Термоэлектрический воздухоподогреватель для автономного теплогенератора Российский патент 2024 года по МПК F24H3/00 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к системам поквартирного отопления и электроснабжения жилых зданий.

Известен теплоэлектрогенератор для автономного энергоснабжения, содержащий наружный и внутренний вертикальные прямоугольные коробы, универсальную топку с газоходом, газовый патрубок, первичный и вторичный контуры, стенки наружного и внутреннего коробов, крышек, днищ и вертикальных перегородок, 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 (термоэлектрических) преобразователей, выполненных из пары отрезков разных металлов M1 и М2, концы которых соединены между собой контактными спаями, пары которых соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы и перемычки, образуя теплоэлектрические секции и теплоэлектрические блоки, которые присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с токовыводами [Патент РФ №2599087, МПК F24H 1/00, 2016].

Основными недостатками известного термоэлектрогенератора для автономного энергоснабжения является сложность и громоздкость его конструкции, невозможность использования тепла уходящих дымовых газов для генерации термоэлектричества, что уменьшает его надежность и эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является термоэлектрический источник электроснабжения для автономного теплогенератора, содержащим теплогенератор, газовый патрубок, соединенный с магистральнной трубой дымовых газов, участок которого на выходе из теплогенератора покрыт цилиндрическим воздушным кожухом, составленным из двух полукожухов, снабженных крепежными отверстиями, в которые вставлены сквозные крепежные болты, заглушенных с внутреннего торца и образующих с наружного торца кольцевую заборную щель, причем кожух соединен воздуховодом, снабженным дутьевым вентилятором, с топкой теплогенератора, внутри полости кожуха вокруг наружной поверхности вышеупомянутого участка газового патрубка расположен термоэлектрический блок, соединенный электропроводкой с электродвигателем вентилятора, инвертором и аккумулятором, при этом, термоэлектрический блок состоит, из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций, каждая из которых представляет собой продольную рамку, установленную с зазором Δ от наружной поверхности газопровода и состоящую из n клеток, на торцах которой устроены по одному крепежному резьбовому отверстию, в которые вкручены сквозные крепежные болты, а на кромки клеток уложены своими нижними кромками n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с коллекторами одноименных зарядов, на верхнюю наружную поверхность плоских термоэлектрических преобразователей каждой термоэлектрической секции наложены радиаторы, выполненные из гидростойкого материала с высокой теплопроводностью, снабженные на торцах проходными отверстиями и прижатые к наружной поверхности плоских термоэлектрических преобразователей прижимными гайками на сквозных крепежных болтах [Патент РФ №2725303, МПК F24H 1/00, C23F 13/00, 2020].

Основными недостатками известного термоэлектрического источника для автономного термоэлектрогенератора являются наличие тепловых потерь от цилиндрического кожуха в окружающую среду, обусловленное отсутствием его теплоизоляции, значительное аэродинамическое сопротивление, обусловленное большим количеством ребер радиатора и высокое термическое сопротивление теплопередаче от потока воздуха к наружной стенке плоского термоэлектрического преобразователя, обусловленное наличием сплошного основания радиатора, закрывающего всю наружную стенку вышеупомянутого преобразователя, а также наличие перетока части приточного воздуха из полости кожуха в зазор между газовым патрубком и основанием термоэлектрической секции, обусловленное щелями между термоэлектрическим секциями, что уменьшает его надежность и эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического воздухоподогревателя для автономного теплогенератора.

Технический результат достигается термоэлектрическим воздухоподогревателем для автономного теплогенератора, содержащим газовый патрубок, покрытый снаружи цилиндрическим воздушным кожухом, состоящим из двух полукожухов, покрытых слоем теплоизоляции и снабженных крепежными отверстиями, в которые вставлены сквозные крепежные болты, термоэлектрический воздухоподогреватель соединен с теплогенератором и магистральной трубой дымовых газов, воздушный кожух заглушен с внутреннего торца и образует с наружного торца кольцевую заборную щель и соединен воздуховодом, снабженным дутьевым вентилятором, с топкой теплогенератора, внутри него вокруг наружной поверхности газового патрубка устроен термоэлектрический блок, соединенный электропроводкой с электродвигателем вентилятора, инвертором и аккумулятором, сам термоэлектрический блок состоит, из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций, каждая из которых представляет собой продольную рамку, установленную с зазором Δ от наружной поверхности газового патрубка и состоящую из n клеток, на ее торцах устроены крепежные резьбовые отверстия, в которые вкручены сквозные крепежные болты, между боковыми сторонами продольных рамок каждой термоэлектрической секции встроены продольные уплотнения, а на кромки клеток уложены своими нижними кромками n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с коллекторами одноименных зарядов, причем на верхнюю наружную поверхность плоского термоэлектрического преобразователя каждой рамки термоэлектрической секции наложены П-образные радиаторы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, ширина основания которых равна ширине плоского термоэлектрического преобразователя и состоит из n клеток, границы длины которых проходят посредине каждого плоского термоэлектрического преобразователя, а торцы снабжены проходными отверстиями и прижаты к наружной поверхности крайнего плоского термоэлектрического преобразователя прижимными гайками на сквозных крепежных болтах.

На фиг. 1 представлены схема термоэлектрического воздухоподогревателя для автономного теплогенератора (ТЭВПАТГ), на фиг. 2, 3 - общий вид и разрез термоэлектрического блока (ТЭБ), на фиг. 4-6 - узел соединения элементов плоских термоэлектрических преобразователей (ПТЭП) термоэлектрической секции (ТЭС).

Предлагаемый ТЭВПАТГ содержит газовый патрубок 1, покрытый снаружи цилиндрическим воздушным кожухом 2, состоящим из двух полукожухов 3, покрытых слоем теплоизоляции 4 и снабженных крепежными отверстиями 5, в которые вставлены сквозные крепежные болты 6, соединенный с теплогенератором 7 и магистральной трубой дымовых газов 8, причем кожух 2 заглушен с внутреннего торца и образует с наружного торца кольцевую заборную щель 9, а также соединен воздуховодом 10, снабженным дутьевым вентилятором 11, с топкой теплогенератора 7, внутри него вокруг наружной поверхности газового патрубка 1 устроен термоэлектрический блок (ТЭБ) 12, соединенный электропроводкой с электродвигателем вентилятора 11, инвертором и аккумулятором (на фиг. 1-6 не показаны), сам ТЭБ 12 состоит, из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций (ТЭС) 13, каждая из которых представляет собой продольную рамку 14, установленную с зазором Δ от наружной поверхности газового патрубка 1 и состоящую из n клеток 15, на торцах которой устроены по одному крепежному резьбовому отверстию 16, в которые вкручены сквозные крепежные болты 6, между боковыми сторонами продольных рамок 14 каждой ТЭС-13 встроены продольные уплотнения 17, а на кромки клеток 15 уложены своими нижними кромками n плоских термоэлектрических преобразователей (ПТЭП) 18 (в качестве ПТЭП могут быть использованы, например, элементы Пелтье), соединенных токовыводами 19, 20 с коллекторами одноименных зарядов 21 и 22, причем на верхнюю наружную поверхность ПТЭП 18 каждой рамки 14 ТЭС 13 наложены П-образные радиаторы 23, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, ширина основания которых равна ширине ПТЭП 18 и состоит из n клеток 24, границы длины которых проходят посредине каждого ПТЭП 17, а торцы снабжены проходными отверстиями 25 и прижаты к наружной поверхности ПТЭП прижимными гайками 26 на сквозных крепежных болтах 6.

ТЭВПАТГ устанавливается в процессе монтажа или реконструкции системы поквартирного отопления, для чего предварительно собранные ТЭС 13 в комплекте с радиаторами 23 крепятся к внутренней поверхности полукожухов 3 крепежными болтами 6 и прижимными гайками 26, после чего полукожухи 3 продольно накладываются на участок газового патрубка 1 и крепятся между собой (узлы крепления на фиг. 1-6 не показаны). Размер зазора Δ выбирается из условия отсутствия контакта нижней поверхности ПТЭП 18 с наружной поверхностью газового патрубка 1 и поддержания температуры воздушной прослойки не выше 100°С во избежание их перегрева. После монтажа ТЭС 13 и всего ТЭБ 12 токовыводы 19 и 20 всех ПТЭП 18 соединяют электропроводкой через коллекторы одноименных зарядов 21 и 22 с электродвигателем 13 вентилятора 11 и другими потребителями электроэнергии (на фиг. 1-6 не показаны).

ТЭВПАТГ, представленный на фиг. 1-6, работает следующим образом. После запуска теплогенератора 7 и дутьевого вентилятора 11 при движении горячих дымовых газов в газовом патрубке 1 с температурой t_Г в помещении или снаружи с температурой воздуха t_С создается значительная разность температур между температурой наружной поверхности патрубка 1 t_П и температурой воздуха (t_ГП - t_С), поступающего в через заборную кольцевую щель 9 в полость кожуха 2, в результате чего между ними происходит процесс теплообмена. При этом, происходит нагрев через воздушную прослойку толщиной Δ от стенки патрубка 1 нижней поверхности ПТЭП 18 и одновременное быстрое охлаждение их верхней поверхности и радиаторов 23, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, за счет контакта с потоком приточного воздуха, поступающего через кольцевую щель 9 кожуха 2, в том числе и непосредственного контакта этого воздуха, поступающего через клетки 24, с верхней поверхностью ПТЭП 18, что повышает скорость теплопередачи. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения ПТЭП 18 вызывает в них эмиссию электронов и возникновение в ТЭС 13 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506]. Полученное термоэлектричество каждой ТЭС 13 суммируется в ТЭБ 12 и через коллекторы 21, 22 поступает в инвертор (на фиг. 1-6 не показан), где создается требуемое напряжение и сила тока и подается в электродвигатель 13 вентилятора 11, аккумулятор и другим потребителям (на фиг. 1-6 не показаны).

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 19, 20 зависит от разности температур на спаях металлов M1 и М2, их характеристик, количества и характеристик элементов ПТЭП 18 в ТЭС 13, их числа в ТЭБ 12, теплотехнических характеристик радиаторов 23, размеров их клеток 24 и величины зазора Δ, которую устанавливают при монтаже. При необходимости устанавливают несколько ТЭБ 12. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от нагрузки теплогенератора 7 и величины разности температур (t_П - t_С) регулируют в инверторе (на фиг. 1-6 не показан). Полученное электричество используется для работы вентилятора 11 и, например, для автоматизации работы теплогенератора 7.

Таким образом, конструкция предлагаемого ТЭВПТГ за счет снижения тепловых потерь от цилиндрического кожуха в окружающую среду, уменьшения аэродинамического сопротивления, непосредственного контакта охлаждающего воздуха с верхней поверхностью ПТЭП и снижения термического сопротивления теплопередаче от потока воздуха к этой стенке обеспечивает повышение его надежности и эффективности и возможность автономной работы теплогенератора системы поквартирного отопления без подключения к электрической сети.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к системам поквартирного отопления и электроснабжения жилых зданий. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического воздухоподогревателя для автономного теплогенератора. Технический результат достигается термоэлектрическим воздухоподогревателем для автономного теплогенератора, содержащим газовый патрубок, покрытый снаружи цилиндрическим воздушным кожухом, состоящим из двух полукожухов, покрытых слоем теплоизоляции и снабженных крепежными отверстиями, в которые вставлены сквозные крепежные болты, соединенный с теплогенератором и магистральной трубой дымовых газов, воздушный кожух заглушен с внутреннего торца и образует с наружного торца кольцевую заборную щель и соединен воздуховодом, снабженным дутьевым вентилятором, с топкой теплогенератора, внутри него вокруг наружной поверхности газового патрубка устроен термоэлектрический блок, соединенный электропроводкой с электродвигателем вентилятора, инвертором и аккумулятором. Термоэлектрический блок состоит из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций, каждая из которых представляет собой продольную рамку, установленную с зазором Δ от наружной поверхности газового патрубка и состоящую из n клеток. На ее торцах устроены крепежные резьбовые отверстия, в которые вкручены сквозные крепежные болты, между боковыми сторонами продольных рамок каждой термоэлектрической секции встроены продольные уплотнения, а на кромки клеток уложены своими нижними кромками n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с коллекторами одноименных зарядов. На верхнюю наружную поверхность плоского термоэлектрического преобразователя каждой рамки термоэлектрической секции наложены П-образные радиаторы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, ширина основания которых равна ширине плоского термоэлектрического преобразователя и состоит из n клеток, границы длины которых проходят посредине каждого плоского термоэлектрического преобразователя, а торцы снабжены проходными отверстиями и прижаты к наружной поверхности крайнего плоского термоэлектрического преобразователя прижимными гайками на сквозных крепежных болтах. 6 ил.

Термоэлектрический воздухоподогреватель для автономного теплогенератора, содержащий газовый патрубок, покрытый снаружи цилиндрическим воздушным кожухом, состоящим из двух полукожухов, снабженных крепежными отверстиями, в которые вставлены сквозные крепежные болты, соединенный с теплогенератором и магистральной трубой дымовых газов, воздушный кожух заглушен с внутреннего торца и образует с наружного торца кольцевую заборную щель и соединен воздуховодом, снабженным дутьевым вентилятором, с топкой теплогенератора, внутри него вокруг наружной поверхности газового патрубка устроен термоэлектрический блок, соединенный электропроводкой с электродвигателем вентилятора, инвертором и аккумулятором, который состоит из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций, каждая из которых представляет собой продольную рамку, установленную с зазором Δ от наружной поверхности газового патрубка и состоящую из n клеток, на ее торцах устроены крепежные резьбовые отверстия, в которые вкручены сквозные крепежные болты, а на кромки клеток уложены своими нижними кромками n плоских термоэлектрических преобразователей, соединенных токовыводами с коллекторами одноименных зарядов, причем на верхнюю наружную поверхность каждого из них каждой термоэлектрической секции наложены радиаторы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, прижатые к наружной поверхности плоских термоэлектрических преобразователей, отличающийся тем, что полукожухи покрыты слоем теплоизоляции, радиаторы выполнены П-образными, ширина основания их равна ширине плоского термоэлектрического преобразователя и состоит из n клеток, границы длины которых проходят посредине каждого плоского термоэлектрического преобразователя, а между боковыми сторонами продольных рамок каждой термоэлектрической секции встроены продольные уплотнения.