УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

Полезная модель относится к области электроэнергетики и может быть использована хозяйствами, использующие для отопления индивидуальные отопительные котлы.
Известен судовой термоэлектрический генератор. Патент №92247, H01L 35/28, опубл. 10.03.2010 [1]. Данный патент содержит выхлопной трубопровод судового дизеля, «горячий» теплообменник и связан с теплоносителем утилизационного котла, который подключен к горячим спаям термоэлектрических генераторных модулей (ТЭГМ), «холодный» теплообменник, подключенный к холодным спаям ТЭГМ и связан с системой охлаждения дизеля.
Основным недостатком данного устройства является то, что устройство работает при работе судового дизеля и полученная электроэнергия используется только судовыми потребителями.
Наиболее близким техническим решением является патент №2224190, F25B 21/02, опубл. 20.02.2004 [2].
Устройство состоит из газовой горелки, корпуса горелки, термоэлектрических батарей, силовой рамы, двух жидкостных теплообменников, отводящих тепло с холодных спаев термоэлектрических батарей, высокотемпературного теплообменника, соединительных труб, элементов сжатия.
Основным недостатком данного устройство является то, что горячие спаи термобатареи во время работы могут перегреться и соответственно устройство может выйти из строя. Устройство обеспечивает электроэнергией только во время работы его работы. Кроме того, элементы сжатия термоэлектрических батарей к теплообменникам имеют большие размеры.
Заявляемая полезная модель решает задачу получения дешевой электрической энергии путем прямого преобразования тепловой энергии и использование потребителем, как во время работы устройства, так и в нерабочем его состоянии.
Технический результат достигается тем, что устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, содержащее газовую горелку, горячий и холодный теплообменники, термоэлектрические генераторные модули, контур отопления, газовый баллон, элементы автоматики, дополнительно содержит датчики температуры, установленные на горячем и холодном теплообменниках, вход которых связаны с горячими и холодными спаями термоэлектрических генераторных модулей, выход через блок сравнения подключены к блоку управления. Кроме того, устройство содержит электронный трехходовой кран, вход которого связан с объектом отопления, выход подключен одним патрубком к горячему теплообменнику, другим патрубком - к холодному теплообменнику. Кроме того, устройство содержит аккумулятор, вход которого подключен к преобразователю электрической энергии, выход - к потребителю. Кроме того, горячий теплообменник содержит крепежные винты, приваренные к сточенной поверхности.
1
2
3
Предлагаемое устройство представлено на фигуре и содержит корпус отопительного котла - горячий теплообменник 1; горелку 2; термоэлектрические генераторные модули (ТЭГМ) 3; холодный теплообменник 4; датчики горячих и холодных спаев 5, 6; газовый баллон 7; электромагнитный вентиль 8; объект отопления 9; электрический циркуляционный насос 10; электронный трехходовой кран 11; крепежные элементы: винт 12, гайка 12, шайба 12; преобразователь напряжения 13; потребитель 14; аккумулятор 15; блок управления 16, блок сравнения 17, 18, задатчики 19, 20; пульт питания 21; переключатель 22; каналы отопления 23, 24, 25, 26; каналы электроэнергии 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37; каналы электрических сигналов 38, 39, 40, 41, 42, 43; каналы подачи газа 44, 45.
1
На наружной поверхности горячего теплообменника 1 выполняется, сточенная плоская площадка Б. Эта вырезанный сегмент поверхности предназначен для установки ТЭГМ 3 и плотного соединения теплообменников 1, 4 и ТЭГМ 3. Кроме того, на этой поверхности с помощью сварочного соединения привариваются головки винтов 12. Такая конструкция позволит обеспечить прижим ТЭГМ 3 к теплообменникам 1, 4 с требуемым удельным давлением, сэкономить металл горячего теплообменника 1, получить разъемное соединение: горячий теплообменник 1, ТЭГМ 3, холодный теплообменник 4. В горячем теплообменнике 1 выполнены отверстия, которые служат для циркуляции теплоносителя контура отопления, где в результате теплообмена с горячим теплообменником 1 происходит нагрев теплоносителя контура отопления.
Горячие спаи ТЭГМ 3 нагреваются от горячего теплообменника 1, а холодные спаи ТЭГМ 3 охлаждаются в результате теплообмена с холодным теплообменником 4. температура холодного теплообменника 4 контролируется теплоносителем контура отопления. Холодный теплообменник 4 должен обладать хорошей теплопроводностью, поэтому рекомендуется изготовить из алюминия. Аналогично в холодном теплообменнике 4 выполнены сверления, по которым циркулирует теплоноситель контура отопления, где в результате теплообмена теплоносителя с теплообменником 4 и ТЭГМ происходит охлаждение холодных спаев ТЭГМ 3.
Электронный трехходовой кран 11 изготавливается по патенту №2270923, F01P 7/16 опубл. 27.02.2006 [3], который в зависимости от температуры холодных спаев ТЭГМ 3 регулирует поток теплоносителя контура отопления, проходящей по каналу 27 в холодный теплообменник 4.
Электромагнитный клапан 8 служит для подачи требуемого газа в горелку 2. Аккумулятор 15 служит для накопления электроэнергии при работе данного устройства и ее использование потребителем при нерабочем состоянии данного устройства.
Предлагаемое устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую работает следующим образом.
гор
хол
гор
хол
Включается переключатель 22 и данное устройство начинает работать. При этом электромагнитный клапан 8 приводится в действие и газ по каналам 44, 45 подается в горелку 2, которая начинает работать. Одновременно электроэнергия по каналу 37 подается в электрический насос 10, который начнет циркулировать теплоноситель замкнутого контура отопления. Приводится в действие также электронный трехходовой кран 11, который в зависимости от разности температур ΔТ=Т+Т (Т - температура горячих спаев, Т - температура холодных спаев) контролирует подачу требуемого количества теплоносителя по каналу 27 в холодный теплообменник 4. При этом теплоноситель контура отопления в результате теплообмена охлаждает холодный теплообменник 4, холодные спаи ТЭГМ 3 и по каналу 38 поступает в электронный трехходовой кран 11 и процесс циркуляции теплоносителя контура отопления продолжается.
Открытие (закрытие) канала 27 контролируется датчиком температуры 6, который температуру холодных спаев ТЭГМ 3 в виде электрического сигнала подает по каналу 38 в блок сравнения 17. сюда же по каналу 42 подается сигнал от задатчика 19. В блоке сравнения 17 происходит сравнение этих сигналов, и сигнал рассогласования подается в блок управления 16, который подачей электроэнергии по каналу 36 регулирует открытие и закрытие канала 27 патрубком электронного трехходового крана 11.
гор
ном
ном
Аналогично контролируется температура горячих спаев ТЭГМ 3, т.е. сигнал от датчика температуры 5 по каналу 39 подается в блок сравнения 18, сюда же по каналу 40 поступает сигнал от задатчика 20. При этом, например, если Т>Т (Т - номинальная температура горячих спаев ТЭГМ), то сигнал рассогласования подается по каналу 41 в блок управления 16, который подачей электроэнергии по каналу 35 на электромагнитный вентиль 8 уменьшает подачу газа в горелку 2 и тем самым температура горячего теплообменника 4 уменьшается.
При работе предлагаемого устройства на горячих спаях ТЭГМ 3 происходит поглощение теплоты от горячего теплообменника 1, а с холодной стороны отводится теплота теплоносителем контура отопления за вычетом электроэнергии, полученной на внешней нагрузке. На внешней нагрузке в преобразователе напряжения 13 создается напряжение, равное термоэ.д.с., за вычетом падения напряжения и внутреннего сопротивления, электроэнергия подается потребителю 14 и в аккумулятор 15 и происходит накопление электроэнергии. Полученная электроэнергия в аккумуляторе 15 используется потребителем 14 при нерабочем состоянии устройства.
Мощность полученной электроэнергии зависит от количества ТЭГМ 3, разности температур между спаями. Поэтому потребитель сам определяет нужное количество ТЭГМ 3.
Таким образом, во время отопительного сезона индивидуальные жилищные строения, расположенные как в городской черте, так и в сельской местности, используя данное устройство в своих отопительных котлах, могут производить и использовать дешевую электрическую энергию, что позволяет получить значительную экономию во время отопительного сезона.
Источники информации
1. Патент №92247, H01L 35/28. Судовой термоэлектрический генератор / В.Н. Тимофеев. Опубл. 10.03.2010.
2. Патент №2224190, F25B 21/02. Устройство для производства тепловой и электрической энергии / Н.В.Шалаев, О.А.Новосельцев. Опубл. 20.02.2004.
3. Патент РФ №2270923, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н.Тимофеев, Н.П.Кузин, А.Н.Краснов; опубл. в БИ №6 от 27.02.2006.