Плоский термоэлектрогенератор Российский патент 2024 года по МПК H10N10/00 F24H3/00 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для трансформации тепловой энергии в электрическую при отсутствии источников электроснабжения.

Известен универсальный термоэлектрический преобразователь, содержащий корпус, выполненный из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, изнутри армированный контурной арматурой, которая состоит из термоэмиссионных элементов, представляющих собой парные параллельные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала-диэлектрика, спаянные на концах между собой, образующие ряды, устроенные таким образом, что части спаянных концов проволочных отрезков располагаются в слоях материала- диэлектрика параллельных ребер, параллельно их боковой поверхности, не касаясь ее, а средние части проволочных отрезков расположены в массиве материала-диэлектрика корпуса, ряды соединены между собой перемычками, крайние проволочные отрезки крайних рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов [Патент РФ №2575769, МКП Н01 L35/02, 2016].

Основными недостатками известного универсального термоэлектрического преобразователя являются высокий расход металлов М1 и М2 для изготовления термоэмиссионных элементов, определяющий значительный вес устройства, сложность их изготовления, обусловленная необходимостью заготовкой проволочных отрезков, сплющиванием и спайкой их концов, что повышает стоимость и, таким образом, снижает его эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ленточный термоэлектрогенератор, содержащий сборный корпус, состоящий из верхней крышки и днища, которые с внутренней стороны выполнены с горизонтальными овальными пазами, боковых бортов, снабженных с внутренних сторон круглыми гнездами, расположенными напротив каждого овального паза, торцевых отбортованных крышек, при этом верхняя крышка и днище выполнены из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, боковые борта выполнены из материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, крышка снабжена на противоположных концах полюсными коллекторами, внутри корпуса в верхние и нижние гнезда боковых бортов через овальные пазы параллельно его торцам горизонтально вставлены шпильки, в зазорах между ними и поверхностью овальных пазов пропущена лента, выполненная из гибкого материала-диэлектрика, обе поверхности которой, за исключением начального и последнего участков ленты, поочередно покрыты равными отрезками полос фольги разных металлов М1 и М2 с напуском друг на друга таким образом, чтобы верхние и нижние концы каждого отрезка фольги были прижаты шпильками к поверхности лотков овальных пазов верхней крышки и днища, соответственно, образуя отдельный, вертикально расположенный, термоэмиссионный преобразователь, соединенный аналогично с предыдущим и последующим термоэмиссионными преобразователями во всем корпусе, образуя термоэлектрическую секцию, начальный и последний участки ленты покрыты равными отрезками полос фольги разных металлов М1 и М2 только с внутренней стороны, их верхние концы плотно соединены с полюсными коллекторами, причем плотный контакт нижних концов полюсных коллекторов с верхними концами крайних отрезков полос фольги термоэлектрической секции, а также верхних и нижних отрезков полос фольги металлов М1 и М2 всех термоэмиссионных преобразователей осуществляется сжатием до упора боковых бортов, а также прижатием к ним торцевых отбортованных крышек [Патент РФ №2676803, МКЛ Н01 L35/02, 2019].

Основными недостатками известного ленточного термоэлектрогенератора являются низкая выработка термоэлектричества, обусловленная высоким удельным сопротивлением участков фольги металлов М1 и М2, соединяющих их горячие и холодные зоны и громоздкая конструкция корпуса, что повышает его стоимость и, таким образом, снижает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности плоского термоэлектрогенератора.

Технический результат достигается плоским термоэлектрогенератором, содержащим сборный корпус, состоящий из верхней крышки и днища, боковых бортов, отбортованных торцевых крышек, при этом верхняя крышка и днище выполнены из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, боковые борта выполнены из материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, верхняя крышка снабжена на противоположных концах полюсными коллекторами, в полости корпуса параллельно его днищу расположен ряд термоэмиссионных преобразователей, соединенный на торцах с полюсными коллекторами, причем каждый термоэмиссионный преобразователь состоит из верхней и нижней горизонтальных пар отрезков полос фольги разных металлов М1 и М2, плотно прижатых друг к другу и соединенных между собой контактными полосами, выполненными из металла с высокой электропроводностью, образуя отдельный, горизонтально расположенный, термоэмиссионный преобразователь, соединенный аналогично с предыдущим и последующим термоэмиссионными преобразователями по всей длине корпуса, образуя горизонтальную термоэлектрическую секцию, в которой плотный контакт полос фольги металлов М1 М2 и контактных полос термоэмиссионных преобразователей осуществляется сжатием до упора верхней крышки и днища, а также прижатием к ним торцевых отбортованных крышек.

На фиг. 1 представлен предлагаемый плоский термоэлектрогенератор (ПТЭГ): на фиг. 2 - разрез ПТЭГ, на фиг. 3 -5 - узел компоновки термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) и его разрезы.

Предлагаемый ПТЭГ содержит сборный корпус 1, состоящий из верхней крышки 2 и днища 3, боковых бортов 4 и 5, отбортованных торцевых крышек 6 и 7, при этом крышка 2 и днище 3 выполнены из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, боковые борта 4 и 5 выполнены из материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, верхняя крышка 2 снабжена на противоположных концах полюсными коллекторами 8, 9, в полости корпуса 1 параллельно его днищу 3 расположен ряд термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 10, соединенный на торцах с полюсными коллекторами 8, 9, причем каждый ТЭП 10 состоит из верхней 11 и нижней 12 горизонтальных пар отрезков полос фольги 13, 14 разных металлов М1 и М2, плотно прижатых друг к другу и соединенных между собой контактными полосами 15, выполненными из металла с высокой электропроводностью, образуя отдельный, горизонтально расположенный, термоэмиссионный преобразователь (ТЭП) 10, соединенный аналогично с предыдущим и последующим ТЭП 10 во всем корпусе 1, образуя горизонтальную термоэлектрическую секцию (ТЭС) 16, в которой плотный контакт полос фольги 13 и 14 ТЭС 16 и контактных полос 15 осуществляется сжатием до упора крышки и днища 2 и 3, а также прижатием к ним торцевых отбортованных крышек 6 и 7.

В основу работы предлагаемого ПТЭГ положено следующее. Так как ТЭС 16 состоят из отдельных термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 10, выполненных из пар 11 и12 равных плоских отрезков полос фольги 13 и 14 разных металлов М1 и М2 контактной полосы 15, плотно соединенных между собой, то при нагреве (охлаждении) одних концов ТЭП 10 с одной стороны и охлаждении (нагреве) противоположных им концов, на них устанавливаются разные температуры и в зоне контакта металлов М1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в ТЭП 10 и ТЭС 16 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506].

Сборку ПТЭГ осуществляют следующим образом. Вначале нарезают равные отрезки полос фольги 13, 14 разных металлов М1 и М2, составляют из них пары 11, 12 и укладывают нижние пары 12 с некоторым зазором друг между другом на днище 3, далее на них укладывают контактные полосы 15 такого же размера и с таким же зазором между собой, на полосы 15 укладывают с таким же зазором верхние пары 11 полос фольги из металлов М1 и М2, после чего на собранную ТЭП 16 укладывают верхнюю крышку 2, а на торцы корпуса 1 надевают торцевые крышки 6 и 7, которые сжимают ряды полос фольги 13, 14 и контактных полос 15, обеспечивая плотный контакт между ними.

ПТЭГ работает следующим образом. При соприкосновении днища 3 корпуса 1 с горячей средой, а верхней крышки 2 противоположной стороны с холодной средой торцы ТЭП 10 с одной стороны охлаждаются, а с противоположной стороны нагреваются, на них устанавливаются разные температуры, происходит процесс передачи тепла от горячей среды к холодной через стенки днища 3, по фольге 13, 14 металлов М1 и М2, контактных полос 15 и стенки крышки 2. Одновременно с процессом теплопередачи в результате разности температур охлажденных и нагретых пар 12 и 11 ТЭП 10 в ряду ТЭС 10 появляется термоэлектричество, которое через однополюсные коллекторы электрических зарядов 8 и 9, поступает в преобразователь и аккумулятор (на фиг. 1-5 не показаны) и откуда подается потребителю.

При этом, плоская компоновка ТЭС 16 и корпуса 1 обеспечивают значительно упростить конструкцию ПТЭГ и позволяют разместить большее количество ТЭП 10 по длине корпуса 1, что повышает выработку термоэлектричества каждым ТЭП 10 и, в целом, ТЭС 16. Кроме того, вертикальное сжатие отрезков полос фольги 13 и 14 металлов М1 и М2 и контактных полос 15 создает более плотный контакт между ними, что также повышает выработку термоэлектричества каждым ТЭП 10 и, соответственно, всей ПТЭГ.

Величина разности электрического потенциала на коллекторах 8, 9 и сила электрического тока зависит от характеристик пар металлов М1 и М2, из которых изготовлена их фольга, ее ширины и толщины, числа ТЭП 10 в ряду ТЭС 16 и их числа в ПТЭГ, материала контактных полос 15 разности температур на противоположных концах ТЭП 16. Полученный электрический ток из одиночного ПТЭГ, можно использовать для подзарядки гаджетов-мобильных телефонов, айфонов, плэйеров и тому подобных устройств в условиях отсутствия электроснабжения (например, при кипячении воды на костре, поместив его на дно емкости с подогреваемой водой или положив его на освещаемый солнцем участок льда или снега). При компоновке множества ПТЭГ, полученный электрический ток можно использовать для самых различных целей (освещения зданий, горячего водоснабжения, зарядки автомобильных аккумуляторов, электроснабжения космических и подводных аппаратов и пр.), при условии наличия сред или поверхностей с различными температурами.

Таким образом, предлагаемое изобретение, в результате использования термоэмиссионных преобразователей 10, изготовленных из равных отрезков горизонтальных полос 13 и 14 фольги разных металлов М1 и М2, соединенными между собой вертикальным сжатием их поверхностей, верхний и нижний ряды которых также соединены между собой контактными полосами 15, обеспечивает значительное снижение расхода металлов М1, М2, снижение веса и упрощение конструкции устройства, увеличение выработки термоэлектричества, что увеличивает эффективность плоского термоэлектрогенератора.

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для трансформации тепловой энергии в электрическую при отсутствии источников электроснабжения. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности плоского термоэлектрогенератора. Технический результат достигается плоским термоэлектрогенератором, содержащим сборный корпус, состоящий из верхней крышки и днища, боковых бортов, отбортованных торцевых крышек, при этом верхняя крышка и днище выполнены из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, боковые борта выполнены из материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, верхняя крышка снабжена на противоположных концах полюсными коллекторами, в полости корпуса параллельно его днищу расположен ряд термоэмиссионных преобразователей, соединенный на торцах с полюсными коллекторами, причем каждый термоэмиссионный преобразователь состоит из верхней и нижней горизонтальных пар отрезков полос фольги разных металлов М1 и М2, плотно прижатых друг к другу и соединенных между собой контактными полосами, выполненными из металла с высокой электропроводностью, образуя отдельный, горизонтально расположенный, термоэмиссионный преобразователь, соединенный аналогично с предыдущим и последующим термоэмиссионными преобразователями во всем корпусе, образуя горизонтальную термоэлектрическую секцию, в которой плотный контакт полос фольги металлов М1 и М2 и контактных полос термоэмиссионных преобразователей осуществляется сжатием до упора верхней крышки и днища, а также прижатием к ним торцевых отбортованных крышек. 5 ил.

Плоский термоэлектрогенератор, содержащий сборный корпус, состоящий из верхней крышки и днища, боковых бортов, отбортованных торцевых крышек, при этом верхняя крышка и днище выполнены из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, боковые борта выполнены из материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, верхняя крышка снабжена на противоположных концах полюсными коллекторами, в полости корпуса параллельно его днищу расположен ряд термоэмиссионных преобразователей, соединенный на торцах с полюсными коллекторами, причем каждый термоэмиссионный преобразователь состоит из верхней и нижней пар отрезков полос фольги разных металлов М1 и М2, плотно прижатых друг к другу, образуя отдельный термоэмиссионный преобразователь, соединенный с предыдущим и последующим термоэмиссионными преобразователями во всем корпусе, в котором плотный контакт полос фольги металлов М1, М2 осуществляется сжатием до упора верхней крышки и днища, а также прижатием к ним торцевых отбортованных крышек, отличающийся тем, что каждый термоэмиссионный преобразователь состоит из верхней и нижней горизонтальных пар отрезков полос фольги разных металлов М1 и М2, плотно прижатых друг к другу и соединенных между собой контактными полосами, выполненными из металла с высокой электропроводностью, образуя отдельный, горизонтально расположенный, термоэмиссионный преобразователь, соединенный аналогично с предыдущим и последующим термоэмиссионными преобразователями во всем корпусе, образуя горизонтальную термоэлектрическую секцию.