Термоэлектрический импульсный генератор Российский патент 2024 года по МПК F28D9/04 F04F7/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, где может быть использовано в конструкциях океанических тепловых станций для получения электроэнергии, а также к теплоэнергетике, где может быть использовано в системах теплоснабжения с независимым подключением абонентов для обеспечения совместного процесса нагнетания жидкости и попутной генерации электроэнергии в условиях колебательной циркуляции теплоносителя.

Уровень техники

Известно техническое решение термоэлектрической океанической тепловой электростанции (Jayadev, T. S., Benson, D. K., Bohn M. S.; Thermoelectric Ocean Thermal Energy Conversion; С.6, рисунок 2-1В. URL: https://www.nrel.gov/docs/legosti/old/254.pdf, дата обращения 26.08.2023), содержащее полый корпус, разделенный посредством термоэлектрической перегородки на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками горячей среды, а вторая с входным и выходными патрубками холодной среды, при этом на каждом из входных патрубков установлены циркуляционные насосы.

Среди недостатков данной конструкции следует отметить необходимость использования двух циркуляционных насосов и относительно низкую эффективность использования температурного градиента применительно к выработке электрической энергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный нагнетатель-теплообменник (патент RU на ПМ № 167942, опубл. 12.01.2017, МПК F24D3/00, F28D9/04, F04F7/00), включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, которое выполнено из пластины высокотеплопроводящего материала.

Недостаток прототипа заключается в его относительно низких функциональных возможностях.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения попутной генерации электроэнергии.

Технический результат заключается в использовании термоэлектрического генератора в качестве стенки, разделяющей потоки холодного и горячего теплоносителей.

Это достигается тем, что известный термоэлектрический импульсный генератор, включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая зона - с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, дополнительно содержит термоэлектрический генератор, представляющий собой последовательное соединение p и n - полупроводников, ударный узел, насос-нагнетатель, гибкий шлейф и клеммы подключения нагрузки, причем термоэлектрический генератор вмонтирован в центр диафрагмы, ударный узел установлен на выходном патрубке рабочей среды, насос-нагнетатель установлен на входном патрубке рабочей среды, гибкий шлейф расположен внутри полого корпуса и соединен с термоэлектрическим генератором и клеммами подключения нагрузки, установленными на внешней стороне полого корпуса.

Краткое описание чертежей (если они содержатся в заявке)

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый термоэлектрический импульсный генератор.

Осуществление изобретения

Термоэлектрический импульсный генератор содержит полый корпус 1, разделенный посредством диафрагмы 2 на две гидравлически изолированные зоны 3, 4. Первая гидравлически изолированная зона 3 соединена с входным патрубком 5 рабочей среды и выходным патрубком рабочей среды 6. Вторая гидравлически изолированная зона 4 соединена с обратными клапанами входа 7 и выхода 8 нагнетаемой среды. Пружина 9 установлена между полым корпусом 1 и диафрагмой 2. Пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка 5 к выходному патрубку 6 выполнено в форме профилированного канала 10, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону 3 полого корпуса 1, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы 2. Термоэлектрический генератор 11, представляющий собой последовательное соединение p и n -полупроводников 12,13, вмонтирован в центр диафрагмы 2. Ударный узел 14 установлен на выходном патрубке рабочей среды 6. Насос-нагнетатель 15 установлен на входном патрубке рабочей среды 5. Гибкий шлейф 16 расположен внутри полого корпуса 1 и соединен с термоэлектрическим генератором 11 и клеммами подключения нагрузки 17, установленными на внешней стороне полого корпуса 1.

Термоэлектрический импульсный генератор работает следующим образом.

В условиях использования термоэлектрического импульсного генератора в качестве океанической электрической станции техническое решение погружают в водный бассейн, обладающий градиентом температуры, распределенным по высоте этого бассейна, таким образом, чтобы насос-нагнетатель 15 оказался внизу, в зоне более низких температур этого бассейна, а обратные клапаны входа 7 и выхода 8 нагнетаемой среды - вверху, в зоне более высоких температур.

Обратный клапан входа 7 нагнетаемой среды связывают с верхним (теплым) уровнем водного бассейна на рисунке не указан), а обратный клапан выхода 8 нагнетаемой среды подключают к ее приемнику (на рисунке не указан). Выход ударного узла 14 подключают к приемнику рабочей среды (на рисунке не указан).

При этом длину входного патрубка рабочей среды 5, жесткость пружины 9, напор и расход насоса-нагнетателя 15 подбирают на основании предварительных расчетов устройства с учетом требуемой высоты всасывания и нагнетания жидкой среды.

При включении насоса-нагнетателя 15 происходит подача рабочей (холодной) среды снизу водного бассейна по входному патрубку 5 в первую гидравлически изолированную зону 3 полого корпуса 1. Рабочая среда проходит через гидравлически изолированную зону 3 по профилированным каналам 10, соприкасаясь с диафрагмой 2 и термоэлектрическим генератором 11. Далее рабочая (холодная) среда покидает первую гидравлически изолированную зону 3 через выходной патрубок 6 и ударный узел 14.

При истечении рабочей (холодной) среды через ударный узел 14 его проходное сечение закрывается в автоматическом или внешне-управляемом режиме (в зависимости от конструкции применяемого устройства ударного узла 14) в результате чего возникает гидравлический удар. Положительная волна создаваемого гидроудара, устремляясь от закрытого ударного узла 14 по профилированному каналу 10 первой гидравлически изолированной зоны 3 и входному патрубку рабочей среды 5 к насосу-нагнетателю 15, обеспечивает перемещение диафрагмы 2 с термоэлектрическим генератором 11 вверх. Это вызывает вытеснение нагнетаемой (теплой) среды из второй гидравлически изолированной зоны 4 в обратный клапан выхода 8 нагнетаемой (теплой) среды. При этом пружина 9 оказывается в сжатом состоянии.

После того, как положительная волна гидравлического удара исчерпает свою энергию и сменит знак на противоположный, отрицательная волна гидравлического удара устремляется от насоса-нагнетателя 15, по входному патрубку рабочей среды 5, в профилированный канал 10 первой гидравлически изолированной зоны 3 к закрытому ударному узлу 14. В этот момент проходное сечение ударного узла 14 открывается и циркуляция рабочей (холодной) среды возобновляется в описанной ранее последовательности.

Сжатая пружина 9 перемещает диафрагму 2 и связанный с ней термоэлектрический генератор 11 из второй гидравлически изолированной зоны 4 в первую гидравлически изолированную зону 3. Это способствует всасыванию новой порции нагнетаемой (теплой) среды через обратный клапан входа нагнетаемой среды 7.

При последующем закрытии проходного сечения ударного узла 14 процессы циркуляции рабочей (холодной) среды и нагнетаемой (теплой) среды, относительно разделяющей их поверхности термоэлектрического генератора 11 диафрагмы 2, повторятся в описанной выше последовательности.

В условиях присутствующего градиента температур относительно поверхностей термоэлектрического генератора 11, одна из которой расположена в первой гидравлически изолированной зоне 3 с рабочей (холодной) средой, а вторая во второй гидравлически изолированной зоне 4 с нагнетаемой (теплой) средой, происходит генерация электрической энергии, которая при помощи гибкого шлейфа 16 выводится на внешнюю поверхность полого корпуса 1 к клеммам подключения нагрузки 17.

При использовании технического решения в теплоэнергетике в системах теплоснабжения с независимым подключением абонентов, через входной патрубок рабочей среды 5 и выходной патрубок рабочей среды 6 обеспечивают, например, циркуляцию высокотемпературного теплоносителя из тепловой сети, а обратный клапан входа 7 и обратный клапан выхода 8 подключают последовательно в трубопровод циркуляции нагреваемого теплоносителя (на рисунке не указан). Принцип действия устройства остается вышеописанным, а ориентация устройства в этом случае может быть произвольной.

В результате использования данной конструкции термоэлектрического импульсного генератора обеспечивается подача нагнетаемой среды от использования потенциала колебательной циркуляции рабочей среды при попутной выработке электроэнергии с применением только одного циркуляционного насоса. Колебательная циркуляция холодного и горячего теплоносителей относительно разделяющей их термоэлектрической перегородки способствует интенсификации теплообмена и, соответственно, повышению коэффициента выработки электроэнергии.

Использование изобретения обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения попутной генерации электроэнергии.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, где может быть использовано в конструкциях океанических тепловых станций, а также к теплоэнергетике, где может быть использовано в системах теплоснабжения с независимым подключением абонентов, и направлено на расширение функциональных возможностей за счет обеспечения попутной генерации электроэнергии. Известный термоэлектрический импульсный генератор, включающий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая зона - с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, дополнительно содержит термоэлектрический генератор, представляющий собой последовательное соединение p и n -полупроводников, ударный узел, насос-нагнетатель, гибкий шлейф и клеммы подключения нагрузки, причем термоэлектрический генератор вмонтирован в центр диафрагмы, ударный узел установлен на выходном патрубке рабочей среды, насос-нагнетатель установлен на входном патрубке рабочей среды, гибкий шлейф расположен внутри полого корпуса и соединен с термоэлектрическим генератором и клеммами подключения нагрузки, установленными на внешней стороне полого корпуса. 1 ил.

Термоэлектрический импульсный генератор, содержащий полый корпус, разделенный посредством диафрагмы на две гидравлически изолированные зоны, первая из которых соединена с входным и выходным патрубками рабочей среды, а вторая – с обратными клапанами входа и выхода нагнетаемой среды, пружину, установленную между полым корпусом и диафрагмой, пространство для циркуляции рабочей среды от входного патрубка к выходному патрубку выполнено в форме профилированного канала, закрученного по спирали и утопленного по высоте в первую гидравлически изолированную зону полого корпуса, при этом сверху профилированный канал закрыт дном диафрагмы, отличающийся тем, что он снабжен термоэлектрическим генератором, представляющим собой последовательное соединение p и n - полупроводников, ударным узлом, насосом-нагнетателем, гибким шлейфом и клеммами подключения нагрузки, причем термоэлектрический генератор установлен в центр диафрагмы, ударный узел установлен на выходном патрубке рабочей среды, насос-нагнетатель установлен на входном патрубке рабочей среды, гибкий шлейф расположен внутри полого корпуса и соединен с термоэлектрическим генератором и с клеммами подключения нагрузки, установленными на внешней стороне полого корпуса.