UA151672U

UA151672U - Thermoelectric generator

Info

Publication number: UA151672U
Application number: UAU202201328U
Authority: UA
Inventors: Юрій Миколайович Лобунець; Юрий Николаевич Лобунец; Олексій Володимирович Зур'ян
Original assignee: Юрій Миколайович Лобунець; Юрий Николаевич Лобунец; Олексій Володимирович Зур'ян
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2022-08-25

Abstract

The thermoelectric generator contains thermoelectric modules, a cold heat exchanger in the form of a liquid vessel, and a hot heat exchanger. The hot heat exchanger is made in the form of a steam chamber (thermosyphon), the surface of which exceeds the surface of the thermoelectric modules. The ratio of the size of the surface of the thermosyphon and thermoelectric modules is selected in proportion to the thermal resistances on the cold and hot sides of the modules.

Description

Корисна модель належить до сфери прямого перетворення теплової енергії в електричну та може бути використана в термоелектричних генераторах для автономного живлення різноманітних мобільних пристроїв, таких як радіоприймачі, мобільні телефони, ОР5 приймачі, інша малопотужна електронна апаратура та локальне освітлення.The useful model belongs to the field of direct conversion of thermal energy into electrical energy and can be used in thermoelectric generators for autonomous powering of various mobile devices, such as radios, mobile phones, ОР5 receivers, other low-power electronic equipment and local lighting.

Відомий термоелектричний генератор (1), у якому генератор містить "гарячий" та "холодний" теплообмінники, термоелектричну батарею та струмовідводи. Як "гарячий" теплообмінник використано термосифон або теплову трубу, з камерою для випаровування робочого тіла на одному кінці і з камерою конденсації на іншому. Термоелектричний перетворювач виконано у вигляді корпусу, в якому з боку камери конденсації встановлена термоелектрична батарея і принаймні один теплообмінник, наприклад радіатор конвективного теплообміну з повітрям.A thermoelectric generator (1) is known, in which the generator contains "hot" and "cold" heat exchangers, a thermoelectric battery and current collectors. A thermosiphon or heat pipe is used as a "hot" heat exchanger, with a chamber for evaporation of the working medium at one end and a condensation chamber at the other. The thermoelectric converter is made in the form of a case, in which a thermoelectric battery and at least one heat exchanger, for example, a radiator of convective heat exchange with air, is installed on the side of the condensation chamber.

Основним недоліком відомого пристрою |1| є низька ефективність системи відведення та розсіювання тепла та як наслідок низький коефіцієнт корисної дії термоелектричного генератора.The main drawback of the known device |1| there is a low efficiency of the heat removal and dissipation system and, as a result, a low efficiency of the thermoelectric generator.

Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі за технічною суттю є термоелектричний генератор |2)|, який містить холодний теплообмінник, виконаний у вигляді посудини для рідини з потовщеним дном та гарячий теплообмінник у вигляді масивної плити, до яких через електроїзолятори примикають теплообмінники, елементи притиску теплообмінників до термоелектричних батарей та струмовідводи.The closest analogue to the proposed useful model in terms of technical essence is a thermoelectric generator |2)|, which contains a cold heat exchanger made in the form of a vessel for liquid with a thickened bottom and a hot heat exchanger in the form of a massive plate, to which heat exchangers, pressure elements of heat exchangers are connected through electrical insulators to thermoelectric batteries and current drain.

Основним недоліком пристрою |2| є відсутність можливості підтримання стабільного теплового потоку через термоелектричні модулі, внаслідок чого термоелектричний генератор має невисоку надійність та нестабільні параметри по напрузі на виході з пристрою.The main disadvantage of the device |2| there is no possibility of maintaining a stable heat flow through thermoelectric modules, as a result of which the thermoelectric generator has low reliability and unstable voltage parameters at the output of the device.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення термоелектричного генератора, що дозволить забезпечити можливість реалізації високоефективного пристрою отримання електричної енергії, який був би автономним та максимально простим при використанні, мав високий коефіцієнт корисної дії та стабільні параметри по напрузі на виході з пристрою, при цьому мінімально вразливим до механічних ушкоджень.The useful model is based on the task of creating a thermoelectric generator, which will allow for the possibility of implementing a highly efficient device for obtaining electrical energy, which would be autonomous and as simple as possible to use, have a high efficiency and stable parameters in terms of voltage at the output of the device, while being minimally vulnerable to mechanical damage.

Поставлена задача вирішується тим, що у термоелектричному генераторі, який містить термоелектричні модулі, холодний теплообмінник, виконаний у вигляді посудини для рідини, та гарячий теплообмінник, згідно з корисною моделлю, гарячий теплообмінник виконано у виглядіThe problem is solved by the fact that in a thermoelectric generator, which contains thermoelectric modules, a cold heat exchanger made in the form of a liquid vessel and a hot heat exchanger, according to a useful model, the hot heat exchanger is made in the form

Зо парової камери (термосифону), поверхня якої перевищує поверхню термоелектричних модулів, причому співвідношення розмірів поверхні термосифону та термоелектричних модулів вибирається пропорційно термічним опорам на холодній та гарячій сторонах модулів.From the steam chamber (thermo-siphon), the surface of which exceeds the surface of the thermoelectric modules, and the ratio of the surface sizes of the thermo-siphon and thermo-electric modules is chosen in proportion to the thermal resistances on the cold and hot sides of the modules.

Завдяки використанню герметично закритої парової камери (термосифону), частково заповненої теплоносієм (водою або іншою рідиною, температура кипіння якої під тиском становить від 150 до 200"С), є можливість підтримувати стабільну температуру термоелементів за рахунок встановлення необхідної рівноваги в процесах теплообміну на поверхнях парової камери. Це досягається завдяки тому, що доза заправки парової камери розраховується таким чином, що при досягненні заданого тиску й температури в камері весь теплоносій випаровується й встановлюється рівновага в процесах випаровування/конденсації теплоносія, що обмежує тепловий потік скрізь термоелектричні модулі й стабілізує робочу температуру термоелектричного генератора. Надлишок теплової енергії, що надходить від джерела, відводиться випромінюванням за рахунок підвищення температури теплосприймаючої поверхні парової камери.Thanks to the use of a hermetically sealed steam chamber (thermo-syphon), partially filled with a heat carrier (water or another liquid whose boiling point under pressure is from 150 to 200 "C), it is possible to maintain a stable temperature of the thermoelements by establishing the necessary balance in the heat exchange processes on the surfaces of the steam This is achieved due to the fact that the charging dose of the steam chamber is calculated in such a way that when the set pressure and temperature in the chamber are reached, the entire coolant evaporates and equilibrium is established in the evaporation/condensation processes of the coolant, which limits the heat flow throughout the thermoelectric modules and stabilizes the operating temperature of the thermoelectric The surplus of thermal energy coming from the source is dissipated by radiation due to the increase in the temperature of the heat-receiving surface of the steam chamber.

Використання як охолоджуючого радіатора відкритої ємкості заповненої водою, температура кипіння якої дорівнює 100 С, що забезпечує стабільну різницю температур на сторонах термоелектричних модулів, й стабільні параметри на виході з термоелектричного генератора.The use of an open container filled with water, the boiling temperature of which is equal to 100 C, as a cooling radiator, which ensures a stable temperature difference on the sides of the thermoelectric modules, and stable parameters at the output of the thermoelectric generator.

Також, завдяки використанню цільного металевого корпусу, в якому знаходяться усі елементи термоелектричного генератора, забезпечується мінімальна вразливість до механічних ушкоджень генератора.Also, thanks to the use of a solid metal case, in which all the elements of the thermoelectric generator are located, minimal vulnerability to mechanical damage of the generator is ensured.

Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображено загальний вигляд та конструктивні особливості запропонованої корисної моделі - термоелектричного генератора.The useful model is explained by the drawing, which shows the general appearance and structural features of the proposed useful model - a thermoelectric generator.

Термоелектричний генератор містить корпус 1, поділений на дві частини теплоізоляційною пластиною 2, в якому розміщені термоелектричні модулі 3, які одною стороною функціонально пов'язані з паровою камерою 4 з боку джерела тепла, а другою стороною функціонально пов'язані з відкритою ємкістю 5, заповненою водою, крім того термоелектричні модулі 3, поєднані між собою та функціонально пов'язані із контактами б, для підключення споживачів електричної енергії.The thermoelectric generator contains a housing 1, divided into two parts by a heat-insulating plate 2, in which thermoelectric modules 3 are placed, which are functionally connected on one side to the steam chamber 4 on the side of the heat source, and on the other side are functionally connected to the open container 5, filled water, in addition, thermoelectric modules 3 are interconnected and functionally connected with contacts b, for connecting consumers of electrical energy.

Термоелектричний генератор працює наступним чином:The thermoelectric generator works as follows:

У відкриту ємкість, термоелектричного генератора наливають воду, а сам термоелектричний бо генератор ставиться на джерело теплової енергії. Теплоносій (вода або інша рідина, що має температуру кипіння під тиском від 150 до 200") у паровій камері 4, кипить, пари конденсуються на поверхні термоелектричних модулів 3, проходить через них, нагріваючи воду, налиту у відкриту ємкість 5. Стабільна різниця температур між спаями термоелементів підтримується за рахунок встановлення необхідної рівноваги в процесах теплообміну на поверхнях модулів. Це досягається завдяки тому, що доза заправки парової камери розраховується таким чином, що при досягненні заданого тиску й температури в камері весь теплоносій випаровується і встановлюється рівновага в процесах випаровування/конденсації теплоносія, що обмежує тепловий потік скрізь термоелектричні модулі й стабілізує робочу температуру термоелектричного генератора. Надлишок теплової енергії, що надходить від джерела, відводиться випромінюванням за рахунок підвищення температури теплосприймаючої поверхні парової камери. Співвідношення розмірів поверхні термосифону та термоелектричних модулів обирається пропорційно термічним опорам на холодній та гарячій сторонах модулів, що забезпечує рівновагу теплових потоків у заданому інтервалі температур. Внаслідок стабільної різниці температур між протилежними сторонами термоелектричних модулів 3, генерується електричний струм необхідної сили та напруги, який знімається з контактів 6, споживачами електричної енергії.Water is poured into the open container of the thermoelectric generator, and the thermoelectric generator itself is connected to a source of thermal energy. The heat carrier (water or other liquid with a boiling point under pressure from 150 to 200") in the steam chamber 4 boils, the vapors condense on the surface of the thermoelectric modules 3, passes through them, heating the water poured into the open container 5. Stable temperature difference between the junctions of the thermocouples is maintained by establishing the necessary equilibrium in the heat exchange processes on the surfaces of the modules. This is achieved due to the fact that the filling dose of the steam chamber is calculated in such a way that when the specified pressure and temperature in the chamber are reached, the entire coolant evaporates and equilibrium is established in the evaporation/condensation processes the heat carrier that limits the heat flow throughout the thermoelectric modules and stabilizes the operating temperature of the thermoelectric generator. The excess heat energy coming from the source is dissipated by radiation due to the increase in the temperature of the heat-receiving surface of the steam chamber. The ratio of the surface sizes of the thermosyphon and thermoelectric modules is chosen in proportion to the thermal resistances on the cold and hot sides of the modules, which ensures the balance of heat flows in the given temperature range. As a result of the stable temperature difference between the opposite sides of the thermoelectric modules 3, an electric current of the necessary strength and voltage is generated, which is removed from the contacts 6 by consumers of electric energy.

Запропонований малогабаритний пристрій отримання електричної енергії в польових умовах є автономним та максимально простим при використанні, має високий коефіцієнт корисної дії та стабільні параметри по напрузі на виході з пристрою, забезпечує мінімальну вразливість до механічних ушкоджень, та може успішно використовуватись для живлення різноманітної електронної техніки.The proposed small-sized device for obtaining electric energy in the field is autonomous and as simple as possible to use, has a high efficiency and stable parameters in terms of voltage at the output of the device, ensures minimal vulnerability to mechanical damage, and can be successfully used to power various electronic equipment.

Джерела інформації: 1. Патент КО 2359363 С1, НОТІ. 35/28 2. Патент О5 3082276 (А), НОТІ 35/00 (ЕР).Sources of information: 1. Patent KO 2359363 C1, NOTI. 35/28 2. Patent O5 3082276 (A), NOTI 35/00 (ER).

Claims

FORMULA OF A USEFUL MODEL A thermoelectric generator containing thermoelectric modules, a cold heat exchanger made in the form of a vessel for liquid and a hot heat exchanger, which differs in that the hot heat exchanger is made in the form of a steam chamber (thermosiphon), the surface of which exceeds the surface of the thermoelectric modules, and the ratio the size of the surface of the thermosyphon and thermoelectric modules is chosen in proportion to the thermal resistances on the cold and hot sides of the modules.