Результат интеллектуальной деятельности: Термоэлектрический источник электроснабжения для теплового пункта

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

Известен термоэлектрический тепловой насос для бытового отопления, содержащий нагреваемый проточный теплообменник, батарею термоэлектрических модулей (термоэлектрический блок), установленный между, вводящими и отводящими теплоноситель, трубами к батарее отопления на двухтрубной системе отопления, причем в обоих теплообменниках установлены перегородки, которые разбивают поток теплоносителя и равномерно распределяют его по всему объему теплообменников, при этом регулирование температуры батареи отопления осуществляется при помощи биметаллического реле, устанавливаемого непосредственно на батарее отопления [Патент РФ №2367855, F25B30/00, F25B21/02, 2009].

Основными недостатками известного термоэлектрического теплового насоса является сложность и громоздкость его конструкции из-за наличия двух теплообменников с арматурой, невозможность регулирования температуры батарей отопления без подачи электроэнергии от постороннего источника, что уменьшает эффективность и надежность работы системы отопления в случае прекращения электроснабжения.

Более близким к предлагаемому изобретению является циркуляционный термоэлектронасос для системы отопления, содержащим подающий и циркуляционный трубопроводы, термоэлектрический блок, насаженный на подающий трубопровод, соединенный электропроводкой с инвертором, аккумулятором и электродвигателем насоса, устроенного в циркуляционном трубопроводе, причем термоэлектрический блок состоит из двух полуцилиндрических кожухов с продольными щелями, участок подающего трубопровода, с созданием между внутренней поверхностью полуцилиндров и наружной поверхностью участка трубопровода зазора шириной ∆, при этом в продольные щели полуцилиндрических кожухов вставлены продольные ребра, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала, внутри которых по всей их длине помещены зигзагообразные ряды, состоящие, из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэлектрических преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, свободные концы зигзагообразных рядов каждой пары ребер с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками, соединены между собой образуя теплоэлектрические секции и образуя термоэлектрический блок, снабженный токовыводами с одноименными зарядами, соединенными электропроводкой с инвертором [Патент РФ №2614349, F25B21/02, F04D13/06, F25B30/00, F24D17/02, H01L35/32, 2017].

Основными недостатками известного циркуляционного термоэлектрического насоса является сложность изготовления и недостаточная мощность для обслуживания теплового пункта, обусловленная конструкцией теплоэлектрических секций, что уменьшает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности термоэлектрического источника электроснабжения для теплового пункта.

Технический результат достигается термоэлектрическим источником электроснабжения для теплового пункта, включающим участок подающего трубопровода в тепловом пункте, расположенный вокруг его наружной поверхности термоэлектрический блок, соединенный электропроводкой с инвертором, аккумулятором, электродвигателем циркуляционного насоса и электроприводом регулировочного клапана, причем термоэлектрический блок состоит из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций, каждая из которых представляет собой продольную рамку, состоящую из n клеток, на торцах каждой рамки устроены два крепежных и одно регулировочное резьбовых отверстия с двумя крепежными и одним регулировочным болтами, соответственно, торцы рамок снабжены двумя крепежными ушками с отверстиями, через которые рамки соединены между собой по периметру монтажными болтами с созданием между внутренней поверхностью рамок и ближайшей наружной поверхностью трубопровода зазора размером Δ, образованного регулировочными болтами, между рамками по их длине расположены уплотнительные прокладки, выполненные из электрогидроизоляционного материала, причем в клетки рамок термоэлектрических секций на резиновые прокладки уложены n плоских элементов Пелтье, соединенных токовыводами с одноименными коллекторами, причем на верхнюю наружную поверхность элементов Пелтье каждой рамки наложены радиаторы, выполненные из гидростойкого материала с высокой теплопроводностью, снабженные на торцах двумя крепежными и одним проходным отверстиями и прижатые к верхней поверхности элементов Пелтье крепежными болтами.

На фиг. 1 представлены схема термоэлектрического источника электроснабжения для теплового пункта (ТЭИЭС), на фиг. 2, 3 – общий вид и разрез термоэлектрического блока (ТЭБ), на фиг. 4,5 – узел соединения элементов Пелтье термоэлектрической секции (ТЭС).

Предлагаемый ТЭИЭС содержит подающий трубопровод 1, расположенный вокруг его наружной поверхности термоэлектрический блок (ТЭБ) 2, соединенный электропроводкой с инвертором 3, аккумулятором 4, электродвигателем циркуляционного насоса и электроприводом регулировочного клапана (на фиг. 1-5 не показаны), причем ТЭБ 2 состоит из расположенных на поверхности трубопровода N термоэлектрических секций (ТЭС) 5, каждая из которых представляет собой продольную рамку 6, состоящую из n клеток 7, на торцах каждой рамки 6 устроены два крепежных 8 и одно регулировочное 9 резьбовых отверстия с двумя крепежными 10 и одним регулировочным 11 болтами, соответственно, торцы рамок 6 снабжены двумя крепежными ушками 12 с отверстиями 13, через которые рамки 6 соединены между собой по периметру болтами 14 с созданием между внутренней поверхностью рамок 6 и ближайшей наружной поверхностью трубопровода 1 зазора 15 размером Δ, образованного регулировочными болтами 11, между рамками 6 по их длине расположены уплотнительные прокладки 16, выполненные из электрогидроизоляционного материала. В клетки 7 на резиновые прокладки 17 уложены своими нижними кромками n плоских элементов Пелтье 18, соединенных токовыводами 19, 20 с одноименными коллекторами 21 и 22, причем на верхнюю наружную поверхность элементов Пелтье 18 каждой рамки 6 ТЭС 5 наложены радиаторы 23, выполненные из гидростойкого материала с высокой теплопроводностью, снабженные на торцах двумя крепежными 24 и одним проходным 25 отверстиями и прижатые к наружной поверхности элементов Пелтье 18 крепежными болтами 10.

Предлагаемый ТЭИЭС, представленный на фиг. 1–5, работает следующим образом. ТЭИЭС устанавливается в процессе монтажа или реконструкции теплового пункта системы отопления, для чего предварительно собранные ТЭС 5 в комплекте с радиаторами 23 продольно накладываются на участок подающего трубопровода 1 в помещении теплового пункта и крепятся между собой по периметру трубопровода 1 посредством стяжки через крепежные отверстия 13 ушек 12 монтажными болтами 14. В процессе монтажа зазор 15 регулируется регулировочными болтами 11 (размер зазора Δ выбирается из условия отсутствия контакта нижней поверхности элементов Пелтье 17 с наружной поверхностью трубопровода 1 и поддержания температуры воздушной прослойки не выше 100°С во избежание их перегрева), а между рамками 6 вставляются уплотнительные прокладки 16. После монтажа ТЭС 5 токовыводы 19 и 20 всех элементов Пелтье 18 соединяют электропроводкой через коллекторы одноименных зарядов 21 и 22, инвертор 3 с аккумулятором 4, электродвигателем насоса и электроприводом регулировочного клапана (на фиг.1–5 не показаны).

При движении горячей воды в подающем трубопроводе 1 с температурой t_Г в помещении теплового пункта с температурой воздуха t_С создается значительная разность температур между температурой наружной поверхности трубопровода 1 t_П и температурой воздуха (t_П- t_С),в результате чего между ними происходит процесс теплообмена. При этом, происходит нагрев через воздушную прослойку нижней зоны нагрева элементов Пелтье 18 и одновременное быстрое охлаждение их верхней зоны за счет контакта радиаторов 23 за счет высокой теплопроводности их материала, плотно прижатых к к верхней поверхности элементов Пелтье 18 [И.Н. Сушкин. Теплотехника. – М.: «Металлургия», 1973, с. 195–198]. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения элементах Пелтье 18 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 через коллекторы 21, 22 поступает в инвертор 3, где создается требуемое напряжение и сила тока и подается в аккумулятор 4, электродвигатель и электропривод насоса и регулировочного клапанам (на фиг. 1–5 не показаны).

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 19, 20 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества и характеристик элементов Пелтье 18 в ТЭС 5, их числа в ТЭБ 2, теплотехнических характеристик радиаторов 23 и величины зазора 15 равную Δ, которую регулируют регулировочными 11 и монтажными 14 болтами. При необходимости устанавливают несколько ТЭБ 2. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от расхода горячей воды и величины разности температур (t_П–t_С) регулируют в инверторе 3. Полученное электричество используется для работы насоса и, например, для автоматизации работы теплового пункта (на фиг. 1-5 не показан).

Таким образом, конструкция предлагаемого ТЭИЭС за счет повышения мощности обеспечивает возможность автономной работы теплового пункта системы отопления без подключения к электрической сети, а конструкция ТЭБ 2 (источник ЭДС) позволяет заменять вышедшие из строя элементы Пелтье и ТЭС на действующей системе отопления, что повышает его эффективность.