УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ТРАНСФОРМАТОРА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

Полезная модель относится к электротехнике и энергетике, может быть использована для выработки электрической энергии с использованием тепла выделяемого при работе трансформатора. [H01L 35/00]
Из уровня техники известен способ использования тепла трансформатора реализованный в УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛА ТРАНСФОРМАТОРА [RU 158960 U1, опубл.: 20.01.2016 г.], в котором через бак трансформатора и греющую сторону теплообменника по контуру прокачивают теплоноситель первого контура, а по контуру через обогреваемую сторону теплообменника и испаритель теплового насоса прокачивают теплоноситель второго контура, передают тепло от греющей стороны теплообменника к обогреваемой стороне, нагревают теплоноситель второго контура, циркулирующий через испаритель теплового насоса, при этом во внутреннем трубопроводном контуре теплового насоса теплоноситель второго контура при соответствующем давлении доводят до кипения и подают в компрессор, сжимаются им, нагревают при сжатии и выталкивают в конденсатор, в котором охлаждают водой отопительного контура до жидкого состояния, и через дроссель, обеспечивающий перепад давления, подают в испаритель, где снова переводят в газовую фазу, нагревая до кипения теплоносителем контура. Недостатком аналога является низкий КПД трансформатора, обусловленный необходимостью использования дополнительных источников энергии для работы насосов подачи теплоносителей первого и второго контуров.
Наиболее близким по технической сущности является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛЯНОГО ТРАНСФОРМАТОРА [RU 172184 U1, опубл.: 30.06.2017 г.], содержащее металлический бак с крышкой и дном, выполненный расширенным в нижней части с образованием по периметру бака над дном горизонтальной площадки с отверстиями, в которых равномерно по периметру бака закреплены теплообменники, выполненные в виде вертикальных тепловых труб с зонами нагрева и охлаждения, отличающееся тем, что в зоне охлаждения по периметру тепловых труб квадратного или прямоугольного сечения установлены термоэлектрические преобразователи, прикрепленные холодной стороной к тепловым трубам, а для отвода тепла в окружающую среду с нагретой стороны термоэлектрических преобразователей установлены теплоотводящие ребра.
Основной технической проблемой прототипа является использование тепловых труб для переноса тепла в зону охлаждения к термоэлектрическим преобразователям, что обуславливает дополнительные потери тепла от излучения нагретыми поверхностями тепловых труб в окружающую среду от участков, на которых не установлены термоэлектрические нагреватели, что обуславливает невысокий КПД трансформатора.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является увеличение КПД трансформатора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию, содержащее термоэлектрические генераторы, отличающееся тем, что термоэлектрические генераторы выполнены в виде TEG-пластин на основе полупроводниковых термоэлектрических материалов, которые покрыты термоинтерфейсом и смонтированы на монтажной пластине так, что электрические выводы термоэлектрических генераторов в монтажной пластине соединены в единую электрическую цепь, при этом в различные участки данной электрической цепи вмонтированы токосъемные электроды.
В частности, с противоположной стороны монтажной пластины относительного термоэлектрических генераторов выполнены теплоотводящие ребра. В частности, к токосъемным электродам монтажной пластины подключен преобразователь напряжения, к выходу которого подключен потребитель электрической энергии.
В частности, к управляющим входам трансформатора и к токосъемным электродам монтажной пластины подключен контроллер температурного режима, который выполнен с возможностью поддержания необходимого температурного режима трансформатора и термоэлектрических генераторов.
В частности, монтажная пластина выполнена из материала с высокой теплопроводностью.
В частности, преобразователь напряжения выполнен в виде DC/AC-преобразователя. В частности, содержит пружины, выполненные с возможностью фиксации между монтажной пластиной и соседним радиатором.
В частности, содержит пружины, выполненные с возможностью фиксации между двумя монтажными пластинами, прилегающими к смежным радиаторам охлаждения трансформатора.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 показан общий вид устройства для преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию.
На фиг. 2 показан общий вид устройства для преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию с теплоотводящими ребрами на монтажной пластине.
На фиг. 3 показан вид сбоку крепления монтажной пластины на пластинчатом радиаторе трансформатора с помощью удерживающих скоб.
На фиг. 4 показан вид сбоку крепления монтажной пластины на пластинчатом радиаторе трансформатора с помощью пружин.
На фиг. 5 показан вид сбоку крепления пары монтажных пластин с термоэлектрическими генераторами между пластинчатыми радиаторами трансформатора с помощью пружин.
На фиг. 6 схематично показана блок-система устройства для преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию.
На фигурах обозначено: 1 - термоэлектрические генераторы, 2 - монтажная пластина, 3 - теплоотводящие ребра, 4 - пластинчатые радиаторы, 5 - скобы, 6 - пружины, 7 - трансформатор, 8 - преобразователь напряжения, 9 - потребитель электрической энергии, 10 - контроллер.
Осуществление полезной модели.
Устройство преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию содержит термоэлектрические генераторы 1 (см. Фиг. 1), выполненные в виде TEG-пластин на основе полупроводниковых термоэлектрических материалов, которые смонтированы на монтажной пластине 2. В монтажной пластине 2 электрические выводы термоэлектрических генераторов 1 соединены в электрическую цепь, при этом в различные участки данной электрической цепи вмонтированы токосъемные электроды, выполненные с возможностью выбора количества термоэлектрических генераторов 1, которые составляют электрическую сеть между токосъемных электродов.
В одном из вариантов реализации заявленного решения с противоположной стороны монтажной пластины 2 относительного термоэлектрических генераторов 1 могут быть выполнены теплоотводящие ребра 3 (см. Фиг. 2).
В рабочем состоянии монтажная пластина 2 с термоэлектрическими генераторами 1 расположена между пластинчатыми радиаторами 4 трансформатора 7, при этом по одному варианту реализации крепления монтажная пластина 2 удерживается на пластинчатом радиаторе 4 за счет упругого усилия сжимающих скоб 5 (см. Фиг. 3). По другому варианту реализации крепления монтажная пластина 2 удерживается на пластинчатом радиаторе 4 за счет упругого усилия пружин 6 (см. Фиг. 4 и Фиг. 5), расположенных со стороны монтажной пластины 2, противоположной стороне размещения термоэлектрических генераторов 1.
К токосъемным электродам пластины 2 подключен преобразователь напряжения, к выходу которого подключен потребитель электрической энергии 9. К управляемым входам трансформатора 7 и к токосъемным электродам пластины 2 подключен контроллер 10 температурного режима.
Устройство преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию собирают и монтируют следующим образом.
На поверхность термоэлектрических генераторов 1 наносят термоинтерфейс (на фигурах не показан), затем монтируют их на монтажной пластине 2, при этом электрические выводы термоэлектрических генераторов 1 сопрягают с проводниками электрической цепи монтажной пластины 2. После чего монтажную пластину 2 с термоэлектрическими генераторами 2 закрепляют на пластинчатом радиаторе 4 трансформатора 7 таким образом, чтобы термоэлектрические генераторы 1 с нанесенным на них термоинтерфейсом плотно прилегали к пластинчатому радиатору 4. После чего к токосъемным электродам монтажной пластины 2 подключают последовательно преобразователь напряжения 8 и потребителя 9, при этом к управляющим входам трансформатора 7 и токосъемным электродам пластины 2 подключают контроллер 10.
Удержание монтажной пластины 2 с термоэлектрическими генераторами 1 по первому варианту реализации обеспечивают за счет скоб 5, смонтированных по периметру монтажной пластины 2 и пластинчатого радиатора (см. Фиг. 3). По второму варианту реализации удержание монтажной пластины 2 с термоэлектрическими генераторами 1 на пластинчатом радиаторе 4 обеспечивают за счет упругого усилия пружин 6, при этом пружины 6 можно располагать между монтажной пластиной 2 и соседним радиатором 4 (см. Фиг. 4) или между 2 монтажными пластинами 2, прилегающих к смежным радиаторам 4 (см. Фиг. 5).
Устройство преобразования тепловой энергии трансформатора в электрическую энергию используют следующим образом.
После включения трансформатора 7, тепло от пластинчатого радиатора 4 через термоинтерфейс передается на поверхность термоэлектрических генераторов 1, в каждом из которых между их выводами создается объемная термо-ЭДС. Для увеличения ЭДС противоположную сторону монтажной пластины 2 охлаждают, при этом охлаждение в зависимости от тепловой нагрузки выполняют путем увеличения площади охлаждаемой поверхности с помощью теплоотводящих ребер 3 или с помощью системы принудительного охлаждения (на фигурах не показана). Под действием ЭДС внутри полупроводникового материала термоэлектрических генераторов 1 возникает электрический ток, а между выводами возникает разность потенциалов, которую снимают с токосъемных электродов. В зависимости от количества термоэлектрических генераторов 1 и способом их соединения в цепи между токосъемных контактов варьируют значение выходного напряжения и тока. Напряжение с токосъемных контактов подают на вход преобразователя напряжения 8 (см. Фиг. 6), в котором преобразуют напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, и/или величину напряжения и передают с выхода преобразователя напряжения 8 потребителю 9. Потребителем может являться как сама система охлаждения трансформатора и автотрансформатора, так и сторонние потребители, участвующие в технологическом процессе электроподстанций и станций. Для поддержания температурного режима трансформатора 7 и термоэлектрических генераторов 1 контроллер 10 следит за температурой масла, температурой радиатора охлаждения 4 и температурой охлаждаемых поверхностей термоэлектрических генераторов 1 и при необходимости выводит устройство на аварийный режим и тепловое шунтирование для исключения перегрева. Заявленный технический результат достигается за счет использования термоэлектрических генераторов 1, покрытых термоинтерфейсом и плотно прилегающих к пластинчатому радиатору 4 трансформатора 7.
Таким образом, использование заявленного технического решения позволяет эффективно преобразовывать тепло, выделяемое трансформатором в электрическую энергию и тем самым увеличить КПД трансформатора, при этом использование набора токосъемных электродов позволяет регулировать охлаждающую способность термоэлектрических генераторов 1 и изменять КПД.