Термоэлектрическое зарядное устройство для гаджетов

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.