ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР АВТОМОБИЛЯ
THERMOELECTRIC AUTOMOTIVE ALTERNATOR

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использовано для обеспечения электрической энергией узлов системы электроснабжения автомобиля.
Известен термоэлектрический генератор [патент РФ №2305347 C1, H01L 35/30, 27.08.2007], содержащий теплоприемник, выполненный в виде монолитной теплообменной пластины переменного сечения. К теплоприемнику с помощью прижимного блока крепятся термоэлектрические батареи и радиаторы, установленные симметрично по рабочим сторонам теплоприемника. Прижимной блок выполнен в виде изогнутой шпильки, имеющей резьбу с обеих сторон, которая проходит через сквозные отверстия в основании радиаторов и в теплообменной пластине. Основание теплообменной пластины снабжено полуцилиндром, установленным так, что его продольная ось перпендикулярна вертикальной оси симметрии теплообменной пластины. Сквозное отверстие в теплообменной пластине под стяжную шпильку имеет прямоугольное сечение. Шпилька выполнена из материала с коэффициентом термического расширения меньшим, чем стягиваемые элементы конструкции генератора. Пластичный теплопереход между теплообменной пластиной и термобатареей выполнен в виде свинцовой фольги, плакированной оловом с двух сторон.
Недостатком данного термоэлектрического генератора являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью применения данного устройства для обеспечения электроэнергией узлов системы электроснабжения автомобиля, а также сложность его технической реализации.
Известен термогенератор [патент РФ №2113035 C1, H01L 35/28, 10.06.1998], содержащий n- и p-термоэлементы, которые тонко- или толстопленочной техникой нанесены на подложку. Для уменьшения общего сопротивления предусмотрены дополнительные слои и поверхности для контактирования, состоящие из металла или сплава, металлически растворимого с материалом p- и n-элементов.
Недостатком данной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью применения данного устройства для обеспечения электроэнергией узлов системы электроснабжения автомобиля.
Известен термоэлектрический генератор [заявка на патент РФ №2012130441, H01L 35/00, 27.01.2014], содержащий первый и второй металлические электроды, полупроводниковый материал, расположенный между указанными первым и вторым металлическими электродами и состоящий, как минимум, из одной области с одним типом проводимости и включающий, как минимум, один переход(ы), с потенциальным барьером(ми), содержащим(ми) в полупроводниковом материале область(и) пространственного заряда, обладающую(ие) электрическим полем и простирающуюся от первого вышеуказанного металлического электрода до второго вышеуказанного металлического электрода, а, по крайней мере, один из вышеуказанных металлических электродов образует с полупроводниковым материалом переход, не имеющий потенциального барьера.
Недостатком данного термоэлектрического генератора являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью применения данного устройства для обеспечения электроэнергией узлов системы электроснабжения автомобиля, а также сложность его технической реализации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является термоэлектрический генератор [патент РФ №2359363 C1, H01L 35/28, 20.06.2009], содержащий «горячий» и охлаждающий теплообменники, термоэлектрическую батарею, к которой примыкают теплообменники, и токоотводы. В качестве «горячего» теплообменника использован термосифон или тепловая труба, представляющие собой трубку с камерой для испарения рабочего тела на одном конце и с камерой его конденсации на другом. Термосифон снабжен преобразующим устройством, выполненным в виде корпуса, в котором установлен пакет, состоящий из камеры конденсации, к которой последовательно, по крайней мере, с одной стороны установлены, по крайней мере, одна термоэлектрическая батарея и, по крайней мере, один охлаждающий теплообменник, например радиатор конвективного теплообмена с воздухом.
Недостатком данного термоэлектрического генератора являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью применения данного устройства для обеспечения электроэнергией узлов системы электроснабжения автомобиля, сложность его технической реализации, наличие горячего теплообменника и принудительной системы охлаждения, что приводит к повышению массогабаритных показателей прототипа и к снижению его надежности.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей термоэлектрического генератора, благодаря его интеграции в систему отвода выхлопных газов автомобиля.
Техническим результатом является повышение надежности, минимизация количества узлов термоэлектрического генератора и его массогабаритных показателей, а также повышение КПД двигателя внутреннего сгорания автомобиля благодаря использованию тепловой энергии выхлопных газов.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в термоэлектрическом генераторе, содержащем "горячий" и охлаждающий теплообменники, термоэлектрическую батарею, к которой примыкают теплообменники, и токоотводы, согласно изобретению "горячий" и охлаждающий теплообменники выполнены в виде съемного цилиндра, в котором установлены n термоэлектрических батарей, соединенных последовательно, при этом съемный цилиндр выполнен с возможностью установки на внешнюю поверхность выхлопной трубы, к которой плотно прилегает внутренняя поверхность съемного цилиндра, а на внешней поверхности съемного цилиндра выполнены каналы охлаждения, причем токоотводы электрически соединены с системой электроснабжения автомобиля через полупроводниковый диод.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез термоэлектрического генератора автомобиля. На фиг. 2 изображен поперечный разрез термоэлектрического генератора автомобиля.
Предложенное устройство содержит автомобиль (не показан), в котором установлена выхлопная труба 1 (фиг. 1) с расположенной на ней съемным цилиндром 2, содержащим внешнюю 3 и внутреннюю 4 поверхности. В съемном цилиндре 2 установлены n термоэлектрических батарей 5, соединенных последовательно, при этом внешняя поверхность 6 выхлопной трубы 1 плотно прилегает к внутренней поверхности 4 съемного цилиндра 2, а на внешней поверхности 3 съемного цилиндра 2 выполнены каналы охлаждения 7 (фиг. 2), при этом токоотводы 8 от n термоэлектрических батарей 5, соединенных последовательно, электрически соединены через полупроводниковый диод 9 с системой электроснабжения автомобиля.
Предложенное устройство работает следующим образом. При работе двигателя автомобиля из системы отвода выхлопных газов через выхлопную трубу 1 отводятся нагретые выхлопные газы, которые нагревают внутреннюю поверхность 4 съемного цилиндра 2, при этом потоки воздуха, возникающие при движения автомобиля, протекая по внешней поверхности 3 съемного цилиндра 2, попадают в каналы охлаждения 7, охлаждая тем самым внешнюю поверхность 3 съемного цилиндра 2. Таким образом создается разность температур между внутренней поверхностью 4 и внешней поверхностью 3 съемного цилиндра 2, в котором установлены n термоэлектрических батарей 5, соединенных последовательно. Ввиду чего по токоотводам 8 начинает протекать через полупроводниковый диод 9 электрическая энергия в систему электроснабжения автомобиля.
Таким образом, расширяются функциональные возможности термоэлектрического генератора, благодаря его интеграции в систему отвода выхлопных газов автомобиля.
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность, минимизировать количество узлов термоэлектрического генератора и его массогабаритные показатели, а также повысить КПД двигателя внутреннего сгорания автомобиля, благодаря использованию тепловой энергии выхлопных газов.