RU2828101C1 - Thermoelectric generator with overheating protection - Google Patents
Thermoelectric generator with overheating protection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2828101C1 RU2828101C1 RU2024108985A RU2024108985A RU2828101C1 RU 2828101 C1 RU2828101 C1 RU 2828101C1 RU 2024108985 A RU2024108985 A RU 2024108985A RU 2024108985 A RU2024108985 A RU 2024108985A RU 2828101 C1 RU2828101 C1 RU 2828101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- plate
- heated
- plates
- leveling
- Prior art date
Links
- 238000013021 overheating Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электростанциям, работающим на основе преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, и может быть использовано для выработки электрической энергии в местах, удалённых от стационарных сетей электроснабжения.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to power plants operating on the basis of converting thermal energy into electrical energy, and can be used to generate electrical energy in places remote from stationary power supply networks.
Известен термоэлектрический бытовой генератор [RU №2348089 C1, опубл. 27.02.2009]. Он содержит батарею термоэлектрических генераторных элементов, функционирование которых основано на эффекте Зеебека. Термоэлектрические генерирующие элементы закреплены первыми сторонами на тепловыравнивающей пластине, которая при помощи биметаллических защелок подвешена на опорной нагреваемой пластине, закрепляемой на стенке печи. Вторые стороны термоэлектрических генерирующие элементы прикреплены к стенке наполняемого водой теплообменника. Охлаждение вторых сторон термоэлектрических генерирующих элементов осуществляется за счёт циркуляции воды через теплообменник. При достижении максимально допустимого значения температуры тепловыравнивающей пластины биметаллические защелки скачкообразно отводят тепловыравнивающую пластину от опорной пластины, что создаёт воздушный зазор между тепловыравнивающей и опорной пластинами, снижая тем самым передачу тепловой энергии от опорной пластины к тепловыравнивающей. Это обеспечивает защиту термоэлектрических генерирующих элементов от перегрева. При снижении температуры тепловыравнивающей пластины ниже предельно допустимого значения на некоторую величину, биметаллические защелки скачкообразно подводят тепловыравнивающую пластину к опорной пластине, что повышает передачу тепловой энергии от опорной пластины к тепловыравнивающей.A thermoelectric household generator is known [RU #2348089 C1, published 27.02.2009]. It contains a battery of thermoelectric generating elements, the operation of which is based on the Seebeck effect. The thermoelectric generating elements are fixed with their first sides on a heat-leveling plate, which is suspended by bimetallic latches on a supporting heated plate fixed to the wall of the furnace. The second sides of the thermoelectric generating elements are attached to the wall of a heat exchanger filled with water. Cooling of the second sides of the thermoelectric generating elements is carried out due to the circulation of water through the heat exchanger. When the maximum permissible temperature of the heat-leveling plate is reached, the bimetallic latches abruptly move the heat-leveling plate away from the supporting plate, which creates an air gap between the heat-leveling and supporting plates, thereby reducing the transfer of thermal energy from the supporting plate to the heat-leveling one. This ensures protection of thermoelectric generating elements from overheating. When the temperature of the heat-leveling plate decreases below the maximum permissible value by a certain amount, the bimetallic latches abruptly bring the heat-leveling plate to the support plate, which increases the transfer of thermal energy from the support plate to the heat-leveling plate.
Недостатком известного аналога является пониженная выработка электрической энергии вследствие скачкообразного действия биметаллических защёлок, приводящего к периодическому снижению температуры тепловыравнивающей пластины и первых сторон термоэлектрических генерирующих элементов. Отсутствие возможности плавной регулировки зазора между тепловыравнивающей и опорной пластинами и длительного поддержания температуры тепловыравнивающей пластины, а, соответственно, и первых сторон термоэлектрических генерирующих элементов на максимально допустимом уровне, приводит к снижению уровня генерируемой электроэнергии относительно максимально возможного значения.The disadvantage of the known analogue is the reduced generation of electric energy due to the abrupt action of the bimetallic latches, leading to a periodic decrease in the temperature of the heat-leveling plate and the first sides of the thermoelectric generating elements. The lack of the ability to smoothly adjust the gap between the heat-leveling and support plates and to maintain the temperature of the heat-leveling plate for a long time, and, accordingly, the first sides of the thermoelectric generating elements at the maximum permissible level, leads to a decrease in the level of generated electric energy relative to the maximum possible value.
Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым в качестве прототипа, является отопительное устройство с термоэлектрическим генератором и термоэлектрический генератор [RU №95183 U1, опубл. 10.06.2010]. Устройство содержит нагреваемую, охлаждаемую и тепловыравнивающую пластины, один или несколько термоэлектрических генерирующих элементов, две или более биметаллических пластин, шарнир с горизонтальной осью вращения. Термоэлектрические генерирующие элементы закреплены между охлаждаемой и тепловыравнивающей пластинами. Шарнир с горизонтальной осью вращения прикреплён к верхним сторонам нагреваемой и тепловыравнивающей пластин и позволяет отклоняться пластинам на некоторый угол относительно друг друга. В нижней части тепловыравнивающей пластины выполнены пазы, число которых соответствует числу биметаллических пластин. Каждая из биметаллических пластин одной стороной прикреплена к внутренней стороне паза, а второй стороной касается нагреваемой пластины.The closest technical solution to the invention, adopted as a prototype, is a heating device with a thermoelectric generator and a thermoelectric generator [RU No. 95183 U1, published 10.06.2010]. The device contains heated, cooled and heat-leveling plates, one or more thermoelectric generating elements, two or more bimetallic plates, a hinge with a horizontal axis of rotation. The thermoelectric generating elements are fixed between the cooled and heat-leveling plates. The hinge with a horizontal axis of rotation is attached to the upper sides of the heated and heat-leveling plates and allows the plates to deflect at a certain angle relative to each other. In the lower part of the heat-leveling plate, grooves are made, the number of which corresponds to the number of bimetallic plates. Each of the bimetallic plates is fixed with one side to the inner side of the groove, and with the other side touches the heated plate.
Работает устройство следующим образом. Нагреваемая пластина прикрепляется к источнику тепловой энергии, а к охлаждаемой пластине прикрепляется теплоотводящее устройство. Причём требуется пространственная ориентация устройства таким образом, чтобы ось шарнира занимала горизонтальное или близкое к нему положение, а плоскость нагреваемой пластины занимала вертикальное положение или близкое к нему положение. Необходимость пространственной ориентация устройства вызвана тем, что взаимное прилегание плоскостей нагреваемой и тепловыравнивающей пластин, необходимое для передачи тепловой энергии обеспечивается за счёт силы Земного притяжения, прижимающей тепловыравнивающую пластину к нагреваемой. Такое прижатие пластин невозможно при иных ориентациях оси шарнира и плоскости нагреваемой пластины. Защита термоэлектрических генерирующих элементов осуществляется следующим образом. При нагреве тепловыравнивающей пластины до значения, близкого к максимально допустимому, происходит выгиб биметаллических пластин, поворот тепловыравнивающей пластины относительно нагреваемой, образование воздушного зазора между нагреваемой и тепловыравнивающей пластинами и прекращение дальнейшего роста температуры тепловыравнивающей пластины и термоэлектрических генерирующих элементов.The device operates as follows. The heated plate is attached to the heat source, and the heat-dissipating device is attached to the cooled plate. Moreover, the spatial orientation of the device is required so that the hinge axis occupies a horizontal position or close to it, and the plane of the heated plate occupies a vertical position or close to it. The need for spatial orientation of the device is caused by the fact that the mutual adjacency of the planes of the heated and heat-leveling plates, necessary for the transfer of thermal energy, is ensured by the force of gravity, pressing the heat-leveling plate to the heated one. Such pressing of the plates is impossible with other orientations of the hinge axis and the plane of the heated plate. Protection of thermoelectric generating elements is carried out as follows. When the heat-leveling plate is heated to a value close to the maximum permissible value, the bimetallic plates bend, the heat-leveling plate rotates relative to the heated plate, an air gap is formed between the heated plate and the heat-leveling plate, and further growth of the temperature of the heat-leveling plate and thermoelectric generating elements ceases.
Недостатками прототипа является:The disadvantages of the prototype are:
- необходимость точной пространственной ориентации устройства;- the need for precise spatial orientation of the device;
- неравномерный нагрев верхней и нижней частей тепловыравнивающей пластины, вызванный клинообразной формой воздушного зазора между нагреваемой и тепловыравнивающей пластинами и приводящий к повышенной вероятности выхода из строя термоэлектрических генерирующих элементов, расположенных в верхней части устройства из-за их перегрева и пониженной выработке электроэнергии термоэлектрическими генерирующими элементами, расположенными в нижней части устройства из-за их недостаточного нагрева.- uneven heating of the upper and lower parts of the heat-leveling plate, caused by the wedge-shaped air gap between the heated and heat-leveling plates and leading to an increased probability of failure of the thermoelectric generating elements located in the upper part of the device due to their overheating and reduced generation of electricity by the thermoelectric generating elements located in the lower part of the device due to their insufficient heating.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение уровня генерируемой мощности и надёжности работы устройства, а также снижение требований по точности пространственной ориентации устройства.The technical problem solved by the invention is to increase the level of generated power and reliability of the device, as well as to reduce the requirements for the accuracy of the spatial orientation of the device.
Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен термоэлектрический генератор с защитой от перегрева, содержащий нагреваемую, охлаждаемую и тепловыравнивающую пластины, один или несколько термоэлектрических генерирующих элементов, закреплённых между охлаждаемой и тепловыравнивающей пластинами, две или более биметаллических пластин, причём в тепловыравнивающей пластине, со стороны, обращённой к нагреваемой пластине, выполнены пазы, число которых равно числу применяемых биметаллических пластин. Новым является то, что в устройство дополнительно введены стержни, фиксирующие винты и опорные скобы П-образной формы, число которых соответствует числу биметаллических пластин, каждый из стержней прикреплён к биметаллической пластине в средней её части, а в средней части каждого паза выполнено отверстие под стержень, ось которого перпендикулярна плоскости поверхости тепловыравнивающей пластины, а его размер достаточен для свободного перемешения стержня, в тепловыравнивающей пластине, перпендикулярно оси каждого отверстия под стержень, изготовлены отверстия под фиксирующие винты, имеющие резьбу, соответствующую резьбе на фиксирующем винте и доходящие до краёв тепловыравнивающей пластины, по краям каждой из опорных скоб П-образной формы выполнены отверстия щелеобразной формы, размеры которых достаточны для свободного перемещения биметаллических пластин, каждый из стержней вставлен в отверстие под стержень, каждый фиксирующий винт завёрнут в отверстие под фиксирующий винт до упора в стержень, концы биметаллических пластин вставлены в отверстия щелеобразной формы опорных скоб П-образной формы, а опорные скобы П-образной формы основанием прикреплены к нагреваемой пластине.In order to solve the technical problem and achieve the technical result, a thermoelectric generator with overheating protection is proposed, containing a heated, cooled and heat-leveling plate, one or more thermoelectric generating elements secured between the cooled and heat-leveling plates, two or more bimetallic plates, wherein in the heat-leveling plate, on the side facing the heated plate, grooves are made, the number of which is equal to the number of bimetallic plates used. What is new is that the device is additionally equipped with rods, fixing screws and U-shaped support brackets, the number of which corresponds to the number of bimetallic plates, each of the rods is attached to the bimetallic plate in its middle part, and in the middle part of each groove there is a hole for the rod, the axis of which is perpendicular to the plane of the surface of the heat-leveling plate, and its size is sufficient for the free movement of the rod, in the heat-leveling plate, perpendicular to the axis of each hole for the rod, there are holes for the fixing screws, having a thread corresponding to the thread on the fixing screw and reaching the edges of the heat-leveling plate, along the edges of each of the U-shaped support brackets there are slit-shaped holes, the dimensions of which are sufficient for the free movement of the bimetallic plates, each of the rods is inserted into the hole for the rod, each fixing screw is screwed into the hole for the fixing screw until it stops against the rod, the ends The bimetallic plates are inserted into the slot-shaped holes of the U-shaped support brackets, and the base of the U-shaped support brackets is attached to the heated plate.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 схематично изображен вид устройства со стороны охлаждаемой пластины. На фиг. 2 показан разрез устройства по линии А-А. На фиг. 3 показана биметаллическая пластина в сборе со стержнем и опорной скобой П-образной формы. На фиг.4 показана опорная скоба П-образной формы в двух проекциях.The invention is explained by drawings. Fig. 1 schematically shows a view of the device from the side of the cooled plate. Fig. 2 shows a section of the device along line A-A. Fig. 3 shows a bimetallic plate assembled with a rod and a U-shaped support bracket. Fig. 4 shows a U-shaped support bracket in two projections.
Заявляемый термоэлектрический генератор с защитой от перегрева содержит (фиг. 2) термоэлектрические генерирующие элементы 1, охлаждаемую пластину 2, фиксирующие винты 3, стержни 4, тепловыравнивающую пластину 5, биметаллические пластины 6, опорные скобы П-образной формы 7, нагреваемую пластину 8.The claimed thermoelectric generator with overheating protection contains (Fig. 2) thermoelectric generating elements 1, a cooled plate 2, fixing screws 3, rods 4, a heat-leveling plate 5, bimetallic plates 6, U-shaped support brackets 7, and a heated plate 8.
Заявляемый термоэлектрический генератор с защитой от перегрева функционирует следующим образом.The claimed thermoelectric generator with overheating protection functions as follows.
Термоэлектрический генератор, нагреваемой пластиной 8 прикрепляется к источнику тепловой энергии, а к охлаждаемой пластине 2 прикрепляется охладитель, например радиатор, снабжённый рёбрами. При низкой температуре нагрева тепловыравнивающей пластины 5 биметаллические пластины 6 имеют малую величину прогиба и, взаимодействуя с опорными скобами П-образной формы 7 через из щелеобразные отверстия, обеспечивают прижим тепловыравнивающей пластины 5 к нагреваемую пластину 8. По мере увеличения температуры тепловыравнивающей пластины 5 происходит увеличение температуры биметаллических пластин 6, расположенных в пазах тепловыравнивающей пластины 5. При этом увеличивается прогиб биметаллических пластин 6, и они, взаимодействуя с опорными скобами П-образной формы 7 начинают отодвигать тепловыравнивающую пластину 5 от нагреваемой пластины 8, что приводит к появлению воздушного зазора между тепловыравнивающей пластиной 5 от нагреваемой пластиной 8. Смещение тепловыравнивающей пластины 5 относительно нагреваемой пластины 8 под действием силы притяжения Земли исключается за счёт упора краёв биметаллических пластин 6 в края щелевых отверстий опорных скоб П-образной формы 7.The thermoelectric generator, with a heated plate 8, is attached to a source of thermal energy, and a cooler, for example a radiator equipped with fins, is attached to the cooled plate 2. At a low heating temperature of the heat-leveling plate 5, the bimetallic plates 6 have a small deflection value and, interacting with the U-shaped support brackets 7 through their slit-shaped openings, ensure that the heat-leveling plate 5 is pressed against the heated plate 8. As the temperature of the heat-leveling plate 5 increases, the temperature of the bimetallic plates 6 located in the grooves of the heat-leveling plate 5 increases. In this case, the deflection of the bimetallic plates 6 increases, and they, interacting with the U-shaped support brackets 7, begin to move the heat-leveling plate 5 away from the heated plate 8, which leads to the appearance of an air gap between the heat-leveling plate 5 and the heated plate 8. The displacement of the heat-leveling plate 5 relative to the heated plate 8 under the action of the Earth's gravity is eliminated due to the abutment of the edges of the bimetallic plates 6 against the edges of the slit openings of the U-shaped support brackets 7.
Возможность перемещения стержней 4 в отверстиях, выполненных в тепловыравнивающей пластине 5, позволяет регулировать величину воздушного зазора между тепловыравнивающей пластиной 5 и нагреваемой пластиной 8, исключая недопустимый нагрев термоэлектрические генерирующие элементы 1 при максимально возможной температуре нагреваемой пластины 8. После регулировочных действий производится фиксация положений стержней 4 посредством фиксирующих винтов 3. Эти действия позволяют настроить устройство на такой режим работы, при котором исключается перегрев термоэлектрических генерирующих элементов 1 и обеспечивается надёжная работа устройства. Возможность перемещения стержней 4 в отверстиях, выполненных в тепловыравнивающей пластине 5, позволяет настроить устройство таким образом, что температура нагреваемых сторон термоэлектрических генерирующих элементов 1 поддерживается вблизи максимально допустимых значений, что позволяет приблизить мощность, генерируемую термоэлектрическими генерирующими элементами 1 к максимально возможной.The possibility of moving the rods 4 in the holes made in the heat-leveling plate 5 makes it possible to adjust the size of the air gap between the heat-leveling plate 5 and the heated plate 8, eliminating unacceptable heating of the thermoelectric generating elements 1 at the maximum possible temperature of the heated plate 8. After the adjustment actions, the positions of the rods 4 are fixed by means of the fixing screws 3. These actions make it possible to adjust the device to such an operating mode, in which overheating of the thermoelectric generating elements 1 is excluded and reliable operation of the device is ensured. The possibility of moving the rods 4 in the holes made in the heat-leveling plate 5 makes it possible to adjust the device in such a way that the temperature of the heated sides of the thermoelectric generating elements 1 is maintained near the maximum permissible values, which makes it possible to bring the power generated by the thermoelectric generating elements 1 closer to the maximum possible.
Возможная неравномерность зазора между тепловыравнивающей пластиной 5 и нагреваемой пластиной 8, вызванная действием гравитационной силы Земли, устраняется регулировкой положений стержней в верхней и нижней части устройства.Possible unevenness of the gap between the heat-leveling plate 5 and the heated plate 8, caused by the action of the gravitational force of the Earth, is eliminated by adjusting the positions of the rods in the upper and lower parts of the device.
Технический результат заключается в повышении мощности, генерируемой термоэлектрическими генерирующими элементами устройства, исключении выхода устройства из строя по причине перегрева термоэлектрических генерирующих элементов и снижении требований к пространственной ориентации устройства.The technical result consists in increasing the power generated by the thermoelectric generating elements of the device, eliminating the failure of the device due to overheating of the thermoelectric generating elements and reducing the requirements for the spatial orientation of the device.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2828101C1 true RU2828101C1 (en) | 2024-10-07 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999036735A1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-22 | Hi-Z Technology, Inc. | Self powered furnace |
| RU2348089C1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-02-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Thermoelectric household generator |
| RU95183U1 (en) * | 2010-02-25 | 2010-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КРИОТЕРМ" | HEATING DEVICE WITH THERMOELECTRIC GENERATOR AND THERMOELECTRIC GENERATOR |
| CN117015292A (en) * | 2022-04-27 | 2023-11-07 | 中国人民大学 | Near infrared light-based non-contact in-vivo power supply device and preparation method and application thereof |
| KR102618747B1 (en) * | 2020-08-24 | 2023-12-29 | 엘지전자 주식회사 | Thermoelectric generator and operating method of the same |
| WO2024011312A1 (en) * | 2022-07-13 | 2024-01-18 | National Thermovoltaics Inc. | Thermoelectric generator apparatuses and systems |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999036735A1 (en) * | 1998-01-20 | 1999-07-22 | Hi-Z Technology, Inc. | Self powered furnace |
| RU2348089C1 (en) * | 2007-07-16 | 2009-02-27 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Thermoelectric household generator |
| RU95183U1 (en) * | 2010-02-25 | 2010-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "КРИОТЕРМ" | HEATING DEVICE WITH THERMOELECTRIC GENERATOR AND THERMOELECTRIC GENERATOR |
| KR102618747B1 (en) * | 2020-08-24 | 2023-12-29 | 엘지전자 주식회사 | Thermoelectric generator and operating method of the same |
| CN117015292A (en) * | 2022-04-27 | 2023-11-07 | 中国人民大学 | Near infrared light-based non-contact in-vivo power supply device and preparation method and application thereof |
| WO2024011312A1 (en) * | 2022-07-13 | 2024-01-18 | National Thermovoltaics Inc. | Thermoelectric generator apparatuses and systems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20000068377A (en) | Thermoelectric element and thermoelectric cooling or heating device provided with the same | |
| CN203279443U (en) | Electric cabinet and air conditioner possessing same | |
| RU2828101C1 (en) | Thermoelectric generator with overheating protection | |
| US5688169A (en) | Electrical equipment cabinet cooling | |
| KR101949088B1 (en) | Air circulator | |
| CN107104018A (en) | A kind of heat abstractor of liquid expanding temperature controller | |
| US9608562B2 (en) | Cooling fixture for solar photovoltaic panels | |
| KR101034247B1 (en) | Cooling Performance Evaluation Method of Heat Sink Using Performance Evaluation System of High Concentration Solar Module Cooling System | |
| CN118555810A (en) | Heat dissipation device, heat dissipation control method, controller and vehicle | |
| Beckman et al. | Design considerations for a 50-watt photovoltaic power system using concentrated solar energy | |
| CN215633507U (en) | Become oar control system's heat abstractor | |
| KR101788238B1 (en) | Temperature control unit, temperature control system using temperature control unit and temperature control architecture structure using temperature control unit | |
| JP6108583B1 (en) | Aquarium fish tank and breeding water temperature control method using multiple Peltier elements | |
| CN116674406A (en) | Intelligent sharing charging pile | |
| KR20120027842A (en) | A generator using vaccum tube type solar collector | |
| CN218163417U (en) | Temperature regulation and control device and dry body calibrator | |
| KR200285216Y1 (en) | High Stabilizing Constant Temperature Device | |
| CN214381919U (en) | Protection device for be used for internet equipment | |
| JP2697335B2 (en) | Blind with cooling radiation function | |
| KR200286414Y1 (en) | Cooling cabinet for communication equipment | |
| US1023475A (en) | Electric heater. | |
| CN210977917U (en) | Fireplace fan | |
| CN221042674U (en) | Inverter and energy storage integrated machine | |
| CN219389876U (en) | Wall-mounted warmer | |
| CN211152587U (en) | Heat radiator for switch is used |