RU176181U1

RU176181U1 - Small-sized thermogenerator

Info

Publication number: RU176181U1
Application number: RU2017125033U
Authority: RU
Inventors: Никита Андреевич Ежов; Алексей Анатольевич Ермаков; Степан Александрович Панфилов; Андрей Сергеевич Хремкин; Олег Владимрович Кабанов
Priority date: 2017-07-13
Filing date: 2017-07-13
Publication date: 2018-01-11

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к термоэлектрическому приборостроению, как источнику прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, и может быть использована для автономного питания электронных часов, фонарика, маломощного радиоприемника, электронного градусника, холодильника автоматического. Малогабаритный термогенератор содержит металлический корпус, выполняющий функцию теплоприемника. К нижним внутренним боковым частям металлического корпуса через слой термопасты симметрично разъемно закреплены последовательно соединенные элементы Пельтье, сверху к которым разъемно присоединены охладители воздушного типа. В центре металлического корпуса разъемно закреплен блок накопления энергии. Все элементы устройства расположены внутри металлического корпуса. Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей устройства, увеличение КПД и повышении комфортабельности. 3 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to thermoelectric instrumentation, as a source of direct conversion of thermal energy into electrical energy, and can be used to autonomously power an electronic clock, flashlight, low-power radio, electronic thermometer, automatic refrigerator. The small-sized thermogenerator contains a metal case that performs the function of a heat receiver. Through the thermal paste layer, sequentially connected Peltier elements are symmetrically detachably fixed to the lower inner side parts of the metal case, on top of which air-type coolers are detachably connected. In the center of the metal case, the energy storage unit is detachably fixed. All elements of the device are located inside the metal case. The technical result is a decrease in the overall dimensions of the device, an increase in efficiency and an increase in comfort. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к термоэлектрическому приборостроению, как источнику прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, и может быть использована для автономного питания электронных часов, фонарика, маломощного радиоприемника, электронного градусника, холодильника автоматического и т.п.The utility model relates to the field of electrical engineering, namely to thermoelectric instrumentation, as a source of direct conversion of thermal energy into electrical energy, and can be used to autonomously power an electronic clock, flashlight, low-power radio, electronic thermometer, automatic refrigerator, etc.

Известен способ прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и генератор для его осуществления, представляющий собой герметичный корпус цилиндрической формы с устройством входа потока теплоносителя от внешнего источника и устройством вывода отработавшего потока теплоносителя. Внутри корпуса установлены термоэмиссионные элементы в виде колец, собранных из отдельных сегментов и соединенных в единую электрическую цепь (RU 2329562, МПК H01L 45/00, опубл. 20.07.2008).A known method of direct conversion of thermal energy into electrical energy and a generator for its implementation, which is a sealed cylindrical body with a device for entering the flow of coolant from an external source and a device for outputting the spent flow of coolant. Inside the case, thermionic elements are installed in the form of rings assembled from separate segments and connected into a single electric circuit (RU 2329562, IPC H01L 45/00, published on July 20, 2008).

Недостатками известного решения являются сложная, содержащая большое количество конструктивных элементов конструкция и высокая материалоемкость.The disadvantages of the known solutions are complex, containing a large number of structural elements, design and high material consumption.

Известен термоэлектрический генератор, содержащий теплоприемник, внутри корпуса, которого размещен источник тепла. Снаружи корпуса установлены последовательно в тепловом отношении термоэлектрические модули и основания теплообменников системы охлаждения, механически связанные с корпусом теплоприемника с помощью средства крепления. Корпус теплоприемника выполнен прямоугольной формы в сечении. По большим сторонам корпуса симметрично расположены термоэлектрические модули и основания. Средство крепления выполнено в виде листовых пружин переменного сечения по длине, имеющих наибольшую толщину в средней зоне, уменьшающуюся к консольной части пружин, вынесенную за теплоприемник. Пружины попарно механически связаны между собой и расположены по краям оснований теплообменников с возможностью плотного и стабильного их прижатия с помощью винтовых блоков через термоэлектрические модули к поверхностям корпуса теплоприемника (RU 2529437, МПК H01L 35/28, опубл. 27.09.2014). Known thermoelectric generator containing a heat sink, inside the housing, which is placed a heat source. Outside the casing, thermoelectric modules and the bases of the heat exchangers of the cooling system are mechanically connected in series in the thermal relation, mechanically connected to the casing of the heat receiver using the fastening means. The body of the heat sink is made in rectangular shape in cross section. Thermoelectric modules and bases are symmetrically located on the large sides of the case. The fastening means is made in the form of leaf springs of variable cross section along the length, having the greatest thickness in the middle zone, decreasing to the cantilever part of the springs, carried out by the heat receiver. The springs are mechanically interconnected in pairs and are located along the edges of the bases of the heat exchangers with the possibility of tight and stable pressing them by screw blocks through thermoelectric modules to the surfaces of the heat receiver body (RU 2529437, IPC H01L 35/28, published September 27, 2014).

Недостатками известного генератора являются большие массогабаритные показатели и отсутствие мобильности.The disadvantages of the known generator are large overall dimensions and lack of mobility.

Известен термоэлектрический автономный источник питания содержащий корпус, элементы Пельтье с электрическими выводами, имеющие две поверхности и соединенные проводами с потребителем электроэнергии. Термоэлементы закреплены одной поверхностью на бурильных трубах, другой - обращены внутрь, а в качестве потребителя электроэнергии использована скважинная аппаратура. Электрические выводы могут быть соединены с накопителем энергии. Термоэлементы и накопители энергии могут быть соединены между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно (RU 2235875, МПК E21B 47/12, опубл. 10.09.2004).Known thermoelectric autonomous power source containing a housing, Peltier elements with electrical leads having two surfaces and connected by wires to a consumer of electricity. Thermocouples are fixed with one surface on drill pipes, the other are turned inward, and downhole equipment is used as a consumer of electricity. Electrical leads can be connected to an energy storage device. Thermocouples and energy storage devices can be interconnected in parallel, or sequentially, or sequentially-in parallel (RU 2235875, IPC E21B 47/12, publ. 10.09.2004).

Недостатком известного решения является большие массогабаритные показатели, а также необходимость в жидкостном охлаждении наружной части элементов Пельтье.A disadvantage of the known solution is the large overall dimensions, as well as the need for liquid cooling of the outer part of the Peltier elements.

Известен термоэлектрический автономный источник питания, содержащий последовательно соединенные блок термоэлементов, блок управления и аккумуляторную батарею, согласно настоящей полезной модели, снабжен емкостью, заполненной рабочим веществом, и радиатором, заполненным пористым капиллярным веществом, а блок термоэлементов имеет верхнюю и нижнюю поверхности, на которых закреплены, соответственно, указанные емкость и радиатор, при этом рабочее вещество емкости имеет возможность испытывать фазовые переходы из одного агрегатного состояния в другое под воздействием изменений температуры окружающей среды в течение всего времени суток, генерировать тепло, поглощать и накапливать тепло окружающего пространства и солнечную радиацию. В качестве рабочего вещества емкости используют кристаллогидратную соль или смесь кристаллогидратных солей, имеющих разные температуры фазовых переходов. Блок управления выполнен с возможностью переключения направления, стабилизации и регулировки тока блока термоэлементов для зарядки аккумуляторной батареи, а также переключения работы блока термоэлементов на режим нагрева емкости, заполненной рабочим веществом. Устройство снабжено инвертором для питания потребителей электроэнергии переменного тока. Потребителем электроэнергии является холодильник накопительного типа (RU 134698, МПК H01J 45/00, F24J 2/42, опубл. 20.11.2013).Known thermoelectric autonomous power source containing a series-connected block of thermocouples, a control unit and a battery, according to this utility model, is equipped with a tank filled with a working substance and a radiator filled with a porous capillary substance, and the block of thermocouples has an upper and lower surface on which are fixed , respectively, the indicated tank and radiator, while the working substance of the tank has the ability to experience phase transitions from one aggregate state ence to another under the influence of ambient temperature changes during the day time, generate heat, absorb and store heat the surrounding space and solar radiation. As the working substance of the vessel, a crystalline hydrate salt or a mixture of crystalline hydrate salts having different phase transition temperatures is used. The control unit is configured to switch the direction, stabilize and adjust the current of the thermocouple block to charge the battery, as well as switch the operation of the thermocouple block to the heating mode of the tank filled with the working substance. The device is equipped with an inverter to power AC consumers. The consumer of electricity is a storage type refrigerator (RU 134698, IPC H01J 45/00, F24J 2/42, published on November 20, 2013).

Недостатком известного решения является большие массогабаритные показатели, а также необходимость в радиаторе, заполненным пористым капиллярным веществом.A disadvantage of the known solution is the large overall dimensions, as well as the need for a radiator filled with a porous capillary substance.

Известен термоэлектрический автономный источник питания, содержащий корпус, элементы Пельтье с электрическими выводами, установленные на наружной поверхности корпуса и соединенные между собой параллельно, или последовательно, или последовательно-параллельно. Внутри корпуса установлен изотопный или химический источник тепловой энергии. Электрические выводы соединены с накопителем энергии, а накопитель энергии соединен с потребителем энергии. Накопитель энергии выполнен в виде аккумуляторов, конденсаторов или ионисторов, соединенных последовательно, или параллельно или последовательно-параллельно. Накопитель энергии и элементы Пельтье установлены в общем корпусе (RU 27153, МПК E21B 47/00, опубл. 10.01.2003).Known thermoelectric autonomous power source containing a housing, Peltier elements with electrical leads mounted on the outer surface of the housing and interconnected in parallel, or in series, or in series and parallel. An isotopic or chemical source of thermal energy is installed inside the enclosure. The electrical leads are connected to the energy storage device, and the energy storage device is connected to the energy consumer. The energy storage device is made in the form of batteries, capacitors or ionistors connected in series, or in parallel or in series-in parallel. The energy storage device and Peltier elements are installed in a common housing (RU 27153, IPC E21B 47/00, publ. 10.01.2003).

Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных показателей, увеличении КПД и повышении комфортабельности при эксплуатации устройства, за счет определенного расположения элементов устройства, использования металлического корпуса с высокой теплопроводностью и охладителей воздушного типа. The technical result consists in reducing the overall dimensions, increasing the efficiency and increasing the comfort during operation of the device, due to the specific arrangement of the elements of the device, the use of a metal case with high thermal conductivity and air coolers.

Технический результат достигается тем, что малогабаритный термогенератор содержит металлический корпус, выполняющий функцию теплоприемника. К нижним внутренним боковым частям металлического корпуса через слой термопасты симметрично разъемно закреплены последовательно соединенные элементы Пельтье, сверху к которым разъемно присоединены охладители воздушного типа. В центре металлического корпуса разъемно закреплен блок накопления энергии. Все элементы устройства расположены внутри металлического корпуса.The technical result is achieved by the fact that the small-sized thermogenerator contains a metal housing that performs the function of a heat receiver. Through the thermal paste layer, sequentially connected Peltier elements are symmetrically detachably fixed to the lower inner side parts of the metal case, on top of which air-type coolers are detachably connected. In the center of the metal case, the energy storage unit is detachably fixed. All elements of the device are located inside the metal case.

На фиг. 1 представлен вид сбоку малогабаритного термогенератора, на фиг. 2 – вид сверху малогабаритного термогенератора, на фиг. 3 – электрическая схема малогабаритного термогенератора.In FIG. 1 is a side view of a small-sized thermogenerator; FIG. 2 is a top view of a small-sized thermogenerator; FIG. 3 - electrical diagram of a small-sized thermogenerator.

Малогабаритный термогенератор содержит корпус 1 прямоугольной формы в сечении из металла с высокой теплопроводностью (например, алюминий, железо и т.п.) толщиной 0,5-1 мм выполняющий функцию теплоприемника. В центре корпуса 1 закреплен блок накопления энергии 2 с помощью разъемного соединения, который представляет собой ионистор. К нижним внутренним боковым частям корпуса 1, через слой термопасты, симметрично разъемно закреплены последовательно соединенные, по меньшей мере, четыре элемента Пельтье 3. Блок накопления энергии 2 и элементы Пельтье 3 соединены между собой электрическими проводами (на фиг. не показаны). На элементах Пельтье 3 разъемно присоединены сверху охладители 4 воздушного типа. A small-sized thermogenerator contains a rectangular housing 1 in cross section made of metal with high thermal conductivity (for example, aluminum, iron, etc.) with a thickness of 0.5-1 mm that acts as a heat receiver. In the center of the housing 1, a power storage unit 2 is fixed using a detachable connection, which is an ionistor. At least four Peltier elements 3 are connected sequentially connected to the lower inner side parts of the housing 1 through a thermal paste layer symmetrically detachably. The energy storage unit 2 and the Peltier elements 3 are interconnected by electric wires (not shown in FIG.). On the Peltier elements 3 air coolers 4 are detachably connected from above.

Работа малогабаритного термогенератора заключается в следующем. Устройство крепят к части тела человека или животного (туловищу или конечности) при помощи ремешков из эластичного материала или плетеного паракорда. Корпус 1 устройства плотно прилегает к коже, обеспечивая высокую теплопроводность. Через корпус 1 тепло передается на элементы Пельтье 3. Вырабатываемая ими энергия для стабильной зарядки устройства по электрическим проводам сначала поступает на блок накопления энергии 2, а с него по электрическим проводам далее поступает на подключенное для зарядки устройство (например, электронные часы, фонарик, маломощный радиоприемник, электронный градусник, холодильник автоматический и т.п.). Вырабатываемая энергия элементами Пельтье 3 достаточна для эксплуатации маломощных устройств.The operation of a small-sized thermogenerator is as follows. The device is attached to a part of the body of a person or animal (trunk or extremities) using straps made of elastic material or braided paracord. The housing 1 of the device fits snugly to the skin, providing high thermal conductivity. Through the housing 1, heat is transferred to the Peltier elements 3. The energy they generate for stable charging of the device via electric wires is first supplied to energy storage unit 2, and then it is transferred via electric wires to the device connected for charging (for example, an electronic clock, a flashlight, low-power radio, electronic thermometer, automatic refrigerator, etc.). The generated energy by Peltier elements 3 is sufficient for the operation of low-power devices.

Независимость от традиционных источников энергии и удобная в эксплуатации и ношении конструкция позволяет использовать малогабаритный термогенератор в различных ситуациях. Это существенно расширяет сферу применения малогабаритного термогенератора по сравнению с известным техническим решением.Independence from traditional sources of energy and the design, convenient in operation and wearing, allows to use a small-sized thermogenerator in various situations. This significantly expands the scope of the small-sized thermogenerator in comparison with the known technical solution.

При использовании большего числа элементов Пельтье могут создаваться более мощные термогенераторы, но при этом увеличатся массогабаритные показатели.When using a larger number of Peltier elements, more powerful thermogenerators can be created, but at the same time the overall dimensions will increase.

По сравнению с известным техническим решением предлагаемое позволяет уменьшить массогабаритные показатели устройства, увеличить КПД и повысить комфортабельность при эксплуатации, за счет определенного расположения элементов устройства, использования металлического корпуса с высокой теплопроводностью и охладителей воздушного типа.Compared with the known technical solution, the proposed one allows to reduce the overall dimensions of the device, increase the efficiency and increase the comfort during operation, due to the specific arrangement of the elements of the device, the use of a metal case with high thermal conductivity and air coolers.

Claims

A small-sized thermogenerator containing a body that acts as a heat receiver, inside of which there are coolers, series-connected Peltier elements and an energy storage unit, characterized in that the Peltier elements are symmetrically detachably fixed to the lower inner side parts of the metal case through a thermal paste layer, on top of which coolers are detachably connected air type, and in the center of the metal casing the energy storage unit is detachably fixed.