Термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов

Термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для трансформации тепловой энергии в электрическую, а именно для подзарядки различных гаджетов и других устройств при отсутствии источников электроснабжения.

Известен термоэлектрический преобразователь термоэмиссионной системы электроснабжения здания, состоящий из прямоугольного полого корпуса, выполненного из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, армированного контурной арматурой, между крышкой и днищем которого имеется замкнутая воздушная полость, контурная арматура состоит из элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2 и спаянные на концах между собой, образующие зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые и правые части проволочных отрезков со спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в слоях материала–диэлектрика крышки и днища параллельно их поверхности, не касаясь ее, а средние части парных проволочных отрезков расположены в воздушной полости, крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором [Патент РФ №2499107, МКП E04C 2/26, 2013].

Основными недостатками известного термоэлектрического преобразователя термоэмиссионной системы электроснабжения здания являются зигзагообразная компоновка термоэмиссионных элементов с изгибом их спаев под углом 90°, обусловленное этим малое количество термоэмиссионных элементов на единице его площади и низкая удельная производительность по выработке термоэлектричества, что снижает его эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является универсальный термоэлектрический преобразователь, содержащий корпус, выполненный из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, изнутри армированный контурной арматурой, которая состоит из термоэмиссионных элементов, представляющих собой парные параллельные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, изолированные друг от друга по длине тонким слоем материала–диэлектрика, спаянные на концах между собой, образующие ряды, устроенные таким образом, что левые и правые части спаянных концов проволочных отрезков со спаянными концами располагаются в слоях материала–диэлектрика параллельных ребер параллельно их боковой поверхности, не касаясь ее, а средние части проволочных отрезков расположены в массиве материала–диэлектрика корпуса, ряды соединены между собой перемычками, крайние проволочные отрезки крайних рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором, причем в пазах между ребрами размещена решетка, состоящая из рамки с продольными полосами, зеркально отражающая пазы корпуса, выполненная из материала с высокой теплопроводностью [Патент РФ №2575769, МКП Н01L 35/02, 2016].

Основными недостатками известного универсального термоэлектрического преобразователя являются высокий расход металлов М1 и М2 для изготовления термоэмиссионных элементов, определяющий значительный вес устройства, сложность их изготовления, обусловленная необходимостью заготовкой проволочных отрезков, сплющиванием и спайкой их концов, что повышает стоимость и, таким образом, снижает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности, которое заключатся в том, что предлагаемое термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов, наряду с получением электрической энергии, обеспечивает значительное снижение расхода металлов М1 и М2 на изготовление термоэмиссионных элементов, упрощение их изготовления и значительное снижение веса устройства.

Технический результат достигается термоэлектрическим зарядным устройством для гаджетов, содержащим корпус, выполненный из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, внутри ребер помещены П–образные ряды, выполненные из стекловолокнистых полос, поверхности парных перпендикулярных отрезков которых поочередно покрыты фольгой разных металлов М1 и М2, их концы согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты двумя слоями фольги металлов М1 и М2 соответственно, образуя отдельные термоэмиссионные элементы, согнутые концы парных перпендикулярных отрезков располагаются в противоположных гранях параллельных ребер параллельно их торцевой поверхности и закрыты слоем материала–диэлектрика, крайние перпендикулярные отрезки каждого ряда через один соединены между собой перемычками, крайние перпендикулярные отрезки крайних П–образных рядов соединены с однополюсными коллекторами, которые, в свою очередь, соединены с преобразователем и аккумулятором, а в пазах размещена решетка, состоящая из рамки с продольными полосами, зеркально отражающая пазы корпуса, выполненная из материала с высокой теплопроводностью.

На фиг. 1–7 представлено предлагаемое термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов (ТЭЗУГ): на фиг. 1–3 – общий вид и разрезы ТЭЗУГ (без решетки), на фиг. 4, 5 – устройство термоэмиссионного элемента, на фиг. 6, 7 – решетка и ее разрез.

Предлагаемое термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов (ТЭЗУГ) содержит корпус 1, выполненный из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью 2, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами 3, образующими между собой пазы 4, внутри ребер 3 помещены П–образные ряды 5, выполненные из стекловолокнистых полос 6, поверхности парных перпендикулярных отрезков 7 и 8 которых поочередно покрыты фольгой разных металлов М1 и М2, их концы 9 и 10 согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты двумя слоями фольги металлов М1 и М2 соответственно, образуя отдельные термоэмиссионные элементы (ТЭЭ) 11 (такая конструкция ТЭЭ 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 в противоположных гранях параллельных ребер 3 параллельно их торцевой поверхности и закрыты слоем материала–диэлектрика 2, крайние перпендикулярные отрезки 7 и 8 каждого ряда 5 соединены между собой через один перемычками 12, крайние перпендикулярные отрезки 7 и 8 крайних П–образных рядов 5 ТЭЗУГ соединены с однополюсными коллекторами 13, 14, которые, в свою очередь, соединены с преобразователем и аккумулятором (на фиг. 1–7 не показаны), а в пазах 3 размещена решетка 15, состоящая из рамки 16 с продольными полосами 17, зеркально отражающая пазы 3 корпуса 1, выполненная из материала с высокой теплопроводностью.

В основу работы предлагаемого ТЭЗУГ положено следующее. Так как П–образные ряды 5 состоят из отдельных термоэмиссионных элементов (ТЭЭ) 11, выполненных из парных стекловолокнистых отрезков 7 и 8, поочередно покрытых фольгой разных металлов М1 и М2, с согнутыми концами 9 и 10 под углом 90°, соединенными между собой и также покрытыми двумя слоями фольги металлов М1 и М2, то при нагреве (охлаждении) одних концов 9 ТЭЭ 11 с одной стороны и охлаждении (нагреве) противоположных им концов 10 на них устанавливаются разные температуры и в зоне контакта металлов М1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в рядах 5 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506].

ТЭЗУГ работает следующим образом. При соприкосновении ребер 2 одной стороны корпуса 1 с холодной средой, а ребер 2 противоположной стороны корпуса 1 с горячей средой ( ребра 2 выполнены из материала с высокой теплопроводностью, и в них размещены концы 9 и 10, покрытые двумя слоями фольги металлов М1 и М2, термоэмиссионных элементов 11 ТОСУГ) вышеупомянутые концы термоэмиссионных элементов 11 с одной стороны охлаждаются, а с противоположной стороны корпуса 1 нагреваются, на них устанавливаются разные температуры, происходит процесс передачи тепла от горячей среды к холодной. При этом одновременно с процессом теплопередачи в результате разности температур охлажденных и нагретых концов 9, 10 ТЭЭ 11 в рядах 5 появляется термоэлектричество, которое через однополюсные коллекторы электрических зарядов 13 и 14 поступает в преобразователь и аккумулятор (на фиг. 1–7 не показаны) и откуда подается потребителю. При этом, если горячая или холодная среда представляют собой твердое тело, на сторону корпуса 1, соприкасающегося с ним, в пазы 3 вставляется решетка 15 и теплопередача от твердого тела к спаям термоэмиссионных элементов 5 происходит через материал с высокой теплопроводностью продольных полос 17 решетки 15 и материал также с высокой теплопроводностью ребер 2 корпуса 1, минуя дополнительное сопротивление промежуточного слоя, создаваемого газовой или жидкой средой, что увеличивает значение коэффициента теплопередачи.

Величина разности электрического потенциала на коллекторах 13 и 14 и сила электрического тока зависят от характеристик пар металлов М1 и М2, из которых изготовлена их фольга, и ее толщины, числа ТЭЭ 11 в рядах 5 и их числа в ТЭЗУГ, разности температур на противоположных концах 9, 10 элементов 11 и количества ТЭЗУГ в случае их компоновки в одну теплообменную поверхность. Полученный электрический ток из одиночного ТЭЗУГ можно использовать для подзарядки гаджетов – мобильных телефонов, айфонов, плэйеров и тому подобных устройств в условиях отсутствия электроснабжения (например, при кипячении воды на костре, поместив его на дно емкости с подогреваемой водой или положив его на освещаемый солнцем участок льда или снега). При компоновке множества ТЭЗУГ в одну теплообменную поверхность, полученный электрический ток можно использовать для самых различных целей (освещения зданий, горячего водоснабжения, зарядки автомобильных аккумуляторов, электроснабжения космических и подводных аппаратов и пр.) при условии наличия сред или поверхностей с различными температурами.

Таким образом, предлагаемое термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов, наряду с получением электрической энергии, обеспечивает значительное снижение расхода металлов М1 и М2, упрощение конструкции при изготовления термоэмиссионных элементов, а также значительное снижение веса ТЭСУГ в результате использования для получения термоэлектрических секций П–образных полос из стекловолокна, покрытых фольгой металлов М1 и М2.

Термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов, содержащее корпус, выполненный из материала–диэлектрика с высокой теплопроводностью, оребренный с противоположных сторон параллельными ребрами, образующими между собой пазы, внутри ребер помещены ряды термоэмиссионных элементов, крайние перпендикулярные отрезки каждого ряда через один соединены между собой перемычками, крайние перпендикулярные отрезки крайних рядов соединены с однополюсными коллекторами, которые, в свою очередь, соединены с преобразователем и аккумулятором, в пазах размещена решетка, состоящая из рамки с продольными полосами, зеркально отражающая пазы корпуса, выполненная из материала с высокой теплопроводностью, отличающаяся тем, что ряды выполнены П–образной формы из стекловолокнистых полос, поверхности парных перпендикулярных отрезков этих рядов поочередно покрыты фольгой разных металлов М1 и М2, их концы согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты двумя слоями фольги металлов М1 и М2 соответственно, образуя отдельные термоэмиссионные элементы, согнутые концы парных перпендикулярных отрезков располагаются в противоположных гранях параллельных ребер параллельно их торцевой поверхности и закрыты слоем материала–диэлектрика.