Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи между потоками сред с различной температурой Российский патент 2024 года по МПК F28D7/10 H10N10/13 F25B21/02 

Изобретение относится к термоэлектрической технике, в частности к термоэлектрическим устройствам для интенсификации теплообмена между потоками жидкостей или газов (средами) с различной температурой.

Прототипом является конструкция, описанная в [1]. Устройство состоит из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, одна поверхность которой через разделяющую стенку первой транспортной зоны обтекается средой с более низкой температурой, а другая также через разделяющую стенку второй транспортной зоны - средой с более высокой температурой. Термоэлектрическая батарея выполняет функции интенсификатора теплопередачи между двумя потоками жидкости или газа за счет поглощения и выделения теплоты Пельтье на спаях термоэлементов, находящихся в тепловом контакте с ними. В транспортных зонах, перпендикулярно направлению движения сред выполнены сквозные воздуховоды, причем над воздуховодами обоих транспортных зон устанавливаются вентиляторные агрегаты, количество которых варьируется от трех до пяти, запитываемые от дополнительного источника электрической энергии, осуществляющие продув воздуха в воздуховоды таким образом, чтобы поток воздуха шел от поверхностей термоэлектрической батареи, причем скорость вращения вентиляторных агрегатов увеличивается в направлении к концу транспортных зон. Внутри сквозных отверстий располагаются дозаторы, наполненные водой и впрыскивающие ее в окружающее пространство в момент работы устройства.

Недостатком устройства является невысокая интенсивность теплообмена между спаями термоэлементов, составляющих термоэлектрическую батарею, и соответствующими средами. Данное обстоятельство связано с относительно небольшой площадью теплового сопряжения сред в транспортных зонах с источниками теплоты.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена между источником теплоты в виде термоэлектрической батареи и обтекающими ее средами за счет увеличения площади теплообмена между ними.

Цель достигается тем, что воздуховоды в двух транспортных зонах делятся на две группы, расположенные в несколько рядов, количество которых варьируется от 3 до 5, расположенных в шахматном порядке, имеющие зеркальное расположение относительно центральной вертикальной плоскости под углом к ней, находящемся в пределах 25-45 градусов. При этом пары воздуховодов в первой и второй транспортных зонах зеркально отражены в центральной горизонтальной плоскости.

Конструкция термоэлектрического интенсификатора теплопередачи приведена на фиг.1. Устройство состоит из термоэлектрической батареи 1, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, питаемой основным источником электрической энергии (на фиг. не показан), обе поверхности которой имеют непосредственный тепловой контакт со стенками 2 двух транспортных зон 3 с движущимися в них средами 4. В каждой из транспортных зон 3 выполнены две группы сквозных воздуховодов 5, 6 и 7, 8 в несколько рядов, количество которых варьируется от 3 до 5, расположенных в шахматном порядке. Причем в каждой транспортной зоне 3 воздуховоды 5, 6 и 7, 8 имеют зеркальное расположение относительно центральной вертикальной плоскости 9 под углом к ней, находящимся в пределах 25-45 градусов. Пары воздуховодов 5, 6 в первой и 7, 8 второй транспортных зонах 3 зеркально отражены в центральной горизонтальной плоскости 10. Над воздуховодами 5, 6, 7, 8 обеих транспортных зон устанавливаются вентиляторные агрегаты 11, количество которых варьируется от трех до пяти, запитываемые от дополнительного источника электрической энергии (на фиг. не показан). Вентиляторные агрегаты 11 осуществляют продув воздуха в воздуховодах 5, 6, 7, 8 таким образом, чтобы поток воздуха шел от поверхностей термоэлектрической батареи 1. При этом скорость вращения вентиляторных агрегатов увеличивается в направлении к концу транспортных зон. Внутри сквозных отверстий располагаются специальные дозаторы 12, наполненные водой и впрыскивающие ее в окружающее пространство в момент работы устройства.

Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи работает следующим образом. При пропускании через термоэлектрическую батарею 1 постоянного электрического тока от источника энергии на одних спаях термоэлементов будет поглощаться теплота Пельтье, а на других - выделяться. Если холодные спаи термоэлементов будут находиться в непосредственном контакте со стенкой 2 транспортной зоны 3 с горячей движущейся средой 4, а горячие спаи термоэлементов - со стенкой 2 транспортной зоны 3 с холодной движущейся средой, то за счет имеющегося перепада температур будет происходить интенсификация обмена тепловой энергией между двумя потоками сред. Продув воздуха в воздуховодах 5, 6, 7, 8 вентиляторными агрегатами 11 даст возможность дополнительно к кондуктивному теплообмену между поверхностями термоэлектрической батареи 1 и стенками 2 транспортных зон добавить конвективный теплообмен между воздушным потоком, направленным от холодной и горячей поверхностей термоэлектрической батареи 1 и транспортными зонами 3. При этом значение коэффициента теплообмена в случае конвективного теплообмена при увлажненном воздухе будет выше, чем в случае конвективного теплообмена при сухом воздухе. Одновременно также увеличение скорости вращения вентиляторных агрегатов 11 в направлении к концу транспортных зон позволяет скомпенсировать уменьшение температурного напора между средами в данном направлении за счет увеличения интенсивности теплообмена между ними (увеличения коэффициента теплопередачи). Увеличение площади теплообмена между источником теплоты (термоэлектрической батареей 1) и средами 4 в транспортных зонах 3 за счет наличия воздуховодов 5, 6, 7, 8 в предложенном исполнении также интенсифицирует теплообмен между ними.

Список литературы

1. Патент РФ на изобретение № 2788025 Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи между потоками сред с различной температурой / Магомадов Р.А.-М., Дебиев М.В., Абдулхакимов У.И., Алиева Х.А., Зениев Ш.З. опубл. 16.01.2023, Бюл. № 2.

Изобретение относится к термоэлектрической технике, в частности к термоэлектрическим устройствам для интенсификации теплообмена между средами с различной температурой. Термоэлектрическая батарея имеет две транспортные зоны с движущимися в них средами. В каждой из транспортных зон выполнены две группы сквозных воздуховодов в несколько рядов, количество которых варьируется от 3 до 5, расположенных в шахматном порядке. Причем в каждой транспортной зоне воздуховоды имеют зеркальное расположение относительно центральной вертикальной плоскости под углом к ней, находящимся в пределах 25-45 градусов. Пары воздуховодов в первой и второй транспортных зонах зеркально отражены в центральной горизонтальной плоскости. Технический результат – интенсификация теплообмена за счет увеличения площади теплообмена. 1 ил.

Термоэлектрический интенсификатор теплопередачи между потоками сред с различной температурой, состоящий из термоэлектрической батареи, составленной из идентичных по размерам и физическим свойствам термоэлементов, питаемой основным источником электрической энергии, одна поверхность которой через разделяющую стенку первой транспортной зоны обтекается средой с более низкой температурой, а другая также через разделяющую стенку второй транспортной зоны - средой с более высокой температурой, причем в транспортных зонах выполнены сквозные воздуховоды, над которыми устанавливаются вентиляторные агрегаты, количество которых варьируется от трех до пяти, запитываемые от дополнительного источника электрической энергии, осуществляющие продув воздуха в воздуховодах таким образом, чтобы поток воздуха шел от поверхностей термоэлектрической батареи, причем скорость вращения вентиляторных агрегатов увеличивается в направлении к концу транспортных зон, при этом внутри сквозных отверстий располагаются дозаторы, наполненные водой и впрыскивающие ее в окружающее пространство в момент работы устройства, отличающийся тем, что воздуховоды в двух транспортных зонах делятся на две группы, расположенные в несколько рядов, количество которых варьируется от 3 до 5, расположенных в шахматном порядке, имеющие зеркальное расположение относительно центральной вертикальной плоскости под углом к ней, находящимся в пределах 25-45 градусов, а пары воздуховодов в первой и второй транспортных зонах зеркально отражены в центральной горизонтальной плоскости.