УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую относится к теплоэнергетике и позволяет генерировать электрическую энергию при помощи сегнетоэлектрического конденсатора, используя тепловую энергию окружающей среды.
Известно устройство обогрева и охлаждения теплотой окружающей среды на основе явлений самоорганизации (см. патент на изобретение №2326289 опубл. 10.06.2008), содержащее пусковой аккумулятор электрической энергии, соединенный через электрический коммутатор с емкостным конвертером теплоты.
Недостатками такой системы являются:
1) недостаточная эффективность преобразования тепловой энергии вследствие неиспользования явления охлаждения сегнетоэлектрического конденсатора, входящего в состав емкостного конвертера теплоты.
2) возможность использования только для обогрева и охлаждения. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение эффективности преобразования тепловой энергии и расширение области применения устройства.
Такой технический результат достигается тем, что устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую, содержащее пусковой аккумулятор электрической энергии, соединенный через электрический коммутатор со входом емкостного конвертера теплоты, дополнительно снабжено выпрямителем и термоэлектрическим преобразователем с нагреваемой и охлаждаемой поверхностями, при этом охлаждаемая поверхность термоэлектрического преобразователя установлена рядом с емкостным конвертером теплоты, а нагреваемая поверхность обращена в окружающее пространство, выход емкостного конвертера теплоты через электрический коммутатор подключен ко входу выпрямителя, выход которого последовательно соединен с выходом термоэлектрического преобразователя.
На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для преобразования тепловой энергии в электрическую.
Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую, содержит пусковой аккумулятор 1 электрической энергии, соединенный через электрический коммутатор 2 с емкостным конвертером 3 теплоты. Выход емкостного конвертера 3 теплоты через электрический коммутатор 2 подключен ко входу выпрямителя 4. Электрический коммутатор 2 представляет собой, например, задающий генератор (ЗГ) с двумя ключевыми устройствами (К1 и К2), одно из которых установлено между пусковым аккумулятором 1 электрической энергии и емкостным конвертером 3 теплоты, а другое - между емкостным конвертером 3 теплоты и входом выпрямителя 4. В качестве ключевых устройств могут быть использованы быстродействующие электромагнитные реле или полупроводниковые триоды и тиристоры. Емкостной конвертер 3 теплоты представляет собой сегнетоэлектрический конденсатор, диэлектрическая проницаемость, (а следовательно, и емкость) которого сильно зависит от напряженности электрического поля. Таким конденсатором может послужить, например, органический пироэлектрический диэлектрик с сегнетоэлектрической поляризацией.
Рядом с емкостным конвертером 3 теплоты - на минимально возможном расстоянии от него или вплотную расположен термоэлектрический преобразователь 5, имеющий охлаждаемую поверхность 6 и нагреваемую поверхность 7. Термоэлектрический преобразователь 5 представляет собой набор термопар, реализующих эффект Зеебека. Охлаждаемая поверхность 6 термоэлектрического преобразователя 5 обращена к емкостному конвертору 3 теплоты, а нагреваемая поверхность 7 термоэлектрического преобразователя 5 - в окружающее пространство.
Выход выпрямителя 4 последовательно соединен с выходом термоэлектрического преобразователя 5. Последовательность соединения на практике достигается, например, за счет того, что два разнополярных проводника, составляющие выход емкостного конвертера теплоты 2 и термоэлектрического преобразователя 5, объединены между собой, а два других разнополярных проводника образуют выходные клеммы устройства, к которым подключается внешняя нагрузка.
Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую работает следующим образом.
Электрический коммутатор 2 поочередно подключает вход емкостного конвертера 3 теплоты к пусковому аккумулятору 1 электрической энергии и выход емкостного конвертера 3 теплоты ко входу выпрямителя 4 с подсоединенной к его выходу нагрузкой. Это поочередное подключение осуществляется, например, ключевыми устройствами К1 и К2, управляемыми задающими генератором ЗГ. В процессе цикла заряда-разряда емкостного конвертера 3 теплоты его диэлектрическая проницаемость меняется более чем в 6 раз,. При этом величина энергии, выделяющейся в нагрузке при разряде, превышает энергию, потребленную от пускового аккумулятора 1 электрической энергии при заряде. Разность энергий объясняется преобразованием тепловой энергии среды, в которой помещен емкостной конвертер 3 теплоты, в электрическую энергию. Температура емкостного конвертера 3 теплоты, а также температура среды в непосредственной близости от емкостного конвертера 3 теплоты понижается. В то же время температура среды на некотором удалении от емкостного конвертера 3 теплоты остается постоянной. Противоположные поверхности термоэлектрического преобразователя 5 оказывается при различных температурах. Поверхность, соприкасающаяся с емкостным конвертером 3 или находящаяся рядом с ним, охлаждается (охлаждаемая поверхность 6). Поверхность, обращенная в окружающую среду, нагревается (нагреваемая поверхность 7). Образующаяся разность температур определяет возникновение термоЭДС на выходе термоэлектрического преобразователя 5.
Переменное электрическое напряжение с выхода емкостного конвертера 3 теплоты подается на вход выпрямителя 4, а образующееся на выходе выпрямителя 4 постоянное напряжение суммируется с постоянным напряжением, вырабатываемым термоэлектрическим преобразователем 5. Таки образом, общий объем электрической энергии, полученный в результате преобразования тепловой энергии, будет складываться из энергии, преобразованной емкостным конвертером 3 теплоты и термоэлектрическим преобразователем 5. При этом увеличение потребления преобразованной электроэнергии вызовет увеличение охлаждения среды в окрестности емкостного конвертера 3 теплоты, увеличение разности температур между охлаждаемой поверхностью 6 и нагреваемой поверхностью 7 и увеличение количества энергии, преобразованное термоэлектрическим преобразователем 5.