиляторов.

Термоэлектрическая система имеет в своем составе источник тепла, например, трубу 1 с теплоносителем, потребитель 2, соединенный с выводами 3 термоэлектрической батареи 4. Сторона горячих спаев термоэлектрической батареи с помощью термопроводника 5, например, медной болванки, притянут болтами 6 к трубе. Эти же болты прижимают радиатор 7 к холодному спаю с помощью прокладок 8. Термоэлектрическая система снабжена вентилятором 9, работающим на отсос и вентилятором 10, работающим на нагнетание. Вентиляторы соединены с ключами 11, осуществляющими переключение с последовательного соединения на параллельное. Ключи и вентиляторы получают питание от источников возобновляемой энергии 12, например, ветроэлектрогенераторов.

Компактная термоэлектрическая система работает следующим образом: горячая сторона нагревается путем передачи тепла от теплоносителя через стенку трубы и термопроводник 5. При максимальной скорости ветра ключи 11 переключают питание вентиляторов 9 и 10 на последовательное соединение. При этом данные вентиляторы осуществляют протяжку воздуха через ребра радиатора 7. Если же скорость ветра уменьшилась, ключи 11 переводят вентиляторы 9 и 10 на параллельное соединение, что обеспечивает протяжку с незначительно уменьшенной скоростью.

На чертеже представлен термоэлектрический модуль в составе термоэлектрической батареи с термопроводником, радиатора и вентиляторов. Необходимо заметить, что в целях увеличения мощности, данных термоэлектрических модулей может быть несколько.

Технико-экономическим преимуществом данной компактной термоэлектрической системы является автоматическая адаптация охлаждающих элементов - вентиляторных модулей к изменению параметров напряжения возобновляемых источников энергии, например, ветроэлектрогенераторов.

Изобретение относится к усовершенствованным конструкциям твердотелых систем охлаждения. Компактная термоэлектрическая система содержит множество термоэлектрических модулей, каждый из которых имеет горячую и холодную сторону, а также возобновляемые источники электроэнергии – ветроэлектрогенераторы. Выходы возобновляемых источников электроэнергии соединены с переключателями, содержащими ключи, осуществляющими переключение питания отсасывающего и нагнетающего вентиляторов с последовательного соединения на параллельное при уменьшении скорости ветра и обратно на последовательное соединение при максимальной скорости ветра. Отсасывающий и нагнетающий вентиляторы расположены по разные стороны радиатора, находящегося в тепловом контакте с холодной стороной термоэлектрических модулей. Техническим результатом является автоматическая адаптация охлаждающих элементов – вентиляторных модулей к изменению параметров напряжения ветроэлектрогенераторов. 3 ил.

Компактная термоэлектрическая система, содержащая множество термоэлектрических модулей, каждый из которых имеет горячую и холодную сторону, а также возобновляемые источники электроэнергии, отличающаяся тем, что в качестве возобновляемых источников энергии используются ветроэлектрогенераторы, выходы возобновляемых источников электроэнергии соединены с переключателями, содержащими ключи, осуществляющими переключение питания отсасывающего и нагнетающего вентиляторов с последовательного соединения на параллельное при уменьшении скорости ветра и обратно на последовательное соединение при максимальной скорости ветра, причем отсасывающий и нагнетающий вентиляторы расположены по разные стороны радиатора, находящегося в тепловом контакте с холодной стороной термоэлектрических модулей.