Электрогенерирующая теплозащитная оболочка
ELECTRICITY GENERATING THERMAL PROTECTION SHELL

Предлагаемое изобретение относится к теплоизоляционным изделиям и может быть использовано при изготовлении гибких теплоизолирующих покрытий для объектов, излучающих тепловую энергию, с целью ее утилизации для получения электрической энергии.
Известен пакет тепловой изоляции, работающий в условиях криогенных температур, аэродинамического нагрева и высоких рабочих давлений, который содержит изолируемую поверхность со слоем теплоизоляции в виде пенопласта, установленного на амортизационный слой, слоем теплозащиты и закрепленным на последнем антистатическим покрытием, при этом изолируемая поверхность выполнена из полимерного композиционного материала – пенопласта, оснащенного влагозащитным и герметизирующим покрытием из виброударопрочного клея, в свою очередь покрытый лентой из стеклянных комплексных нитей, тоже покрытой слоем теплозащиты в виде резиноподобного эластичного покрытия [Патент РФ №2459743, МКЛ. В64 С1/40, В64 G1/58, В32 B7/02, В64 D37/00, 2012].
Основным недостатком известного пакета тепловой изоляции является невозможность утилизации тепла изолируемого объекта для получения электричества, что снижает его эффективность.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электрогенерирующее покрывало, содержащее гибкий лист, состоящий из гибкого теплоизоляционного материала–диэлектрика, покрытого с обеих сторон пленкой, выполненной из влагозащитного и герметизирующего материала–диэлектрика, причем в массе теплоизоляционного материала–диэлектрика помещены термоэлектрические (термоэмиссионные) преобразователи, представляющие собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, спаяны (соединены) между собой и согнуты под углом 90°, устроенные таким образом, что парные проволочные отрезки образуют зигзагообразные ряды, согнутые спаянные концы 8 проволочных отрезков располагаются на противоположных поверхностях слоя теплоизоляционного материала–диэлектрика параллельно им и закрыты снаружи вышеупомянутой пленкой, крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов термоэлектрических преобразователей соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с токовыводами [Патент РФ №2537873, МПК А62 В17/00, 2015].
Основными недостатками известного электрогенерирующего покрывала являются высокий расход металлов М1 и М2 для изготовления термоэмиссионных преобразователей, определяющий значительный вес устройства, сложность их изготовления, обусловленная необходимостью заготовкой проволочных отрезков, сплющиванием и спайкой их концов, что повышает стоимость и, таким образом, снижает эффективность покрывала.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности, которое заключатся в том, что предлагаемая электрогенерирующая теплозащитная оболочка, наряду с уменьшением теплопотерь от объекта в окружающую среду и получение электрической энергии, обеспечивает значительное снижение расхода металла на изготовление термоэмиссионных элементов, упрощение их изготовления и значительное снижение веса устройства.
Технический результат достигается электрогенерирующей теплозащитной оболочкой, содержащей гибкий лист, состоящий из гибкого теплоизоляционного материала–диэлектрика, покрытого с обеих сторон пленкой, выполненной из влагозащитного и герметизирующего материала–диэлектрика, причем в массе теплоизоляционного материала–диэлектрика помещены термоэлектрические секции, представляющие собой П–образные ряды, выполненные из стекловолокнистых полос, поверхности парных перпендикулярных отрезков которых поочередно покрыты напылением порошком разных металлов М1 и М2, концы вышеупомянутых отрезков согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты напылением эквимолярной смесью порошков металлов М1 и М2, образуя отдельные термоэмиссионные преобразователи, и располагаются на противоположных поверхностях слоя теплоизоляционного материала–диэлектрика параллельно им и закрыты снаружи пленкой, крайние перпендикулярные отрезки каждого П–образного ряда соединены между собой перемычками, крайние перпендикулярные отрезки крайних П–образных рядов каждой термоэлектрической секции соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с токовыводами.
На фиг. 1–6 представлена предлагаемая электрогенерирующая теплозащитная оболочка (ЭГТЗО) (на фиг. 1 – общий вид, на фиг. 2–6 - основные узлы).
Предлагаемая электрогенерирующая теплозащитная оболочка (ЭГТЗО) содержит гибкий лист 1, состоящий из гибкого теплоизоляционного материала–диэлектрика 2, покрытого с обеих сторон пленкой 3, выполненной из влагозащитного и герметизирующего материала–диэлектрика, причем в массе теплоизоляционного материала–диэлектрика 2 помещены термоэлектрические секции (ТЭС) 4, представляющие собой П–образные ряды 5, выполненные из стекловолокнистых полос 6, поверхности парных перпендикулярных отрезков 7 и 8 которых поочередно покрыты напылением порошком разных металлов М1 и М2, их концы 9 и 10 согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты напылением эквимолярной смесью порошков металлов М1 и М2, образуя отдельные термоэмиссионные преобразователи (ТЭП) 11 (такая конструкция ТЭП 11 принята для того, чтобы снизить расход металлов М1 и М2, увеличить поверхность теплопередачи, уменьшить их толщину и, таким образом, интенсифицировать скорость их нагрева или охлаждения), согнутые концы 9 и 10 парных перпендикулярных отрезков 7 и 8 располагаются на противоположных поверхностях слоя теплоизоляционного материала–диэлектрика 2, параллельно им и закрыты снаружи пленкой 3, крайние перпендикулярные отрезки 7 и 8 каждого ряда 5 соединены между собой перемычками 12, крайние перпендикулярные отрезки 7 и 8 крайних П–образных рядов 5 каждой ТЭП 4 соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов 13 и 14 (размещение коллекторов 13, 14 на фиг. 1–6 показано условно), которые, в свою очередь, соединены с токовыводами (на фиг. 1 не показаны).
В основу работы предлагаемой ЭГТЗО положено следующее. Так как термоэмиссионные преобразователи (ТЭП) 10 выполнены в виде П–образных рядов 5, изготовленных из стекловолокнистых полос 6, поверхности парных перпендикулярных отрезков 7 и 8 которых поочередно покрыты напылением порошком разных металлов М1 и М2, а их концы 9 и 10 согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты напылением эквимолярной смесью порошков металлов М1 и М2, то при нагреве (охлаждении) одних концов 9 элементов ТЭП 11 и охлаждении (нагреве) противоположных им концов 10 ТЭП 11 на них устанавливаются разные температуры, в зоне контакта металлов М1 и М2 на концах 9 и 10 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в П–образных рядах 5 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М.: «Наука», 1970, с. 502–506].
ЭГТЗО работает следующим образом. Объект (на фиг. 1–6 не показан), излучающий тепло, покрывают листом 1 ЭГТЗО таким образом, чтобы в сторону горячего объекта (например) были обращены концы 9 парных отрезков 7 и 8 ТЭП 11, а в сторону холодной окружающей среды противоположные концы 10. После этого эквимолярная смесь порошков металлов М1 и М2, размещенная напылением на концах 9, нагревается, а эквимолярная смесь порошков металлов М1 и М2, размещенная напылением на концах 10, охлаждается (холодной окружающей средой может быть наружный воздух, сбросные газы, вода, космос). Соответственно, температура вышеупомянутой смеси на концах 9 парных отрезков 7 и 8 будет больше, чем температура смеси металлов М1 и М2 на концах 10 этих же пар отрезков. В тоже время наличие теплоизолирующего материала – диэлектрика 2 в листе 1 обеспечивает тепловую изоляцию объекта, снижая тем самым его теплопотери. При этом одновременно с процессом теплопередачи, в результате создавшейся разности температур нагретых концов 9, покрытых эквимолярной смесью металлов М1 и М2, соединенных через отрезки 7 и 8, покрытые порошком металлов М1 и М2, соответственно, с охлажденными концами 10, также покрытыми эквимолярной смесью металлов М1 и М2, на вышеупомянутых концах 9 и 10 ТЭП 11 происходит термическая эмиссия электронов и в П–образных рядах 5 появляется термоэлектричество, которое из ТЭС 4 через однополюсные коллекторы электрических зарядов 13 и 14 поступает на токовыводы, соединенные с преобразователем, где создается требуемое напряжение и сила тока (на фиг. 1–6 не показаны), который затем подается потребителю.
Величина разности электрического потенциала на токовыводах и сила электрического тока зависит от характеристик пар металлов М1 и М2, которые напылены на стекловолокнистые полосы 6 П–образных рядов 5, числа ТЭП 11 в каждом ряду 5, их числа в ТЭС 4, разности температур на противоположных спаянных концах 9 и 10 ТЭС 4 и числа ТЭС 4 в гибком листе 1. Полученный электрический ток можно использовать для изолируемого объекта или сторонних потребителей.
Таким образом, предлагаемое изобретение, наряду с уменьшением тепловых потерь от объекта в окружающую среду и получением электрической энергии, обеспечивает значительное снижение расхода металлов М1 и М2, упрощение конструкции и изготовления термоэмиссионных элементов, а также значительное снижение веса электрогенерирующей теплозащитной оболочки, в результате использования для получения термоэлектрических секций П–образных полос из стекловолокна, покрытых напылением порошками металлов М1 и М2.