Термоэлектрогенератор теплового пункта Российский патент 2024 года по МПК H10N10/10 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к системам теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий.

Известно термоэлектрическое оребрение для трубопровода, содержащее участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине продольные ребра, состоящие, из размещенных по очередности параллельно друг к другу и соединенных между собой, термоэмиссионных (термоэлектических) преобразователей, каждый из которых состоит из пары параллельных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и соединены между собой (сваркой или спайкой), образуя верхние и нижние спаи, которые по всей длине ребра закрыты сбоку полосками, выполненными из слюды и металла, соответственно, образуя верхние и нижние кромки ребер, пустые полости между полосками заполнены связующим термостойким диэлектрическим материалом, свободные концы термоэмиссионных элементов каждой пары ребер в зоне охлаждения соединены перемычками и конденсаторами, образуя теплоэлектрические секции, снабженные токовыводами с одноименными зарядами, при этом наружная поверхность всех составляющих элементов ребер покрыта слоем гидростойкого диэлектрического материала, нижние кромки ребер термоэлектрических секций прижаты в зоне нагрева к поверхности трубопровода, верхние кромки ребер теплоэлектрических секций расположены в зоне охлаждения в окружающей среде, торцы нижних кромок ребер прижаты двумя хомутами, соединенными прижимными болтами [Патент РФ №2659508, МКП С23F13/00, 2018].

Основными недостатками известного устройства являются высокие тепловые потери участка трубопровода, обусловленные отсутствием на полукожухах теплоизоляции, небольшая площадь спаев металлов М1 и М2 в преобразователях, обусловливающая недостаточную площадь их нагрева и охлаждения, необходимость сварки или спайки спаев, обусловливающая сложность изготовления и невозможность замены отдельных элементов, что снижает его надежность и эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является термоэлектрогенератор для системы теплоснабжения, содержащий участок подающего трубопровода и расположенные вокруг его наружной поверхности два термоэлектрических блока, соединенных электропроводкой с инвертором, аккумулятором и потребителями термоэлектричества, причем каждый термоэлектрический блок состоит из, расположенных по периметру поверхности трубопровода, прижатых друг к другу, N термоэлектрических секций, каждая из которых представляет собой продольную рамку с n прямоугольными проемами, на торцах каждой рамки устроены два крепежных и одно регулировочное резьбовых отверстия с двумя крепежными и одним регулировочным болтами, соответственно, между внутренней поверхностью рамок и ближайшей наружной поверхностью трубопровода имеются зазоры размером Δ, образованные регулировочными болтами, в прямоугольные проемы на резиновые прокладки уложены своими нижними кромками n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с одноименными коллекторами, полость между внутренней поверхностью плоских термоэлектрических преобразователей, рамок и наружной поверхностью участка трубопровода заполнена диэлектрическим зернистым материалом с высокими теплотехническими свойствами, а на верхнюю наружную поверхность плоских термоэлектрических преобразователей каждой рамки термоэлектрических секций наложены радиаторы, выполненные из гидростойкого материала с высокой теплопроводностью, снабженные на торцах с двумя крепежными1 и одним проходным отверстиями, прижатые к наружной поверхности плоских термоэлектрических преобразователей крепежными болтами и соединенные между собой по периметру на противоположных торцах теплообменных ребер монтажными болтами, пропущенными через отверстия, причем участок трубопровода, на котором расположены термоэлектрические секции закрыт цилиндрическим кожухом, который не касается теплообменных ребер радиаторов, выполнен из коррозионноустойчивого материала) и состоит из двух полукожухов, снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, на торцах торцевыми пятками с образованием заборных щелей, на участке между термоэлектрическими блоками оба полукожуха снабжены полукольцевыми коллекторами, образующими в кожухе кольцевой коллектор, соединенный сверху с вертикальной вытяжной трубой, внутри которой помещен вытяжной вентилятор. [Патент РФ №2723653, МКП F25 B21/02, F24 H1/30, 2020].

Основными недостатками известного устройства является высокие тепловые потери участка трубопровода, обусловленные отсутствием на нем теплоизоляции, сложность и громоздкость конструкции и необходимость использования вытяжного вентилятора, что снижает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности термоэлектрогенератора теплового пункта.

Технический результат достигается теплоэлектрогенератором теплового пункта, содержащим подающий трубопровод, расположенные вокруг его наружной поверхности два термоэлектрических блока, соединенные электропроводкой с инвертором, аккумулятором и потребителями термоэлектричества, причем каждый термоэлектрический блок состоит из, расположенных по периметру поверхности трубопровода, разделенных теплоизоляционными полосами N термоэлектрических секций, каждая из которых состоит из радиатора, выполненного в форме швеллера П-образного сечения из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, нижняя поверхность основания радиатора по краям снабжена двумя рядами скоб, количество которых определяется надежностью крепления к низу основания радиатора n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с одноименными коллекторами, торцы радиаторов каждой термоэлектрической секции наложены на дистанционные полукольца, снабженными скобами и соединены с ними вышеупомянутыми скобами, образуя между нижней поверхностью плоских термоэлектрических преобразователей и наружной поверхностью участка трубопровода, зазор величиной Δ, причем верхние концы ребер радиаторов термоэлектрических секций, соединенных с дистанционными кольцами каждой половины обоих термоэлектрических блоков, закрыты снаружи и соединены через скобы с полукожухом, снабженным вышеупомянутыми скобами и продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненным из коррозионноустойчивого материала и соединенным с другим полукожухом, образуя цилиндрический кожух, закрывающий весь термоэлектрический блок, а на участке между обоими термоэлектрическими блоками оба их кожухи соединены с полукольцевыми коллекторами, образующими кольцевой коллектор, соединенный через вертикальную вытяжную трубу с вытяжной системой вентиляции.

На фиг. 1,2 представлены общий вид и разрез термоэлектрогенератора теплового пункта (ТЭГ ТП), на фиг. 3,4 - узел соединения плоских термоэмиссионных преобразователей (ПТЭП) термоэлектрической секции (ТЭС).

Предлагаемый ТЭГ ТП содержит подающий трубопровод 1, расположенные вокруг его наружной поверхности два термоэлектрических блока (ТЭБ) 2 и 3, соединенных электропроводкой с инвертором, аккумулятором и потребителями термоэлектричества (на фиг. 1-4 не показаны), причем ТЭБ 2 и 3 состоят из, расположенных по периметру поверхности трубопровода, разделенных теплоизоляционными полосами 4, N термоэлектрических секций (ТЭС) 5, каждая из которых состоит из радиатора 6, выполненного в форме швеллера П-образного сечения 6 из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью (например, алюминия), нижняя поверхность основания которого по краям снабжена двумя рядами скоб 7, количество которых определяется надежностью крепления к низу основания радиатора 6 n плоских термоэлектрических преобразователей (ПТЭП) 8, соединенных токовыводами 10 с одноименными коллекторами 11 и 12, торцы радиаторов 6 каждой ТЭС 5 наложены на дистанционные полукольца 13, снабженными скобами 14 и соединены с ними вышеупомянутыми скобами 14, образуя между нижней поверхностью ПТЭП 8 и наружной поверхностью участка трубопровода 1 зазор величиной Δ, причем верхние концы ребер радиаторов 6 ТЭС-5, соединенных с дистанционными кольцами 13 каждой половины ТЭБ 2 и ТЭБ 3, закрыты снаружи и соединены через скобы 15 с полукожухом 16, снабженным вышеупомянутыми скобами 15 и продольными фланцами 17 с крепежными отверстиями (на фиг. 1-4 не показаны), выполненным из коррозионноустойчивого материала (например, стеклопластика) и соединенного с другим полукожухом 16, образуя цилиндрический кожух 18, закрывающий весь ТЭБ 2 или ТЭБ 3, а на участке между ТЭБ 2 и ТЭБ 3 оба кожухи 18 соединены с полукольцевыми коллекторами 19, образующими кольцевой коллектор 20, соединенный через вертикальную вытяжную трубу 21 с вытяжной системой вентиляции (на фиг. 1-4 не показана).

ТЭГ ТП устанавливается в процессе монтажа или реконструкции теплового пункта системы отопления (или тепловой камеры), для чего предварительно собранные ТЭС 5 в комплекте с дистанционными полукольцами 13 и полукожухами 16 через токовыводы 10 всех ПТЭП 8 соединяют электропроводкой через коллекторы одноименных зарядов 11 и 12, с инвертором, аккумулятором и потребителями электроэнергии, циркуляционным насосом и другими (на фиг.1-4 не показаны), после чего укомплектованные половины ТЭБ 2 и ТЭБ 3 продольно накладываются на участок подающего трубопровода 1 в помещении теплового пункта (или тепловой камеры) и крепятся между собой по периметру трубопровода 1 посредством стяжки через отверстия продольных фланцев 17, образуя ТЭБ 2 и ТЭБ 3. В процессе монтажа зазор Δ между нижней поверхностью ПТЭП 8 и поверхностью трубопровода 1 определяется толщиной дистанционных колец 13 (размер зазора Δ выбирается из условия отсутствия контакта нижней поверхности ПТЭП 8 с наружной поверхностью трубопровода 1 и поддержания температуры ПТЭП 8 не выше температуры их перегрева).

Предлагаемый ТЭГ ТП, представленный на фиг. 1-4, работает следующим образом. При движении горячей воды в подающем трубопроводе 1 с температурой t_Г в помещении теплового пункта или тепловой камеры с температурой воздуха t_С создается значительная разность температур между температурой наружной поверхности трубопровода 1 t_П и температурой воздуха (t_П- t_С), который поступает из помещения вовнутрь кожуха 18 через заборные щели 30 за счет тяги, создаваемой работой вытяжной системой вентиляции (на фиг. 1-4 не показана), в вытяжной трубе 21. При этом, слой воздуха в зазоре между ПТЭП 8 и поверхностью трубопровода 1 обеспечивает равномерный нагрев нижней зоны нагрева ПТЭП 8, а потоки воздуха движущиеся в каналах, образованных радиаторами 6 обеспечивают одновременное быстрое охлаждение их верхней зоны за счет их контакта с верхней поверхностью ПТЭП 8 и высокой теплопроводности их материала [И. Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: «Металлургия», 1973, с. 195-198]. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения в ПТЭП 8 вызывает в них эмиссию электронов и возникновение в ТЭС 5 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506]. Полученное термоэлектричество каждой ТЭС 5 суммируется в ТЭБ 2 и ТЭБ 3 и через коллекторы 11, 12 поступает в инвертор, где создается требуемое напряжение и сила тока и подается в аккумулятор, обеспечивает электроэнергией вентилятор и других потребителей (на фиг. 1-4 не показаны).

Величина разности электрического потенциала и силы тока в коллекторах 11, 12 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества и характеристик ПТЭП 8 в ТЭС 5, их числа в ТЭБ 2 и ТЭБ 3, теплотехнических характеристик радиаторов 6 и величины зазора равной Δ. При необходимости устанавливают несколько пар ТЭБ. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от расхода горячей воды и величины разности температур (t_П- t_С) регулируют в инверторе. Полученное электричество используется для работы вентилятора и другого оборудования (например, циркуляционного насоса и автоматизации в тепловом пункте или для привода задвижек в тепловой камере (на фиг. 1-4 не показаны).

Таким образом, предлагаемый ТЭГ ТП за счет упрощения конструкции узлов крепления компонентов устройства, присоединения каналов охлаждения холодной зоны термоэлектрических преобразователей потоком воздуха к вытяжной системе вентиляции теплового пункта и частичной теплоизоляции трубопровода, обеспечивает возможность автономной работы теплового пункта системы отопления или электропривода задвижек в тепловой камере без подключения к электрической сети и снижает тепловые потери подающего трубопровода, что повышает эффективность работы системы теплоснабжения.

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий. Теплоэлектрогенератор теплового пункта содержит подающий трубопровод, расположенные вокруг его наружной поверхности два термоэлектрических блока, соединенные электропроводкой с инвертором, аккумулятором и потребителями термоэлектричества. Каждый термоэлектрический блок состоит из расположенных по периметру поверхности трубопровода, разделенных теплоизоляционными полосами N термоэлектрических секций, каждая из которых состоит из радиатора, выполненного в форме швеллера П-образного сечения из коррозионно-стойкого материала с высокой теплопроводностью. Нижняя поверхность основания радиатора по краям снабжена двумя рядами скоб, количество которых определяется надежностью крепления к низу основания радиатора n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с одноименными коллекторами, торцы радиаторов каждой термоэлектрической секции наложены на дистанционные полукольца, снабженные скобами, и соединены с ними вышеупомянутыми скобами, образуя между нижней поверхностью плоских термоэлектрических преобразователей и наружной поверхностью участка трубопровода зазор величиной Δ. Верхние концы ребер радиаторов термоэлектрических секций, соединенных с дистанционными кольцами каждой половины обоих термоэлектрических блоков, закрыты снаружи и соединены через скобы с полукожухом, снабженным вышеупомянутыми скобами и продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из коррозионно-устойчивого материала и соединенными с другим полукожухом, образуя цилиндрический кожух, закрывающий весь термоэлектрический блок, а на участке между обоими термоэлектрическими блоками оба их кожуха соединены с полукольцевыми коллекторами, образующими кольцевой коллектор, соединенный через вертикальную вытяжную трубу с вытяжной системой вентиляции. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности термоэлектрогенератора теплового пункта. 4 ил.

Термоэлектрогенератор теплового пункта, содержащий участок подающего трубопровода, два термоэлектрических блока, состоящие из N термоэлектрических секций, составленных из n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с одноименными коллекторами, термоэлектрические блоки насажены на трубопровод с зазором, равным Δ, и соединены электропроводкой с инвертором, аккумулятором и потребителями электроэнергии, при этом в состав каждого термоэлектрического блока входит цилиндрический кожух, состоящий из двух полуцилиндрических кожухов, выполненных из коррозионно-устойчивого материала и снабженных продольными фланцами, на верхнюю наружную поверхность плоских термоэлектрических преобразователей термоэлектрических секций наложены радиаторы, выполненные из гидростойкого материала с высокой теплопроводностью, на участке между термоэлектрическими блоками вышеупомянутые полукожухи снабжены полукольцевыми коллекторами, образующими в кожухе кольцевой коллектор, соединенный сверху с вертикальной вытяжной трубой, отличающийся тем, что N термоэлектрических секций разделены теплоизоляционными полосами, каждая секция состоит из радиатора, выполненного в форме швеллера П–образного сечения, нижняя поверхность основания радиатора по краям снабжена двумя рядами скоб, количество которых определяется надежностью крепления к низу основания радиатора n плоских термоэлектрических преобразователей, торцы радиаторов каждой термоэлектрической секции наложены на дистанционные полукольца, снабженные скобами, и соединены с ними вышеупомянутыми скобами, образуя между нижней поверхностью плоских термоэлектрических преобразователей и наружной поверхностью участка трубопровода зазор величиной Δ, верхние концы ребер радиаторов термоэлектрических секций, соединенных с дистанционными кольцами каждой половины обоих термоэлектрических блоков, закрыты снаружи и соединены через свои скобы с полукожухом, снабженным вышеупомянутыми скобами, а вертикальная вытяжная труба соединена с вытяжной системой вентиляции.