Комплексный термоэлектрический венец для дымовой трубы

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для утилизации тепла дымовых газов при их выбросе в атмосферу в конструкциях головки дымовых труб с получением электричества и предохранения их от обледенения.

Известна дымовая труба, ствол которой выполнен из коаксиально размещенных гофрированных оболочек, соединенных между собой [Патент РФ № 2010932, МПК E04 H12/28, 1994].

Основным недостатком известной дымовой трубы являются невозможность осуществления в ней утилизации тепла дымовых газов с целью получения электричества и опасность обледенения ее головки при снижении температуры дымовых газов в зимний период, что снижает ее эффективность и экологическую безопасность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрический венец для дымовой трубы, содержащий цилиндрический корпус, выполненный из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, разделенный внешним опорным кольцом на верхнюю рабочую часть, опирающуюся на торец трубы, и нижнюю опорную часть, пропущенную вовнутрь дымовой трубы, причем рабочая часть корпуса выполнена с вертикальными гофрами, образующими вертикальные прямоугольные гнезда, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала (например, резины или пластмассы), внутри которых помещены ряды, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием некоторого зазора шириной Δ, вставки термоэлектрических звеньев установлены в гнездах таким образом, чтобы большая часть каждого термоэмиссионного преобразователя каждого ряда омывалась наружным воздухом, при этом термоэлектрические звенья вверху рабочей части корпуса термоэлектрического венца попарно соединены между собой перемычками, снизу рабочей части корпуса соединены электрическим конденсатором, образуя термоэлектрические секции, которые, в свою очередь, последовательно соединены между собой через электрические конденсаторы, при этом первый и последний из кондесаторов соединены с токовыводами [Патент РФ № 2600192, МПК F23 J15/08, 2016].

Основными недостатками известного термоэлектрического венца для дымовой трубы является невозможность предотвращения обледенения устья дымовой трубы и утилизации конденсата дымовых газов, что также снижает его экологическую безопасность и эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологической безопасности и эффективности комплексного термоэлектрического венца для дымовой трубы.

Технический результат достигается предлагаемым комплексным термоэлектрическим венцом для дымовой трубы, содержащим конически–цилиндрический корпус, выполненный из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью (например, стеклопластика), разделенный внешним опорным кольцом на верхнюю коническую рабочую часть с верхним диаметром D, закрывающим сверху холодную часть наружной поверхности трубы, с углом наклона большим или равным углу естественного откоса воды ɑ, опирающуюся на верхний торец трубы и нижнюю опорную цилиндрическую часть, пропущенную вовнутрь дымовой трубы, причем со стыком рабочей и опорной частей внутри корпуса соединен кольцевой наклонный борт, образующий кольцевой сливной лоток, снабженный сливным патрубком с запорным устройством, соединенным со сливным трубопроводом и конденсатным баком, рабочая часть корпуса выполнена с наклонными прямоугольными гофрами, образующими наклонные прямоугольные гнезда, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала, внутри которых помещены ряды, состоящие из расположенных параллельно термоэлектрических преобразователей, причем наружная поверхность рабочей части корпуса между термоэлектрическими звеньями покрыта слоем теплоизоляции толщиной Δ₁, меньшей, чем высота термоэлектрических преобразователей, при этом, каждый термоэлектрический преобразователь представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием некоторого зазора шириной Δ₂, причем термоэлектрические звенья установлены в гнездах таким образом, чтобы наружная часть каждого термоэлектрического преобразователя термоэлектрического звена омывалась наружным воздухом, при этом каждое термоэлектрического звено вверху и внизу рабочей части корпуса соединено перемычками с коллекторами одноименных электрических зарядов, образуя термоэлектрический, а вышеупомянутые коллекторы соединены с токовыводами, соответственно.

На фиг. 1, 2 представлены общий вид и разрез термоэлектрического венца для дымовой трубы (КТЭВДТ), на фиг. 3–5 –узлы термоэлектрического звена и стыковка КТЭВДТ с верхним торцом дымовой трубы.

Предлагаемый КТЭВДТ содержит конически–цилиндрический корпус 1, выполненный из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью (например, стеклопластика), разделенный внешним опорным кольцом 2 на верхнюю коническую рабочую часть 3 с верхним диаметром D, закрывающим сверху холодную часть наружной поверхности трубы 4, с углом наклона большим или равным углу естественного откоса воды ɑ, опирающуюся на верхний торец трубы 4 и нижнюю опорную цилиндрическую часть 5, пропущенную вовнутрь трубы 4, причем со стыком рабочей 3 и опорной частей 5, внутри корпуса 1 соединен кольцевой наклонный борт 6, образующий кольцевой сливной лоток 7, снабженный сливным патрубком 8 с запорным устройством 9, соединенным со сливным трубопроводом 10 и конденсатным баком (на фиг.1–5 не показан), рабочая часть 3 корпуса 1 выполнена с наклонными прямоугольными гофрами, образующими наклонные прямоугольные гнезда 11, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья (ТЭЗ) 12, состоящие из прямоугольных вставок 13, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала (например, резины или пластмассы). внутри которых помещены ряды, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 14, причем наружная поверхность рабочей части 3 корпуса 1 между ТЭЗ 12 покрыта слоем теплоизоляции 15 толщиной Δ₁, меньшей, чем высота ТЭП 14. Каждый ТЭП 14 представляет собой пару параллельных проволочных отрезков 16 и 17, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием некоторого зазора шириной Δ₂ (значение Δ₂ выбирается из условий надежной изоляции отрезков 16 и 17), причем ТЭЗ 12 установлены в гнездах 11 таким образом, чтобы наружная часть каждого ТЭП 14 ТЭЗ 12 омывалась наружным воздухом, при этом каждое ТЭЗ 12 вверху и внизу рабочей части 3 корпуса 1 соединено перемычками 18 с коллекторами одноименных электрических зарядов 19 и 20, образуя термоэлектрический блок (ТЭБ) 21, а коллекторы 19 и 20 соединены с токовыводами 22 и 23, соответственно.

В основу работы предлагаемого КТЭВДТ положено использование эффекта термоэлектричества. Так как в ТЭЗ 12 помещены ряды, состоящие из ТЭП 14, изготовленных из проволочных отрезков 16 и 17, выполненных из металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой, то при нагреве одних спаянных концов, помещенных в гнезда 11, уходящими горячими дымовыми газами и теплом конденсации водяных паров и охлаждении противоположных спаев наружным воздухом, в ТЭЗ 12 возникает термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506]. Кроме того, наличие конической рабочей части 3 над устьем трубы 4 с кольцевым лотком 7 при относительно низких температурах уходящих дымовых газов, особенно в зимнее время, обеспечивает конденсацию части водяных паров дымовых газов на ней и отвод полученного конденсата, что предотвращает образование наледи у кромки устья трубы 4.

Комплексный термоэлектрический венец для дымовой трубы (КТЭВДТ), представленный на фиг. 1–5 работает следующим образом. Горячие дымовые газы, выходя из ствола дымовой трубы 4, нагревают вертикальные прямоугольные гнезда 11 корпуса 1, выполненного из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, и соответственно, спаи термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 14 ТЭЗ 12. При этом, в зимнее время одновременно происходит конденсация части водяных паров с образованием конденсата, который стекает по наклонной поверхности рабочей части 3 корпуса 1 в кольцевой лоток 7, а противоположные концы ТЭП 14 охлаждаются наружным воздухом атмосферы. В результате нагрева спаянных концов проволочных отрезков 15 и 16 ТЭП 14 в ТЭЗ 12, расположенных в гнездах 11, горячими дымовыми газами и теплом конденсации водяных паров и охлаждении других спаянных концов ТЭП 14, расположенных снаружи, холодным воздухом, в рядах ТЭЗ 12 образуется термоэлектричество, которое суммируется в ТЭБ 21 и через токовыводы 22 и 23 подается потребителю. При этом проволочные отрезки 15 и 16 ТЭП 14 ТЭЗ 12 изолированы от непосредственного контакта с дымовыми газами, конденсатом и воздухом слоем диэлектрического коррозионностойкого материала прямоугольных вставок 13, что предохраняет металлы М1 и М2 пар 15 и 16 ТЭП 14 от коррозии и появления между ними короткого замыкания. Выполнение вставок 13 прямоугольной формы, утопленной в прямоугольные гнезда 11, обеспечивает их прочную стыковку с поверхностью гнезд 11. Кроме того, выполнение рабочей части 3 корпуса 1 с диаметром D, закрывающим сверху значительную часть наружной поверхности трубы 4 предохраняет ее от попадания на нее конденсата и обледенения, а сбор полученного конденсата в кольцевом лотке 7 и слив его в накопительную емкость (на фиг. 1– не показана) позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу и, таким образом, увеличить экологическую безопасность и эффективность теплогенерирующей установки.

Верхний диаметр рабочей части 3 корпуса 1 КТЭВДТ выбирают, исходя из гарантированного попадания конденсата на холодную часть наружной поверхности трубы 4. Величина разности электрического потенциала на токовыводах 22 и 23 КТЭВДТ зависит от характеристик пар металлов М1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 15 и 16 ТЭП 14, числа их в ТЭЗ 12, числа ТЭЗ 12 в ТЭБ 21. Полученный электрический ток можно использовать для внутрицеховых нужд, например, для освещения головки дымовой трубы 4, а конденсат, полученный при конденсации водяных паров дымовых газов можно использовать для добавки в питательную воду после его очистки от вредных примесей.

Таким образом, предлагаемый комплексный термоэлектрический венец для дымовой трубы обеспечивает утилизацию тепла сбросных дымовых газов на выходе из дымовой трубы с получением термоэлектричества и предотвращает обледенение ее наружной поверхности, что повышает его экологическую безопасность и эффективность.