Предлагаемое изобретение относится к теплоэлектроэнергетике для обеспечения тепловой и электрической энергией в местах временного проживания, а именно в палатках, передвижных домиках, путем одновременного получения тепловой и электрической энергии в одном аппарате.
Известен теплоэлектрогенератор для автономного энергоснабжения, содержащий наружный и внутренний вертикальные прямоугольные коробы, перекрытые с торцов крышками и днищами, с образованием между ними водяной рубашки и поперечных газоплотных перегородок, образующими первичный и вторичный контуры, подключенные друг к другу вертикальными трубами, во внутреннем коробе расположена универсальная топка с газоходом, через крышки наружного и внутреннего коробов пропущен газовый патрубок, соединяющий газоход с атмосферой, первичный и вторичный контуры снабжены входными и выходными патрубками, причем газоход состоит из газового коллектора, представляющего собой полость в виде призмы, примыкающую к входному отверстию газового патрубка и пластинчатого теплообменника, образованного вертикальными перегородками с вертикальные газовыми каналами и горизонтальными водяными каналами, соединенными через прямоугольные отверстия в верхней части фронтальной и тыльной стенок внутреннего короба с первичным водяным контуром, стенки наружного короба покрыты декоративным коробом, верхняя крышка покрыта П-образной декоративной крышкой с образованием между ними щелей шириной Δ, при этом стенки наружного и внутреннего коробов, крышек, днищ и вертикальных перегородок в зонах первичного и вторичного контуров, соприкасающиеся с нагреваемой водой выполнены с продольными вертикальными и горизонтальными зубчатыми пазами, обращенными в горячую сторону, в которые вставлены зубчатые ребра, состоящие из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей, покрытых слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, причем каждый термоэмиссионный преобразователь состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых соединены между собой контактными спаями, которые расположены вдоль длины зубчатых ребер в их зубьях в зонах нагрева и охлаждения, контактные спаи каждой пары зубчатых ребер с одного торца соединены меду собой перемычками, а с противоположного торца контактные спаи зубчатых ребер этих же пар соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы, образуя теплоэлектрические секции, которые через перемычки последовательно соединены между, образуя теплоэлектрические блоки, размещенные на всех теплообменных поверхностях, а именно, на стенках наружного и внутреннего коробов, крышках, днищах и вертикальных перегородках, а свободные концы с клеммами последовательно соединенных теплоэлектрических секций каждого теплоэлектрического блока присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с токовыводами [Патент РФ № 2599088, МПК F24H 1/00, 2016].
Основными недостатками известного устройства являются сложная конструкция теплоэлектрических секций, являющаяся причиной значительных потерь электричества, необходимость размещения их внутри теплогенератора, обусловленные этим необходимость значительной переделки и реконструкции всего устройства, что, в конечном счете, снижает его надежность и эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является индивидуальный автономный теплоэлектрогенератор, содержащий наружный и внутренний вертикальные прямоугольные коробы, перекрытые с торцов крышками и днищами, с образованием между ними прямоугольной полости - водяной рубашки с поперечными газоплотными перегородками, образующими первичный и вторичный контуры, подключенные друг к другу вертикальными трубами, во внутреннем вертикальном прямоугольном коробе расположена топка с газоходом, через нижние части правых боковых стенок вышеупомянутых коробов пропущен прямоугольный горизонтальный короб, образующий загрузочное отверстие, соединенное внутри с топкой и закрытое снаружи люком, снабженным монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики, причем через верхние крышки наружного и внутреннего коробов пропущен газовый патрубок, соединяющий газоход с атмосферой, первичный и вторичный контуры снабжены входными и выходными патрубками, устроенными в верхней и нижней частях наружного короба, газоход состоит из газового коллектора, представляющею собой полость в виде призмы, примыкающую к входному отверстию газового патрубка и пластинчатого теплообменника, образованного вертикальными перегородками с вертикальные газовыми каналами и горизонтальными водяными каналами, соединенными через прямоугольные отверстия в верхней части фронтальной и тыльной стенок короба с первичным водяным контуром, наружный короб покрыт декоративным коробом, верхняя крышка покрыта П-образной декоративной крышкой с образованием между ними щелей шириной Δ1 и вытяжного кольца между ней и газовым патрубком, на стенки наружного короба и крышки в зонах первичного и вторичного контуров, соприкасающиеся с нагреваемой водой прикреплены теплоэлектрические секции, каждая из которых представляет собой продольную рамку, с N прямоугольными проемами, на торцах каждой рамки устроены по одному резьбовому отверстию с крепежными болтами, в прямоугольные проемы вставлены N плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с одноименными коллекторами, причем на верхнюю наружную поверхность плоских термоэлектрических преобразователей каждой рамки наложены радиаторы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, снабженные на горцах крепежными отверстиями, прижатые к наружной поверхности плоских термоэлектрических преобразователей крепежными болтами, а свободная поверхность наружного короба и верхней крышки между соседними теплоэлектрическими секциями шириной Δ2 покрыта слоем теплоизоляционного материала, наружная поверхность выходного участка газового патрубка на расстоянии Δ3 от декоративной крышки также покрыта рядами теплоэлектрических секций, закрытыми декоративной цилиндрической обечайкой, при этом, одноименные коллекторы теплоэлектрических секций, размещенных на стенках наружного короба, крышке и газового патрубка, соединены между собой перемычками, образуя теплоэлектрические блоки, которые, в свою очередь, присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с токовыводами [Патент РФ № 2728008, МПК F24H 1/00, 2020].
Основными недостатками известного устройства являются сложность и громоздкость его конструкции, обусловленные необходимость его соединения с трубопроводами и отопительными приборами, размещение значительного числа термоэлектрических секций внутри теплогенератора, что затрудняет его монтаж и эксплуатацию в походных условиях и, в конечном счете, снижает надежность и эффективность.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности мобильного автономного теплоэлектрогенератора.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый мобильный автономный теплоэлектрогенератор содержит вертикальный короб, перекрытый с торцов крышкой, снабженной газовым патрубком, соединенным со съемной дымовой трубой и днищем, соответственно, с образованием между ними внутренней полости, в которой расположена топка с колосниковой решеткой, причем днище снабжено снизу опорами высотой Δ1, сам короб по всей высоте с боковых сторон окружен вертикальным ограждением, образующим наружную полость, в нижней части короба и ограждения пропущены горизонтальные коробы, образующие загрузочное и зольниковое отверстия, соединенные с внутри с внутренней полостью и закрытые снаружи люками, загрузочный люк снабжен монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики, к внутренней стороне вертикального ограждения прикреплены зажимами теплоэлектрические секции, каждая из которых представляет собой радиатор, изготовленный из N тавровых балок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, кромки основания которых снабжены зажимами, в которые вставлены N плоских термоэлектрических преобразователей (например, элементов Пелтье) и прорезями для токовыводов, соединенных с коллекторами одноименных зарядов, сами зажимы прижаты к наружной поверхности короба с образованием зазора шириной Δ2 между поверхностью короба и плоского термоэлектрического преобразователя, при этом коллекторы одноименных зарядов теплоэлектрических секций соединены между собой перемычками, образуя теплоэлектрический блок, который, в свою очередь, соединен с токовыводами.
На фиг. 1, 2 представлены общий вид и разрез мобильного автономного теплоэлектрогенератора (МАТЭГ), на фиг. 3, 4 - узел теплоэлектрической секции (ТЭС) и его разрез.
Предлагаемый МАТЭГ содержит вертикальный короб 1, перекрытый с торцов крышкой 2, снабженной газовым патрубком 3, соединенным со съемной дымовой трубой (на фиг. 1-4 не показана) и днищем 4, соответственно, с образованием между ними внутренней полости 5, в которой расположена топка 6 с колосниковой решеткой 7, причем днище 4 снабжено снизу опорами 8 высотой Δ1, сам короб 1 по всей высоте с боковых сторон окружен вертикальным ограждением 9, образующим наружную полость 10 (при этом, высоту Δ1 выбирают, исходя из оптимальной ширины заборной щели между полом помещения и нижней кромкой вертикального ограждения 9, которая должна обеспечивать поступление достаточного количества воздуха для обогрева помещения), в нижней части короба 1 и ограждения 9 пропущены горизонтальные коробы 11 и 12, образующие загрузочное и зольниковое отверстия 13, 14, соединенные внутри с внутренней полостью 5 и закрытые снаружи люками 15 и 16, загрузочный люк 15 снабжен монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики (на фиг. 1-4 не показаны), к внутренней стороне вертикального ограждения 9 прикреплены зажимами 17 теплоэлектрические секции (ТЭС) 18, каждая из которых представляет собой радиатор 19, изготовленный из N тавровых балок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, кромки основания которых снабжены зажимами 20, в которые вставлены N плоских термоэлектрических преобразователей (ПТЭП) 21 (например, элементов Пелтье), и прорезями 22 для токовыводов 23 и 24, соединенных с коллекторами одноименных зарядов (на фиг. 1-4 не показаны), зажимы 20 прижаты к наружной поверхности короба 1 с образованием зазора 25 шириной Δ2 между поверхностью короба 1 и ПТЭП 21 (ширина зазора Δ2 выбирается из условия предотвращения перегрева ПТЭП 21), при этом коллекторы одноименных зарядов ТЭС 18 соединены между собой перемычками (на фиг. 1-4 не показаны), образуя теплоэлектрический блок 26, который, в свою очередь, соединен с токовыводами (на фиг. 1-4 не показаны).
Монтаж и эксплуатация предлагаемого МАТЭГ, представленного на фиг. 1-4 не представляют трудностей и обусловлены простотой его конструкции (форма короба 1 и ограждения 9 могут быть как прямоугольной, так и цилиндрической формы). МАТЭГ, работает следующим образом. После начала горения топлива в топке 6 МАТЭГ (конструкция топки позволяет работать как на газообразном (жидком), так и на твердом топливе) дымовые газы, поднимаясь снизу вверх, с начальной температурой , омывают внутреннюю поверхность внутреннего короба 2, отдавая свое тепло ТЭС 18, находящихся в наружной полости 10 и потоку воздуха, двигающегося в ней, охлаждаются до заданной температуры tГК и выводятся через патрубок дымовых газов в дымовую трубу 3 и далее в атмосферу. Одновременно, в результате процесса конвективной теплопередачи от дымовых газов нагреваются стенки короба 1, на которых помещены ПТЭП 21 ТЭС 18, в результате чего происходит нагрев внутренней зоны нагрева ПТЭП 21 и одновременное быстрое охлаждение их наружной зоны за счет контакта радиаторов 19, имеющих значительную площадь в результате наличия нескольких ребер с высокой теплопроводности их материала, плотно прижатых к верхней поверхности ПТЭП 18 и омывания их потоком воздуха, движущегося в полости 10 между коробом 1 и ограждением 9, забираемого из нижней зоны обогреваемого помещения за счет естественной тяги, созданной разностью температур воздуха, [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: «Металлургия», 1973, с. 195-198]. При этом, в обогреваемом помещении создается циркуляция воздуха, которая обеспечивает его равномерный обогрев. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения в ПТЭП 21 вызывает в них эмиссию электронов и возникновение в ГЭС 18 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. – М.: «Наука», 1970, с. 502-506]. Полученное термоэлектричество каждой ТЭС 18 суммируется в ТЭБ 26 и через общие коллекторы поступает в преобразователь, аккумулятор и далее потребителю (на фиг. 1-4 не показаны).
В отличие от известного теплоэлектрогенератора в предлагаемом МАТЭГ не требуется установка теплоэлектрических секций внутри котла, отсутствует необходимость прокладки трубопроводов и установки отопительных приборов, существует возможность замены вышедших из строя термоэлектрических элементов, не прекращая работы теплогенератора, что многократно упрощает его конструкцию, монтаж и эксплуатацию в походных условиях и, в конечном счете, увеличивает его надежность и эффективность.
Величина начальной температуры дымовых газов определяется видом топлива и конструкцией топки, их конечная температура tГК -составом дымовых газов и требуемым температурным напором. Величина разности электрического потенциала и силы тока на коллекторах ТЭБ 26 зависит от характеристик пары металлов M1 и М2, из которых изготовлены ПТЭП 21, их числа в одной ТЭС 18 и разности температур холодных и горячих контактных сторон ПТЭП 21. Требуемые напряжение U и силу тока 1 МАТЭГ получают путем установки соответствующего числа ПТЭП 21 ТЭС 18 в ТЭБ 26, суммирования и трансформации получаемого ими тока.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно упростить конструкцию котла и теплоэлектрических секций, обеспечивает его быстрый монтаж и эксплуатацию в походных условиях, что повышает надежность и эффективность мобильного автономного теплоэлектрогенератора.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Индивидуальный автономный теплоэлектрогенератор | 2019 |
|
RU2728008C1 |
Термоэлектрический источник электроснабжения для автономного теплогенератора | 2019 |
|
RU2725303C1 |
ТЕПЛОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ | 2015 |
|
RU2599087C1 |
ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ | 2013 |
|
RU2541799C1 |
ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ | 2012 |
|
RU2493504C1 |
МОБИЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ ОТОПИТЕЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦИОННАЯ УСТАНОВКА | 2023 |
|
RU2807198C1 |
Термоэлектрогенератор для системы теплоснабжения | 2019 |
|
RU2723653C1 |
ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР | 2011 |
|
RU2490563C2 |
Пластинчатый теплоэлектротеплообменник | 2020 |
|
RU2736316C1 |
Комплексный теплообменник из многослойных пластин | 2020 |
|
RU2737574C1 |
Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике для обеспечения тепловой и электрической энергией в местах временного проживания, а именно в палатках, передвижных домиках, путем одновременного получения тепловой и электрической энергии в одном аппарате. Мобильный автономный теплоэлектрогенератор содержит вертикальный короб, перекрытый с торцов крышкой, снабженной газовым патрубком, соединенным с дымовой трубой и днищем, с образованием между ними внутренней полости, в которой расположена топка. Днище снабжено снизу опорами высотой Δ1. Сам короб по всей высоте с боковых сторон окружен вертикальным ограждением, образующим наружную полость. В нижней части короба и ограждения пропущен горизонтальный короб, образующий загрузочное отверстие, соединенное внутри с внутренней полостью и закрытое снаружи загрузочным люком, который снабжен монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики. В наружной полости размещены N плоских термоэлектрических преобразователей, закрытых радиатором, соединенных с коллекторами одноименных зарядов, образуя теплоэлектрические секции, соединенные между собой перемычками, образуя теплоэлектрический блок, который, в свою очередь, соединен с преобразователем, аккумулятором и потребителем. Дымовая труба съемная. В топке помещена колосниковая решетка. В нижнюю часть короба и ограждения пропущен горизонтальный короб, образующий зольниковое отверстие, соединенное внутри с внутренней полостью и закрытое снаружи люком. К внутренней стороне вертикального ограждения прикреплены зажимами теплоэлектрические секции, каждая из которых представляет собой радиатор, изготовленный из N тавровых балок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, кромки основания которых снабжены зажимами, в которые вставлены N плоских термоэлектрических преобразователей, и прорезями для токовыводов. Сами зажимы прижаты к наружной поверхности короба с образованием зазора шириной Δ2 между поверхностью короба и плоского термоэлектрического преобразователя. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности мобильного автономного теплоэлектрогенератора. 4 ил.
Мобильный автономный теплоэлектрогенератор, содержащий вертикальный короб, перекрытый с торцов крышкой, снабженной газовым патрубком, соединенным с дымовой трубой и днищем, с образованием между ними внутренней полости, в которой расположена топка, причем днище снабжено снизу опорами высотой Δ1, сам короб по всей высоте с боковых сторон окружен вертикальным ограждением, образующим наружную полость, в нижней части короба и ограждения пропущен горизонтальный короб, образующий загрузочное отверстие, соединенное внутри с внутренней полостью и закрытое снаружи загрузочным люком, который снабжен монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики, в наружной полости размещены N плоских термоэлектрических преобразователей, закрытых радиатором, соединенных с коллекторами одноименных зарядов, образуя теплоэлектрические секции, соединенные между собой перемычками, образуя теплоэлектрический блок, который, в свою очередь, соединен с преобразователем, аккумулятором и потребителем, отличающийся тем, что дымовая труба съемная, в топке помещена колосниковая решетка, в нижнюю часть короба и ограждения пропущен горизонтальный короб, образующий зольниковое отверстие, соединенное внутри с внутренней полостью и закрытое снаружи люком, к внутренней стороне вертикального ограждения прикреплены зажимами теплоэлектрические секции, каждая из которых представляет собой радиатор, изготовленный из N тавровых балок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, кромки основания которых снабжены зажимами, в которые вставлены N плоских термоэлектрических преобразователей, и прорезями для токовыводов, сами зажимы прижаты к наружной поверхности короба с образованием зазора шириной Δ2 между поверхностью короба и плоского термоэлектрического преобразователя.
Индивидуальный автономный теплоэлектрогенератор | 2019 |
|
RU2728008C1 |
Термоэлектрический источник электроснабжения для автономного теплогенератора | 2019 |
|
RU2725303C1 |
Способ изготовления электроизоляции | 1959 |
|
SU138737A1 |
СТАНОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФАСОННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ ИЗДЕЛИЙ | 0 |
|
SU290833A1 |
JP 2018166368 A, 25.10.2018. |
Авторы
Даты
2021-12-23—Публикация
2020-10-27—Подача