Результат интеллектуальной деятельности: Электрогенерирующий отопительный прибор

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно, к системам тепло– и электроснабжения жилых, общественных и промышленных зданий.

Известен 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, F24 D19/06, F24 H3/06, 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.

Более близким к предлагаемому изобретению является комплексный электрогенерирующий отопительный прибор, содержащий две трубы верхнего и нижнего коллекторов, связывающие их вертикальные трубы овального сечения, фронтальный и тыльный ряды вертикальных пластин прямоугольной формы, расположенных напротив вертикальных труб, закрывая их по всей их высоте, снабженных вертикальными щелями, высота которых равна длине вертикальных труб, в каждую из которых вставлен вертикальный прямоугольный термоэлектрический преобразователь (термоэлектрическая секция), выполненный из материала с высокой теплопроводностью и присоединенный тыльным торцом своего корпуса к стенке вертикальной трубы, в массиве которого помещены термоэлектрические элементы, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой таким образом, что сами проволочные отрезки расположены параллельны друг другу, образуя П–образные ряды, которые соединены между собой, выходными коллекторами, соединенными с накопительным блоком [Патент РФ №2630069, H05 B1/00, F24 D13/04, F24 H3/12, F28 F13/16, 2017].

Основными недостатками известного устройства являются выполнение вертикальных труб овального сечения, сложная конструкция термоэлектрических преобразователей и недостаточная площадь контакта горячих спаев термоэлектрических элементов с горячей поверхностью отопительного прибора, что снижает надежность и эффективность устройства.

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

Техническая задача решается электрогенерирующим отопительным прибором, содержащим две трубы верхнего и нижнего коллекторов, вертикальные трубы круглого сечения, связывающие полости верхнего и нижнего коллекторов по всей их длине прижатые к фронтальной и тыльной поверхности вертикальных труб вертикальные термоэлектрические секции, каждая из которых состоит из вертикальной П–образной опорной рамки, вертикальных торцы которой выполнены с двумя резьбовыми отверстиями, снабженной на продольных торцах вертикальными фланцами, концы которых выполнены с крепежными отверстиями, через которые пропущены стягивающие болты, на наружную поверхность каждой П–образной опорной рамки уложены n плоских элементов Пелтье, соединенных токовыводами с одноименными выходными коллекторами, причем на наружную поверхность элементов Пелтье каждой П–образной опорной рамки термоэлектрической секции наложены радиаторы, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, представляющие собой вертикальные прямоугольные каналы с вертикальными внутренними перегородками, наружной стороной, выполненной с вертикальными прорезями, снабженные на торцах двумя проходными отверстиями и прижатые к наружной поверхности элементов Пелтье крепежными болтами, полости между вертикальными трубами и П–образными опорными рамками заполнены кварцевым песком, а выходные коллекторы соединены с накопительным блоком.

На фиг. 1–7 представлен электрогенерирующий отопительный прибор (ЭГОП): фиг. 1– общий вид ЭГОП; фиг. 2–7– основные узлы и разрезы ЭГОП.

Предлагаемый электрогенерирующий отопительный прибор (ЭГОП) включает две трубы верхнего и нижнего коллекторов 1 и 2, вертикальные трубы круглого сечения 3, связывающие полости коллекторов 1 и 2 по всей их длине и прижатые к фронтальной и тыльной поверхности вертикальных труб 3 вертикальные термоэлектрические секции (ТЭС) 4, каждая из которых состоит из вертикальной П–образной опорной рамки 5, вертикальные торцы которой выполнены с двумя резьбовыми отверстиями 6, снабженной на продольных торцах вертикальными фланцами 7, концы которых выполнены с крепежными отверстиями 8, в которых расположены стягивающие болты 9, на наружную поверхность каждой П–образной опорной рамки 5 уложены n плоских элементов Пелтье 10, соединенных токовыводами 11, 12 с одноименными выходными коллекторами 13 и 14. На наружную поверхность элементов Пелтье 10 каждой рамки 5 ТЭС 4 наложены радиаторы 15, выполненные из материала с высокой теплопроводностью, представляющие собой вертикальные прямоугольные каналы с вертикальными внутренними перегородками 16, наружной стороной, выполненной с вертикальными прорезями 17, снабженные на торцах двумя проходными отверстиями 18 и прижатые к наружной поверхности элементов Пелтье 10 крепежными болтами 19, причем полости между вертикальными трубами 3 и П–образными рамками 5 заполнена кварцевым песком 20, а выходные коллекторы 13 и 14 соединены с накопительным блоком (на фиг. 1–7 не показан).

ЭГОП работает в период отопительного сезона следующим образом. Количество ТЭС 4, входящих в него, определяется в зависимости от его тепловой мощности, его размеров, числа и длины вертикальных труб 3. Сборку ЭГОП осуществляют перед монтажом системы отопления, после чего токовыводы 11 и 12 всех элементов Пелтье 10 соединяют электропроводкой через коллекторы одноименных зарядов 13 и 14, ЭГОП соединяют с накопительным блоком и потребителем (на фиг.1–7 не показаны). При движении горячей воды в верхнем коллекторе 1 и вертикальных трубах 3 с температурой t_Г происходит нагрев массы кварцевого песка 20, обладающего высокими теплотехническими свойствами (коэффициенты теплопроводности, λ=0,3 Вт/м×К и теплоемкости, с=0,8 кДж/кг×К [Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.] и П–образной рамки 5, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, в связи с чем на ее поверхности устанавливается практически та же температура t_Г, за счет чего происходит равномерный нагрев внутренней поверхности элементов Пелтье 10. Так как наружная поверхность элементов Пелтье 10 снабжена радиаторми 15, а в помещении температура воздуха значительно ниже и равна t_С создается значительная разность температур между температурой наружной поверхности трубопровода 1 t_Г и температурой воздуха (t_Г- t_С),в результате чего между ними происходит процесс теплообмена. При этом, происходит нагрев через стенки труб 3, кварцевый песок 20 и стенку П–образной опорной рамки 5 зоны нагрева элементов Пелтье 10 и одновременное быстрое охлаждение их наружной поверхности за счет контакта радиаторов 15 за счет высокой теплопроводности их материала, канальной конструкции с внутренними перегородками 16 и щелями 17, плотно прижатых к наружной поверхности элементов Пелтье 10 [И. Н. Сушкин. Теплотехника. – М.: «Металлургия», 1973, с. 195–198]. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения элементах Пелтье 10 вызывает в них эмиссию электронов и возникновение в ТЭС 4 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506]. Полученное термоэлектричество каждой ТЭС 4 через коллекторы 13, 14 поступает в накопительный блок и потребителю (на фиг.1–7 не показаны).

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 13, 14 зависит от разности температур (t_Г– t_С), количества и характеристик элементов Пелтье 10 в ТЭС 4, их числа в ЭГОП, массы и теплотехнических характеристик кварцевого песка 20 и радиаторов 15. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от расхода горячей воды и величины разности температур (t_Г– t_С) регулируют и аккумулируют в накопительном блоке. Полученное электричество используется, например, для освещения и работы бытовых приборов (на фиг. 1-7 не показаны).

Таким образом, предлагаемый электрогенерирующий отопительный прибор за счет использования элементов Пелтье, конструкции П–образной опорной рамки, заполненной кварцевым песком, конструкции канальных радиаторов обеспечивает получение электрической энергии при работе системы отопления, а конструкция термоэлектрических секций позволяет заменять вышедшие из строя элементы Пелтье и ТЭС на действующей системе отопления, что повышает его надежность и эффективность.