Термоэмиссионая надстройка Советский патент 1980 года по МПК H01J45/00 

(54) ТЕРМОЭМИССИОННАЯ НАДСТРОЙКА

I

Изобретение относится к области техники термоэмиссионного преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть . использовано для повышения КПД тепловых электростанций () и других энергетических установок.

Продукты сгорания топлива в топке котлоагрегата традиционной паротурбинной энергетической установки имеют температуру намного большую, чем это требуется для передачи тепла водяному пару.

Термоэмиссионные надстройки (ТЭН) могут преобразовывать это нереализуемое высокотемпературное тепло в электроэнергию и, таким образом, суш,ественно увеличивать эффективность энергетических установок.

Известна термоэмиссионная надстройка к ТЭС. Передача к ней тепла из топки котла осуществляется с помош,ью высокотемпературньгх тепловых труб. Непреобразованное в электроэнергию тёйло отбирается в паровую систему паротурбинной установки. Термоэмиссионные преобразователи (ТЭП), электроды которых имеют цилиндрическую форму, располагаются на конденсаторах тепловых труб. Коллекторы ТЭП охлаждаются непосредственно паром. Электрическая коммутация ТЭП может осуществляться последовательно. При этом, в зависи У1ости от количества ТЭП напряжение становится приемлемым для использования мощных инвертирующих устройств. Возможен вариант электрической коммутации с индуктивным соединением ТЭП с нагрузкой.

Существенным недостатком известной ТЭН является проблема создания ресурсоспособных, высокотемпературных тепловух труб, способных эффективно и надежно передавать тепло на достаточно большие расстояния. В настоящее время эта проблема ие решена. Кроме того, применение тепловых труб с литием в качестве рабочего тела представляет определенную опасность, так как возможное попадание литий в ат.мосферу 15 топки в результате разгерметизации труб может привести к взрывоопасной ситуации.

Наиболее близкой по технической сущности к описываемому изобретению является термоэмиссионная надстройка, содержащая топку котлоагрегата с теплообменником, снабженные эмиттерами, коллекторами и коллекторными тепловыми трубами термоэмиссионные преобразователи, герметично закрепленные в стенке топки и соединенные

sMHfтерныии и коллекторными токорыводами с коммутационными шинами.

Термоэмиссионные преобразователи раз мещёны непосредственно в топке котлоагрёгата тепловой электростанции и нагрев эмит Тёров производится непосредственно излучением. ТЭП в ТЭН имеют плоскую Геометрий электродов с площадью эмиссионной поверхности 50 см, выходной генерируемой электрической мощностью 0,25 кВт и напряжением 0,5 В. Коллекторами ТЭП являются торцы испарителей коллекторных тепловых труб; конденсаторы которых имеют цилиндрическую форму с ребрами охлаждения. ТЭП размещены и герметично уплотнены в отверстиях на стенке топки, при этом эмиттеры ТЭП обращены внутрь топки. На Тнёкотором расстоянии от стенки топки располагается наружная стенка топки. Таким образом, ТЭП находятся в зазоре между стенками топки, в котЬрой прокачивается воздух, снимающий тепло с конденсаторов коллекторных тепловых труб. Давление воздуха 140 атм. Токовыводы и электрическая коммутация ТЭП находится в потоке теплоносителя. ТЭП соединЖТся меж- , ду собой последовательно для обеспечения воЗможности применения мощных инвертирующих устройств, причем коммутационные щины закреплены на токовыводах ТЭП посредством резьбовых соединений;

Существенным недостатком известной ТЭН является отсутствие возможности доступа к ТЭП во время работы котлоагрегата, в результате чего снижается надежность ТЭН, ее экоТ1омичность, усложняется процесс эксплуатации. Доступ к ТЭП, а именно к токовыводам и коммутацибнным 1шкнам, во время работы котлоагрегата необходимы в силу целого ряда причин. Например, для контроля и устранения неисправностей в системе электрической коммутации ТЭП, выявления и отключения (шунтирования) прекративших работу ТЭП попричине возможной разгерметизаций межэлектродного зазора, замыкания электродов и пр.

Однако, выявлять вышедшие из строя ТЭП только, измеряя Напряжение между электродами, для чего необходимо, чтобы ТЭП находились в рабочем срстоянии. Кроме того, при замене неисправных ТЭП требуется уплотнять место размещения ТЭП HatTeHke топки с Целью йсклнэчётнййпбйеьса. относительно холодного теплоносителя в топку.

Целью настоящего изобретения является ШвьГшение надежности, экономичности .и упрощение эксплуатации ТЭН.,

Указанная цель достигается тем, что в ТЭН теплообменник образован внутренней стенкой топки котлоагрегата и размещенной параллельно ей наружной стенкой, которая дистанционирована от внутренней стенки топки обращенными ббльШйми основаниями

1гедт гг«р тиедгшшйнёншм-гт

стиями во внутренней стенке топки и на наружной стенке трубчатыми коническими втулками, образующими сквозные конические гнезда, кудавставлены конические конденсаторы коллекторных тепловых труб с наружными продольными пазами, в которых размещены выведенные за наружную стенку эмиттерные токовывбды, соединенные с коммутационнь1ми шинами, которые, как и коллекторные коммутационные шины, а также средства для закрепления термоэмиссионных преобразователей в указанных конических гнездах, размещены за наружной стенкой на торцах конденсаторов коллекторных тепловых труб.

Устройство для закрепления ТЭП, а также коммутационных шин к эмиттерным токовыводам может быть выполнено в виде шайбы с центральным резьбовым отверстием и соосными с ним резьбо выми отверстиями меньшего диаметра; расположенными по радиусу шайбы, навернутой на торец конденсатора коллекторной тепловой трубы. В шайбу до упора в наружную стенку теплообменника вставлены винты, концы которых имеют электроизоляционное покрытие, обеспечивая закрепление ТЭП в гнездах теплообменника. Под шайбой размещена электроизоляционная прокладка и один и.з концов коммутационной шины, имеющий конические Отверстия, плотно сопряженные по конической посадке с соответствующими им по профилю концами эмиттерных токовы0 водов. Трубчатые конические втулки могут быть выполнены совместно со стенкой топки и изготовлены, например, штамповкой.

На фиг. 1 дан продольный разрез части стенки топКй КотЛОэтрегата с встроенными в нее ТЭП; на фиг. 2-вид по стрелке Б

на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

ТЭП 1 содержит плоские эмиттеры 2 и коллекторы 3. Эмиттеры выполнены в виде стаканов, например, из сплава ВХ-2К, тепло0 воспринимающая поверхность имеет форму шестигранника и покрыта тонким слоем жаростойкого покрытия 4. Тепловоспринимающие поверхности;эмиттеров могут иметь нарезку с целью увеличения площади тепловосприятия. На Внутреннюю поверхность

эмиттеров может бьгть Нанесено эмиссионное покрытие, например вольфрам. Коллекторами служат терЦЫ коллекторных тепловых труб 5, являющейся испарителями; на которые может быть нанесен слой эмиссиоинод то ШкрытиЯ, наггрймер Ькисленного титана. Коллекторы через металлокерамические узлы 6 соединены с эмиттерами 2, образуя внутренние полости ТЭП, заполняемые парами цезия. При этом источник цезия может быть расположен в теле коллектора 3.

5 Конденсаторы 7 коллекторных тепловь1Х труб 5 имеют коническую форму с продольными пазами 8 на образующей и покрыть ТОНКИМ слоёи электроизоляционного покрытия 9. В пазах 8 конденсаторов 7 коллекторных тепловых труб 5 размещены стержни 10 из токопроводящего материала. Одни концы этих стержней припаяны к эмиттерам 2, другие концы выполнены коническими-. Свободный объем пазов 8 заполнен электроизоляционным материалом, например, алюмофосфатным цементом. ТЭП размещены в конических сквозных гнездах теплообменника 11, служащего стенкой топки котлоагрегата. Уплотнение ТЭП в конических сквозных гнездах с целью обеспечения хорошего теплового контакта с теплообменником осуществляется с помощью упорных винтов 12, ввернутых в прижимные щайбы 13, навернутые на хвостовики конденсаторов тепловых труб. ТЭП на теплообменнике 11 расположены в щахматном порядке с небольшими промежутками между тепловоспринимагощими поверхностями эмиттеров. Таким образом, обеспечивается полное заполнение стенок топки преобразователями. Промежутки между эмиттерами ТЭП заполнены огнеупорной электроизоляционной замазкой 14, например хромитовой массой.

Теплообменник 11, являющийся одновременно стенкой топки котлоагрегата, содержит внутреннюю 15 и наружную 16 стенки. зазор между которыми дистанционирован полыми коническими втулками 17, обращенными больщими основаниями внутрь топки и герметично соединенными с отверстиями во внутренней и наружной стенках теплообменника. В полости теплообменника прокачивается теплоноситель, например, водяной пар. Направление течения теплойосителя показано стрелками.

Электрическая коммутация ТЭП выведена на наружную стенку теплообменника и осуществляется посредством коммутационных щин 18, имеющих на одном конце центральные отверстия с диаметром несколько больше, чем диаметр хвостовиков конденсаторов тепловых труб, и расположенные по радиусу конические отверстия с конусностью, аналогичной конусности концов эмиттерных токовыводов стержней 10. Плотный контакт коммутационных шин с эмиттерными токовыводами осуществлен с помощью прижимных щайб 13 и электроизоляционных прокладок 19. Зазоры между коммутационными шинами и торцами конденсаторов тепловыхтруб, а также наружной стенкой теплообменника обеспечивают электроизоляцию как между электродами, так и между электродами и массой теплообменника. Другие концы коммутационных, щин 18 имеют конические отверстия, хвостовики кон денсаторов тепловых труб соседних ТЭП накинуты и прижаты по конусам торцов тепловых труб гайками 20. Наружная стенка теплообменника, а также хвостовики конденсаторов тепловых труб и коммутационные шины, закрыты съемными теплоэлектроизоляционными плитами 21, выполненными, например), - изсовелита.

Описываемая ТЭН функционирует следующим образом.

В топке котлоагрегата тепловой электростанции сжигают топливо, например, каменный уголь,а в теплообменнике 11 прокачивают теплоноситель, например, водяной пар. 0 Большая часть тепла, образующегося в процессе сгорания топлива, излучением передается эмиттерам 2, которые, в свою очередь, также излучением нагревают коллекторы 3 и коллекторные тепловые трубы 5. Благодаря постоянному отбору тепла с коллекторов теплоносителем посредством коллекторных тепловых труб между эмиттерами и коллекторами образуется разность температур, в результате чего возникает ток эмиссии, который подают на нагрузку. Теплоо носитель из теплообменника направляют на паровую турбину для выработки дополнительной электроэнергии с последующим возвратом в теплообменник.

W

Формула изобретения

Термоэмиссионная надстройка, содержащая топку котлоагрегата с теплообменником, снабженные эммитерами, коллекторами

и коллекторными тепловыми трубами термоэмиссионные преобразователи, герметично закрепленные в стенке топки и соединенные эмиттерными и коллекторными токовыводами с коммутационными шинами, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, экономичности и упрощения эксплуатации, теплообменник образован внутренней стенкой топки котлоагрегата и размещенной параллельно ей наружной cтeнкoйj которая дистанционирована от внутренней

стенки топки обращенными больщими основаниями к топке, герметично соединенными с отверстиями во внутренней стенке топки и наружной стенке трубчатыми коническими втулками, образующими сквозные конические гнезда, куда вставлены конические конденсаторы коллекторных тепловых труб с наружными продольными пазами, в которых размещены выведенные за наружную стенку эмиттерные токовыводы, соединенные с коммутационными шинами, которые, как и коллекторные коммутационные щины, а также средства для закрепления термоэмиссионных преобразователей в указанных конических гнездах, размещены за наружной стенкой на торцах конденсаторов коллекторных тепловых труб.

744786

ipi/i.f

Фиг. 2