Термоэлектрический теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D7/10 F28F13/00 

1

(21)4883512/06 (22)21.11.90 (46)23.09.92. Бюл. №35

(71)Дагестанский политехнический институт

(72)Т.А.Исмаилов, Ю.Н.Цветков, А.Б.Сулин, А.Б.Гусейнов, Н.Р.Салманов и И.Р.Каримов (56) Авторское свидетельство СССР

№ 1483234, кл. F 28 F13/14, 1989

Патент США № 4634803, кл. Н 01 L

35/28, опублик. 1987.

Авторское свидетельство СССР

№439252, кл. Н 01 L 35/02, 1973.

(54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛООБМЕННИК

(57) Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: теплообменник содержит коаксиально расположенные внешнюю и внутреннюю трубы. Последняя снабжена продольными ребрами 2, каждое из которых имеет теплоизолированный участок, размещенный внутри внешней трубы, и участок, расположенный снаружи внешней трубы. Последняя выполнена с радиальными отверстиями под ребра, имеющими наружные отбортовки 4, а между ними и ребрами 2 размещены термоэлектрические элементы. 5 ил.

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано для интенсификации теплопередачи.

В теплообменнике передача тепла осуществляется через стенку, разделяющую потоки двух сред, эффективность теплопередачи при этом определяется коэффициентом теплопередачи и располагаемым температурным напором.

Известны устройства, в которых для интенсификации теплопередачи используются различные механические воздействия на процесс истечения теплоносителя путем изменения проходного сечения каналов, сообщения потоку пульсирующего движения, создания в стенках каналов зон с различной теплопроводностью и т.п. Все эти воздействия направления на увеличение коэффициента теплопроводности, как, например, в 1.

Известны также технические решения в которых интенсификация достигается за счет изменения температурного напора между потоками двух сред, разделенных стенкой,

Одним из таких решений является устройство, описанное в 2. Это устройство содержит несколько термоэлектрических модулей (ТЭМ), на одной стороне каждого из которых имеется рабочий канал, куда поступает рабочая жидкость с заданной начальной температурой, а на другой - теплообменник, куда поступает вторая жидкость при заданной начальной температуре, протекающая в заданном направлении по отношению к потоку рабочей жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому решению является теплообменник 3, используемый в генераторе для термоэлектрического преобразования энергии.

VI

О

Сл 00

Ј

о

Этот теплообменник содержит коакси- ально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы, по которым протекают потоки сред с различной температурой, термоэлектрические элементы, расположенные на внешней поверхности внутренней трубы и защищенные от потока чехлом, и турбулиза- тор потока во внешней трубе, выполненный в виде проволочной спирали.

Недостатками указанного устройства являются недостаточные эффективность теплообмена и эксплуатационная надежность, т.к. термоэлектрические элементы расположены внутри трубы, к ним нет доступа, что исключает возможность замены от- дельных испортившихся элементов.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. интенсификация теплообмена и повышение эксплуатационной надежности.

Для достижения этой цели предлагается теплообменник, в котором внутренняя труба выполнена с продольными ребрами, выходящими ня поверхность внешней трубы через выполненные в последней ради- альной щели (отверстия), снабженные отбортовками. Термоэлектрические элементы расположены между отбортовками и ребрами в тепловом контакте с ними своими первыми и вторыми спаями. Причем, участ- ки ребер, расположенные внутри внешней трубы,теплоизолированы.

На фиг.1 изображен предлагаемый теплообменник; на фиг.2 - изменение температур потоков TI и Та по длине обычного прямоточного теплообменника; на фиг.З - то же, по длине предлагаемого теплообменника; на фиг.4 - применение изобретения в прямоточном теплообменнике; на фиг.5 -то же, в противоточном,

На этих фиг. t - температура, I - длина теплообменника, L- длина участка теплообменника, на котором внутренняя труба снабжена продольными ребрами и установлены термоэлектрические элементы.

Предлагаемое устройство представляет собой теплообменник типа труба в трубе, в котором происходит передача тепла между потоками с температурами Ti и Та. На стенке 1, разделяющей потокитеплоносите- лей Ti и Та, установлены продольные ребра 2, имеющие тепловой контакт с потоком Ti и теплоизолированный от потока Т2. На участке выхода ребер 2 на поверхности внешней трубы через выполненные в последней радиальные отверстия с ними контактируют первые спаи ТЭМ 3, вторые спаи которых через отбортовки 4 радиальных отверстий и стенку внешней трубы находятся в тепловом контакте с потоком Т2.

Устройство работает следующим образом.

Если тепло передается от потока, протекающего по внутренней трубе, к потоку во внешней трубе, т.е. Ti Та, то для интенсификации теплопередачи включают ток питания ТЭМ 3 такой полярности, чтобы тепло поглощалось первыми спаями ТЭМ, находящимися в тепловом контакте с ребрами 2. При этом понижается температура стенки 1, что увеличивает температурный напор от потока с температурой Ti и, следовательно, интенсифицируется теплопередача. Тепло, выделяемое на вторых спаях ТЭМ, через отбортовки 4 передается стенке внешней трубы, увеличивая ее температуру относительно температуры Т2, что включает эту стенку в теплообмен, также интенсифицируя теплопередачу. Сила тока питания ТЭМ выбирается такой, чтобы температура стенки 1 не становилась ниже температуры потока во внешней трубе, т.е. Та.

В случае, если тепло передается от потока во внешней трубе к потоку во внутренней, т.е. если Ti Та, то полярность тока питания меняется и его сила выбирается таким образом, чтобы температура стенки 1 не становилась выше температуры Та.

Как известно, в прямоточном теплообменнике наиболее эффективно работают участки теплообменной поверхности со стороны входа потоков теплоносителей (фиг.2), далее теплопередача менее эффективна. Поэтому применение предлагаемого изобретения в таких теплообменниках целесообразно в зоне низких температурных напоров, т.е. ближе к выходу теплоносителей (фиг.З и 4). Для противоточных теплообменников целесообразно выполнить внутреннюю трубу с продольными ребрами по всей длине (фиг.5).

Интенсификация теплопередачи при применении предлагаемого изобретения достигается, как за счет использования термоэлектрических модулей, так и за счет включения в теплообмен стенки внешней трубы, а эксплуатационная надежность увеличивается за счет расположения термоэлектрических элементов на поверхности теплообменника, что обеспечивает надежную их работу и возможность быстрой замены отдельных испортившихся элементов.

Формула изобретения Термоэлектрический теплообменник, содержащий коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы и термоэлектрические элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсификации теплообменника и эксплуатационной

надежности, внутренняя труба выполнена с продольными ребрами, каждое из которых имеет теплоизолированный участок, расположенный внутри внешней трубы, и участок, расположенный снаружи внешней трубы.

причем последняя выполнена с радиальными отверстиями под ребра, имеющими наружные отбортовки, а термоэлектрические элементы расположены между отбортовка- ми и ребрами.

Фиг. 2

1763841

С интеяа/фухатором

щшщщшшшщзппашпшшг

шшшЈ1Шзшт1ашт±

Фиг.З

Я00ЛШ& Л7вК

+д

-Б

Фиг.Ь

г j