Универсальная термоэлектрическая приставка
UNIVERSAL THERMOELECTRIC ATTACHMENT

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к системам тепло– и электроснабжения жилых, общественных и промышленных зданий.
Известен комплексный электрогенерирующий отопительный прибор, содержащий две трубы верхнего и нижнего коллекторов, связывающие их вертикальные трубы овального сечения, фронтальный и тыльный ряды вертикальных пластин прямоугольной формы, расположенных напротив вертикальных труб, закрывая их по всей их высоте, снабженных вертикальными щелями, высота которых равна длине вертикальных труб, в каждую из которых вставлен вертикальный прямоугольный термоэлектрический преобразователь (термоэлектрическая секция), выполненный из материала с высокой теплопроводностью и присоединенный тыльным торцом своего корпуса к стенке вертикальной трубы, в массиве которого помещены термоэлектрические элементы, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой таким образом, что сами проволочные отрезки расположены параллельны друг другу, образуя П–образные ряды, которые соединены между собой, выходными коллекторами, соединенными с накопительным блоком [Патент РФ №2630069, H05 B1/00, F24 D13/04, F24 H3/12, F28 F13/16, 2017].
Основными недостатками известного устройства являются выполнение вертикальных труб овального сечения, сложная конструкция термоэлектрических преобразователей, недостаточная  площадь контакта горячих спаев термоэлектрических элементов с горячей поверхностью отопительного прибора и невозможность его использования в других конструкциях источника тепла, что снижает надежность и эффективность устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению является электрогенерирующий отопительный прибор, содержащий две трубы верхнего и нижнего коллекторов, вертикальные трубы круглого сечения, связывающие полости верхнего и нижнего коллекторов по всей их длине прижатые к фронтальной и тыльной поверхности вертикальных труб вертикальные термоэлектрические секции, каждая из которых состоит из вертикальной П–образной опорной рамки, вертикальных торцы которой выполнены с двумя резьбовыми отверстиями, снабженной на продольных торцах вертикальными фланцами, концы которых выполнены с крепежными отверстиями, через которые пропущены стягивающие болты, на наружную поверхность каждой П–образной опорной рамки уложены n плоских элементов Пелтье (плоских термоэлектрических элементов), соединенных токовыводами с одноименными выходными коллекторами, причем на наружную поверхность элементов Пелтье (плоских термоэлектрических элементов) каждой П–образной опорной рамки термоэлектрической секции наложены радиаторы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, представляющие собой вертикальные прямоугольные каналы с вертикальными внутренними перегородками, наружной стороной, выполненной с вертикальными прорезями (отверстиями), снабженные на торцах двумя проходными отверстиями и прижатые к наружной поверхности элементов Пелтье (плоских термоэлектрических элементов) крепежными болтами, полости между вертикальными трубами и П–образными опорными рамками заполнены кварцевым песком, а выходные коллекторы соединены с накопительным блоком [Патент РФ №2710210, H05 B1/00, F24 D13/04, F24 H3/12, F28 F13/16, 2019].
Основными недостатками известного устройства являются П–образная форма опорных рамок и заполнение полостей между ними кварцевым песком, что усложняет конструкцию и эксплуатацию устройства, недостаточная площадь контакта термоэлектрических элементов с горячей поверхностью отопительного прибора и горячим воздухом и невозможность его использования в других конструкциях источника тепла, что снижает надежность и эффективность устройства.
Технической задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности универсальной термоэлектрической приставки.
Техническая задача решается универсальной термоэлектрической приставкой (УТЭП), включающей вертикальный, отбортованный с боковых сторон, контактный лист, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, к внутренней стороне которого прижата установочная решетка, также выполненная из материала с высокой теплопроводностью, с прямоугольными отверстиями, в которые вложены плоские термоэлектрические элементы, прижатые к внутренней поверхности вышеупомянутого листа, каждый вертикальный ряд которых образует термоэлектрические секции, причем на каждую термоэлектрическую  секцию снаружи наложен радиатор, выполненный в форме тавра из материала с высокой теплопроводностью, верхние кромки контактного листа выполнены с резьбовыми отверстиями, верхние и нижние кромки установочной решетки и радиаторов выполнены с крепежными отверстиями, через которые пропущены крепежные болты, на наружные кромки радиаторов и кромки бортов наружного листа наложен наружный перфорированный лист, перфорация которого выполнена в форме вертикальных прямоугольных отверстий, расположенных между радиаторами, прикрепленный к бортовым кромкам контактного листа, а плоские термоэлектрические элементы соединены токовыводами с одноименными выходными коллекторами, которые соединены с накопительным блоком.
На фиг. 1–6 представлена универсальная термоэлектрическая приставка (УТЭП): фиг. 1– общий вид УТЭП; фиг. 2–6– основные узлы и разрезы УТЭП.
Предлагаемая универсальная термоэлектрическая приставка (УТЭП) включает вертикальный, отбортованный с боковых сторон, контактный лист 1, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, к внутренней стороне которого прижата установочная решетка 2, также выполненная из материала с высокой теплопроводностью, с прямоугольными отверстиями 3, в которые вложены плоские термоэлектрические элементы 4, прижатые к внутренней поверхности контактного листа 1, каждый вертикальный ряд которых образует термоэлектрические секции (ТЭС) 5, причем на каждую ТЭС 5 снаружи наложен радиатор 6, выполненный в форме тавра из материала с высокой теплопроводностью, верхние и нижние кромки листа 1 выполнены с резьбовыми отверстиями (на фиг. 1–6 не показаны), верхние и нижние кромки установочной решетки 2 и радиаторов 6 выполнены с крепежными отверстиями 7, через которые пропущены крепежные болты 8, на наружные кромки радиаторов 6 и кромки бортов контактного листа 1 наложен наружный перфорированный лист 9, перфорация которого выполнена в форме вертикальных прямоугольных отверстий 10, расположенных между радиаторами 6, прикрепленный к контактному листу 1 (узлы крепления листа 9 к листу 1 на фиг. 1–6 не показаны), а плоские термоэлектрические элементы 4 соединены токовыводами 11, 12 с одноименными выходными коллекторами 13 и 14, которые соединены с накопительным блоком (на фиг. 1–6 не показан).
Г
Г
С,
Г
Г
С
УТЭП работает следующим образом. Количество ТЭС 5, входящих в него, определяется в зависимости от его тепловой мощности, его размеров и параметров теплового источника 15. Сборку УТЭП осуществляют перед его использованием, после чего токовыводы 11 и 12 всех плоских термоэлектрических элементов 4 соединяют электропроводкой через коллекторы одноименных зарядов 13 и 14 с накопительным блоком и потребителем (на фиг.1–6 не показаны). При контакте наружной поверхности контактного листа 1 с горячей поверхностью источника тепла 15 с температурой t происходит нагрев листа 1, выполненного из материала с высокой теплопроводностью, в связи с чем и на его поверхности устанавливается практически та же температура t, за счет чего происходит равномерный нагрев внутренней поверхности термоэлектрических элементов 4, прижатых к внутренней поверхности листа 1. Так как наружная поверхность термоэлектрических элементов 4 покрыта радиаторами 6, а в помещении температура воздуха значительно ниже и равна t создается значительная разность температур между температурой наружной поверхности горячей поверхности теплового источника 15 t и температурой воздуха (t- t), в результате чего между ними происходит процесс теплообмена. При этом, происходит быстрый нагрев зоны нагрева термоэлектрических элементов 4 и одновременное быстрое охлаждение их наружной поверхности за счет контакта радиаторов 6, высокой теплопроводности их материала, канальной конструкции УТЭП с внутренними перегородками и щелями 10 и плотного контакта радиаторов 6 с наружной поверхностью термоэлектрических элементов  4 [И. Н. Сушкин. Теплотехника. – М.: «Металлургия», 1973, с. 195–198]. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения в термоэлектрических элементах 4 вызывает в них эмиссию электронов и возникновение в них термоэлектричества, которое суммируется в ТЭС 5. [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506]. Полученное термоэлектричество каждой ТЭС 5 через коллекторы 13, 14 поступает в накопительный блок и потребителю (на фиг.1–6 не показаны).
Аналогично происходит процесс генерации термоэлектричества при нагреве контактного листа 1  солнечными лучами или горячими газами. Необходимым условием для проведения такого процесса является  одновременное охлаждение радиаторов 6. При этом положение УТЭП может быть самым различным (вертикальным горизонтальным, наклонным).
Г
С
Г
С
Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 13, 14 зависит от разности температур (t– t), количества и характеристик термоэлектрических элементов 4 в ТЭС 5, их числа в УТЭП. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от времени контакта и величины разности температур (t– t) регулируют и аккумулируют в накопительном блоке. Полученное электричество используется, например, для освещения и работы бытовых приборов (на фиг. 1-6 не показаны).
Таким образом, предлагаемая универсальная термоэлектрическая приставка за счет использования плоских термоэлектрических элементов, конструкции и свойств радиаторов, образующих воздушные каналы, формы корпуса обеспечивает получение электрической энергии при наличии различных источников тепла (отопительных приборов, горячих стенок различных устройств, солнечных лучей, горячих газов и пр.), а конструкция термоэлектрических секций позволяет оперативно заменять вышедшие из строя термоэлектрические элементы и ТЭС что повышает ее надежность и эффективность.