Комплексный электрогенерирующий отопительный прибор

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

Известен отопительный прибор, включающий трубы греющего теплоносителя, выполненные в виде змеевика с двумя и более заходами, установленные одна под другой и снабженные размещенными относительно друг друга с зазором элементами оребрения, выполненными в виде С-образных пластин со средней и боковыми стенками, закрепленных на трубах греющего теплоносителя своими боковыми стенками и размещенных с вертикальной ориентацией средней стенки [Патент РФ №2151962, F24H 3/06, 2000].

Основными недостатками известного отопительного прибора являются малая поверхность теплообмена и невозможность попутной утилизации тепла для получения электрической энергии, что снижает его эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является отопительный прибор «Битермо», включающий два коллектора из труб с некруглым поперечным сечением, две трубы, связывающие полости коллекторов и установленные по одной на каждом конце между близлежащими сторонами коллекторов, ряд вертикальных труб ]-образной формы, связывающих полости коллекторов, несколько оребренных труб, установленные между крайними трубами и сообщенные с ним полостями, и панель между оребренными и ]-образными трубами, образующая дополнительную теплопередающую поверхность [Патент РФ №2130569, F24D 19/06, F24H 3/06, 1999].

Основными недостатками известного отопительного прибора являются сложная конструкция поверхностей теплообмена, увеличивающая гидравлическое сопротивление прибора и невозможность попутной утилизации тепла для получения электрической энергии, что снижает его надежность и эффективность.

Технической задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности и эффективности комплексного электрогенерирующего отопительного прибора.

Техническая задача решается комплексным электрогенерирующим отопительным прибором, который включает в себя две трубы верхнего и нижнего коллекторов, вертикальные трубы овального сечения, связывающие полости верхнего и нижнего коллекторов по всей их длине и установленные между их близлежащими сторонами, фронтальный и тыльный ряды вертикальных пластин прямоугольной формы, расположенных напротив вертикальных труб овального сечения, закрывая их по всей их высоте, образуя дополнительные теплообменные поверхности, причем каждая вертикальная пластина снабжена вертикальными щелями, высота которых равна длине вертикальных труб овального сечения, в каждую из которых вставлен вертикальный прямоугольный термоэлектрический преобразователь, выполненный из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью и присоединенный тыльным торцом своего корпуса к стенке вертикальной овальной трубы, в массиве которого помещены термоэмиссионные элементы, представляющие собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и М2, спаянные на концах между собой таким образом, что их спаи согнуты под углом 90° и расположены вблизи наружной поверхности корпуса термоэлектрического преобразователя параллельно ей, не касаясь ее, сами проволочные отрезки расположены параллельно друг другу, образуя П-образные ряды, крайние проволочные отрезки каждой пары П-образных рядов термоэлектрических преобразователей соединены снизу между собой перемычками, а сверху каждая пара П-образных рядов вышеупомянутых термоэлектрических преобразователей соединена между собой и выходными коллекторами через электрические конденсаторы, а сами выходные коллекторы, в свою очередь, соединены с накопительным блоком.

На фиг. 1-5 представлен комплексный электрогенерирующий отопительный прибор (КЭГОП): на фиг. 1 - общий вид КЭГОП; на фиг. 2-5 - основной узел и разрезы КЭГОП.

Предлагаемый комплексный электрогенерирующий отопительный прибор (КЭГОП) включает две трубы верхнего и нижнего коллекторов 1 и 2, вертикальные трубы овального сечения 3, связывающие полости коллекторов 1 и 2 по всей их длине и установленные между их близлежащими сторонами, фронтальный и тыльный ряды 4 и 5 вертикальных пластин прямоугольной формы 6, расположенных напротив вертикальных труб 3, закрывая их по всей их высоте, образуя дополнительные теплообменные поверхности, причем каждая вертикальная пластина 6 снабжена вертикальными щелями 7, высота которых равна длине вертикальных труб 3, в каждую из которых вставлен вертикальный прямоугольный термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 8, выполненный из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью и присоединенный тыльным торцом своего корпуса к стенке овальной трубы 3, в массиве которого помещены термоэмиссионные элементы (ТЭЭ) 9, представляющие собой парные проволочные отрезки 10 и 11, выполненные из разных металлов M1 и М2, спаянные на концах между собой таким образом, что их спаи 12 согнуты под углом 90° и располагаются вблизи наружной поверхности корпуса термоэлектрического преобразователя (ТЭП) 8 параллельно ей, не касаясь ее, а сами проволочные отрезки 10 и 11 расположены параллельно друг другу, образуя П-образные ряды 13, крайние проволочные отрезки 10 и 11 каждой пары П-образных рядов 13 ТЭП 8 соединены снизу между собой перемычками 14, сверху каждая пара П-образных рядов 13 ТЭП 8 соединена между собой и выходными коллекторами 15, 16 через электрические конденсаторы 17, а выходные коллекторы 15 и 16, в свою очередь, соединены с накопительным блоком (на фиг. 1-5 не показан).

В основу работы предлагаемого КЭГОП положено использование эффекта термоэлектричества, позволяющее прямое генерирование электричества из теплоты. Так как ТЭП 8 КЭГОП выполнена в виде П-образных рядов 13, изготовленных из парных проволочных отрезков 10 и 11, выполненных из разных металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, то при нагреве спаев 12 проволочных отрезков 10 и 11 ТЭЭ 9 и ТЭП 8, касающихся стенок труб 3 и охлаждении противоположных им спаев 12 воздухом помещения, на них устанавливаются разные температуры, в результате чего в П-образных рядах 13 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М.: «Наука», 1970, с. 502-506]. П-образное расположение ТЭЭ 9 в рядах 13 в ТЭП 8 позволяет значительно увеличить их удельное количество, приходящееся на единицу длины ряда 13, а параллельное расположение спаев 12 относительно наружной поверхности ТЭП 8 увеличивает площадь контакта спаев 12 с охлаждаемой (нагреваемой) поверхностями, что интенсифицирует процесс теплообмена между противоположными спаями 12. Кроме того, соединение парных ТЭП 8 вертикальных рядов 13 между собой и выходными коллекторами 15, 16 последовательно через электрические конденсаторы 17 снижает электрическое сопротивление КЭГОП.

КЭГОП работает в период отопительного сезона следующим образом. Количество ТЭП 8, входящих в него, определяется в зависимости от его тепловой мощности, его размеров, числа и длины труб 3. Сборку КЭГОП осуществляют перед монтажом системы отопления, после чего КЭГОП соединяют с накопительным блоком и потребителем (на фиг. 1-5 не показаны).

При включении системы отопления в ТЭП 8, которые выполнены в виде П-образных рядов 13, изготовленных из парных проволочных отрезков 10 и 11, выполненных из разных металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, в результате нагрева спаев 12 проволочных отрезков 10 и 11 ТЭЭ 9 и ТЭП 8, касающихся стенок труб 3 и охлаждения противоположных им спаев 12 воздухом помещения, на них устанавливаются разные температуры, и в П-образных рядах 13 появляется термоэлектричество, которое через коллекторы 15, 16 поступает в накопительный блок и потребителю (на фиг. 1-5 не показаны).

Величина разности электрического потенциала на выходных коллекторах 15 и 16, сила электрического тока зависит характеристик пар металлов M1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 10 и 11, числа ТЭЭ 9 в П-образных рядах 13 и их числа в ТЭП 8, разности температур на противоположных спаях 12 ТЭЭ 9, числа ТЭП 8 в КЭГОП. Полученный электрический ток можно использовать для обслуживания различных технических устройств, а также для освещения обогреваемых помещений.

Таким образом, конструкция предлагаемого КЭГОП обеспечивает возможность получения электрической энергии при работе системы отопления без подключения к электрической сети, сама конструкция ТЭП 8 (источник ЭДС) позволяет заменять вышедшие из строя ТЭП 8 и ТЭЭ 9 на действующей системе отопления и снизить его электрическое сопротивление, что повышает надежность и эффективность установки.