ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, а именно к конструкции термоэлектрического генераторного модуля, используемого в качестве автономного источника электрической энергии.
Известен термоэлектрический генератор (см. патент №2529437, кл. С2, публ. 27.07.2014 г.), 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.
Недостатком указанного устройства является изменения выдаваемой мощности за счет сезонных колебаний температур окружающей среды.
Известен термоэлектрический генератор с повышенным КПД (см. патент №153776, кл. U1, публ. 27.07.2015 г.), включающий, теплоприемник, термобатарею, конструктивные элементы, находящиеся в тепловом сопряжении друг с другом, и средство отвода тепла, внутренняя полость которого содержит жидкий теплоноситель, температура кипения которого ниже температуры кипения воды в нормальных условиях, и выполнена со степенью вакуума, обеспечивающей создание искусственного понижения температуры кипения жидкого теплоносителя. Средство отвода тепла выполнено в виде тепловой трубы.
Недостатком указанного устройства является изменения выдаваемой мощности за счет сезонных колебаний температур окружающей среды и невозможность эффективного использования данного устройства в районах вечной мерзлоты.
Наиболее близким из известных технических решений является автономный малогабаритный термоэлектрический источник тока (см. патент №57969, кл. U1, публ. 27.10.2006 г. - прототип). Устройство включает установленную в корпусе частично заполненную жидким теплоносителем гравитационную тепловую трубу. Труба имеет нижнюю испарительную часть с теплоприемными оребренными трубками, размещенными в зоне нагрева теплоносителя, а также среднюю транспортную часть с зоной переноса теплоносителя и верхнюю конденсационную часть с зоной охлаждения теплоносителя, с размещенной на ее поверхности термоэлектрической батареей. Термоэлектрическая батарея имеет электрические соединения, подведенные к разъему для подключения потребителя, при этом между внутренней стенкой корпуса и наружной поверхностью термоэлектрической батареи выполнен трубчатый канал для циркуляции охлаждающей жидкости. Устройство, также, снабжено закрепленной между втулочной соединительной муфтой и конической концевой муфтой центральной полой колонной, установленной под нижним концом средней транспортной части гравитационной тепловой трубы. Конец тепловой трубы жестко соединен со свободной стороной соединительного отверстия соединительной муфтой, на боковой поверхности которой закреплен дополнительно введенный основной режекторный экран, имеющий форму диска с центральным посадочным отверстием, а над ним размещены дополнительные теплорассеивающие режекторные пластинчатые экраны, закрепленные на стержнях, консольно соединенных с дном корпуса, расположенным над упомянутыми экранами. При этом теплоприемные трубки выполнены в виде арок, ротондообразно размещенных вокруг упомянутой центральной колонны и соединенных верхними и нижними концами со сквозными отверстиями в боковых поверхностях соответствующих муфт, причем оребрение на теплоприемных трубках выполнено в виде нанизанных на них шайб.
Недостатком указанного устройства является изменения выдаваемой мощности за счет сезонных колебаний температур окружающей среды и невозможность эффективного использования данного устройства в районах вечной мерзлоты.
Технический эффект достигаемый предложенным термоэлектрическим генераторным модулем заключается в устранении изменения выдаваемой устройством мощности за счет исключения сезонных колебаний температур окружающей среды, также повышение эффективности использования данного устройства в районах вечной мерзлоты.
Данный технический эффект достигается в термоэлектрическом генераторном модуле содержащем установленный в корпусе частично заполненный жидким теплоносителем термосифон, имеющий теплоприемные трубки, размещенные в зоне нагрева теплоносителя, размещенную на поверхности термосифона термоэлектрическую батарею, имеющей электрические соединения, при этом для отвода тепла от термоэлектрической батареи используется тепловая труба, размещенная на противоположной поверхности термоэлектрической батареи, согласно полезной модели, тепловая труба для отвода тепла от термоэлектрической батареи погружена в грунт на глубину постоянной температуры этого грунта в месте использования. Погруженная в грунт часть тепловой трубы имеет продольные ребра.
Суть полезной модели поясняется фиг. 1, где изображен термоэлектрический генераторный модуль, содержащий установленный в корпусе частично заполненный жидким теплоносителем термосифон, имеющий теплоприемные трубки, размещенные в зоне нагрева теплоносителя, размещенную на поверхности термосифона термоэлектрическую батарею, имеющей электрические соединения, при этом для отвода тепла от термоэлектрической батареи используется тепловая труба, размещенная на противоположной поверхности термоэлектрической батареи, тепловая труба для отвода тепла от термоэлектрической батареи погружена в грунт на глубину постоянной температуры этого грунта в месте использования. Погруженная в грунт часть тепловой трубы имеет продольные ребра. В состав термоэлектрического генераторного модуля входят:
1 - частично заполненный жидким теплоносителем термосифон;
2 - теплоприемные трубки термосифона;
3 - зона нагрева теплоносителя;
4 - устройство нагрева теплоприемных трубок термосифона;
5 - конденсационная часть термосифона;
6 - термоэлектрические батареи с электрическими соединениями;
7 - тепловая труба, частично заполненная жидким теплоносителем;
8 - зона нагрева тепловой трубы;
9 - конденсационная часть тепловой трубы;
10 - грунт;
11 - продольные ребра тепловой трубы;
12 - пористое тело тепловой трубы;
L - глубина постоянной температуры грунта.
Конструктивно термоэлектрический генераторный модуль содержит частично заполненный жидким теплоносителем термосифон 1, имеющий теплоприемные трубки 2, расположенные в зоне нагрева 3, где также расположено устройства нагрева 4. На конденсационной части 5 термосифона 1 расположены три термоэлектрические батареи с электрическими соединениями 6, на которые с обратной стороны установлена тепловая труба 7 частично заполненная жидким теплоносителем. Тепловая труба 7 имеет зону нагрева 8, расположенную с внешней стороны термоэлектрических батарей с электрическими соединениями 6, и имеет зону конденсации 9. Зона конденсации 9 тепловой трубы 7 погружена на глубину постоянной температуры L в грунт 10, и имеет продольные ребра 11. По всей длине стенок тепловой трубы 7 имеется пористое тело 12.
Работа термоэлектрического генераторного модуля осуществляется следующим образом, теплоприемные трубки 2 нагреваются с помощью устройства нагрева 4, которое работает на любом виде органического топлива. Жидкий теплоноситель нагревается, переходит в газообразную фазу, поднимается вверх и конденсируется в конденсационной части термосифона, отдавая тепло термоэлектрическим батареям с электрическими соединениями 6. Термоэлектрические батареи с электрическими соединениями 6 охлаждаются с помощью тепловой трубы 7, которая прилегает к термоэлектрическим батареям с электрическими соединениями 6 с внешней стороны и имеет зону нагрева теплоносителя 8. Теплоноситель, нагреваясь в зоне нагрева 8 тепловой трубы 7, переходит в газообразную фазу и перемещается в зону конденсации 9 тепловой трубы 7. В зоне конденсации 9 теплоноситель тепловой трубы 7 охлаждается и переходит в жидкую фазу, под действием капиллярного эффекта теплоноситель по пористому телу 12 возвращается в зону нагрева 8 тепловой трубы 7. Зона конденсации 9 погружена в грунт 10 на глубину постоянной температуры грунта L, и для более эффективного теплообмена имеет продольные ребра 11. Тепловой поток проходит через термоэлектрические батареи с электрическими соединениями 6, создает на термоэлементах перепад температуры, за счет эффекта Зеебека генерируется термоЭДС и по электрическим соединениям, расположенным на термоэлектрических батареях (не показано) поступает полезная электрическая энергия.
Преимуществом приведенного термоэлектрического генераторного модуля является устранение изменений выдаваемой мощности за счет исключения сезонных колебаний температур окружающей среды, также повышение эффективности использования данного устройства в районах вечной мерзлоты.
Таким образом, реализация данной полезной модели приводит к повышению эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую энергию.