RU142270U1

RU142270U1 - HEAT AND POWER DEVICE

Info

Publication number: RU142270U1
Application number: RU2013154437/06U
Authority: RU
Inventors: Виталий Николаевич Вепрев
Original assignee: Виталий Николаевич Вепрев
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-06-27

Abstract

1. Теплоэнергетическое устройство, содержащее снабжаемый топливом источник тепла с топкой, дымоход, дымовую трубу и ветряной двигатель с электрогенератором, отличающееся тем, что между топкой и дымоходом установлен МГД-генератор, на наружных поверхностях дымохода и дымовой трубы послойно закреплены теплоизоляция, термоэлектрические модули и солнечные элементы, на вершине дымовой трубы во взаимодействии с ветряным двигателем установлен эжектор, причем каждый из модулей снабжен устройством дополнительного охлаждения, выполненным в виде пластинчатого теплообменника, а на внешней стороне каждого теплообменника закреплен, по крайней мере, один солнечный элемент, при этом МГД-генератор, солнечные элементы и ветряной двигатель соединены с инвертором.2. Теплоэнергетическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что термоэлектрические модули, закрепленные на поверхности дымовой трубы, снабжены охлаждающими контурами, состоящими из связанных между собой в вертикальном направлении пластинчатых теплообменников, при этом в верхней части каждого контура закреплен расширительный бак с хладагентом, а каждый из теплообменников контура присоединен к баку с помощью трубопроводов подачи и отвода хладагента.3. Теплоэнергетическое устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что устройство дополнительного охлаждения каждого из модулей выполнено в виде пластинчато-ребристого теплообменника, содержащего теплопередающую пластину с закрепленными на ней ребрами и камеру для хладагента, внутрь которой введены свободные концы ребер, при этом ребра теплообменника установлены с возможностью воздушного охлаждения.1. A heat power device containing a heat source supplied with fuel with a furnace, a chimney, a chimney and a wind engine with an electric generator, characterized in that a MHD generator is installed between the furnace and the chimney, thermal insulation, thermoelectric modules and layers are fixed in layers on the outer surfaces of the chimney and chimney solar cells, an ejector is installed on top of the chimney in cooperation with a wind engine, and each of the modules is equipped with an additional cooling device made in the form e plate heat exchanger, and on the outside of each heat exchanger at least one solar cell is fixed, while the MHD generator, solar cells and a wind engine are connected to the inverter. 2. The heat power device according to claim 1, characterized in that the thermoelectric modules mounted on the surface of the chimney are equipped with cooling circuits consisting of plate heat exchangers interconnected in the vertical direction, while an expansion tank with refrigerant is fixed in the upper part of each circuit, and each from the heat exchangers, the circuit is connected to the tank using refrigerant supply and discharge pipelines. 3. The heat energy device according to claim 1 or 2, characterized in that the additional cooling device of each of the modules is made in the form of a plate-fin heat exchanger containing a heat transfer plate with ribs fixed to it and a refrigerant chamber, into which the free ends of the ribs are introduced, while the ribs heat exchanger installed with the possibility of air cooling.

Description

Полезная модель относится к автономным теплоэнергетическим установкам, предназначенным для получения электроэнергии, вырабатываемой при использовании отработанных газов, уходящих через дымовую трубу, обеспечивающую создание тяги и отвод газообразных продуктов сгорания топлива, при этом полезная модель может быть использована в качестве резервных или аварийных источников электроэнергии.The utility model relates to autonomous heat and power plants designed to generate electricity generated by using exhaust gases leaving the chimney, providing traction and removal of gaseous products of fuel combustion, while the utility model can be used as backup or emergency sources of electricity.

Известна энергетическая установка, в которой в электрическую энергию преобразуется энергия движущейся в магнитном поле жидкой или газообразной электропроводящей среды магнитогидродинамический генератор (МГД-генератор).A power plant is known in which the energy of a liquid or gaseous electrically conductive medium moving in a magnetic field is converted into a magnetohydrodynamic generator (MHD generator).

Известно изобретение МГД-ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ОТКРЫТОГО ЦИКЛА, патент РФ №2019898 на изобретение кл. H02K 44/08, опубл. 15.09.1994. МГДЭС содержит камеру сгорания, МГД-генератор, участок термического разложения, парогенератор, фильтр очистки от твердых частиц, дымовую трубу, фильтр готового раствора, замкнутый контур ионизирующейся присадки и систему очистки дымовых газов от оксида азота. Контур присадки включает разделитель золы и солей калия, десульфуризатор и емкость готового раствора, а система очистки состоит из окислительной башни и абсорбционной башни, орошаемой раствором ионизирующейся присадки. Оксиды азота в абсорбционной башне, поглощаются орошающим раствором, а образующиеся нитриты калия с раствором подаются в камеру сгорания МГД-генератора, где вместе с другими калиевыми соединениями разлагаются и обеспечивают электропроводимость продуктов:The invention is known MHD-POWER STATION OPEN CYCLE, RF patent No. 2019898 for the invention of cl. H02K 44/08, publ. 09/15/1994. MHDES contains a combustion chamber, an MHD generator, a thermal decomposition section, a steam generator, a particulate filter, a chimney, a finished solution filter, a closed loop of an ionizing additive, and a flue gas cleaning system for nitric oxide. The additive circuit includes a separator of ash and potassium salts, a desulfurizer and a container of the finished solution, and the cleaning system consists of an oxidizing tower and an absorption tower irrigated with a solution of an ionizing additive. The nitrogen oxides in the absorption tower are absorbed by the irrigation solution, and the resulting potassium nitrites with the solution are fed into the combustion chamber of the MHD generator, where they decompose together with other potassium compounds and ensure the electrical conductivity of the products:

Известное изобретение, в котором описана МГД-электростанция открытого цикла, имеет ряд недостатков: большие затраты для получения электроэнергии, и потребление большого количества дополнительной теплоты для испарения и разложения присадки, что с энергетической точки зрения нецелесообразно.The known invention, which describes an open-loop MHD power plant, has several disadvantages: high costs for generating electricity, and the consumption of a large amount of additional heat for evaporation and decomposition of the additive, which is impractical from an energy point of view.

В заявке №2002109568, кл. F03B 17/00, опубл. 27.11.2003 описано изобретение ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ ПРОКОПЕНКО. Гидродинамическая энергетическая станция Прокопенко содержит источник естественного и/или искусственного давления любого рабочего тела, ускоритель потока и гидро- и/или пневмомеханического и/или теплового потребителя высокоскоростного потока. Ускоритель потока состоит из одной или набора последовательно и/или параллельно соединенных улиток - полувитков спиральных сужающихся поверхностей и/или труб, изогнутых по кривой переменного радиуса вращения и постоянной и/или переменной угловой скоростью вращения потока вокруг центра, выходы которых плавно соединяются с входами последующих улиток. Кроме того, в приведенной заявке указано, что ускоритель потока является МГД-машиной или униполярной машиной, усилителем электронного газа.In the application No. 2002109568, class. F03B 17/00, publ. November 27, 2003 the invention describes the HYDRODYNAMIC ENERGY STATION PROKOPENKO. The Prokopenko hydrodynamic power station contains a source of natural and / or artificial pressure of any working fluid, a flow accelerator, and a hydro- and / or pneumomechanical and / or thermal consumer of a high-speed flow. The flow accelerator consists of one or a set of serially and / or parallel-connected snails - half-turns of spiral tapering surfaces and / or pipes curved along a curve of variable radius of rotation and a constant and / or variable angular velocity of rotation of the stream around the center, the outputs of which smoothly connect to the inputs of subsequent snails. In addition, the cited application states that the flow accelerator is an MHD machine or a unipolar machine, an electron gas amplifier.

В известной заявке №2002109568 кинетическая энергия потока преобразуется в механическую и/или тепловую энергию потребителя. Однако использование в ускорителе изогнутых по кривой труб приводит к увеличению гидравлического сопротивления потока, что приводит к снижению кинетической энергии потока и снижению эффективности работы всего устройства.In the known application No. 2002109568 the kinetic energy of the stream is converted into mechanical and / or thermal energy of the consumer. However, the use of curved pipes curved in the accelerator leads to an increase in the hydraulic resistance of the flow, which leads to a decrease in the kinetic energy of the flow and a decrease in the overall efficiency of the device.

Из уровня техники известно изобретение ВИХРЕВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ НА ДЫМОВОЙ ТРУБЕ, которое принято за прототип и описано в заявке №2008104197, кл. F03G 7/04, опубл. 20. 08. 2009. Вихревая электростанция содержит цилиндрическую трубу с конической нижней частью, ветряной двигатель, спаренный с электрогенератором, расположенные в верхней цилиндрической части трубы и воронку, вставленную с зазором в коническую часть трубы. В здании с печным отоплением в верхней части воронки изнутри присоединена дымовая труба печного отопления.The prior art invention is known as a Vortex Power Station on a Smoke Pipe, which is taken as a prototype and is described in Application No. 2008104197, class. F03G 7/04, publ. 20. 08. 2009. The vortex power plant contains a cylindrical pipe with a conical lower part, a wind turbine paired with an electric generator located in the upper cylindrical part of the pipe and a funnel inserted with a gap into the conical part of the pipe. In a building with stove heating, a chimney of stove heating is connected from the inside to the top of the funnel.

Недостатком изобретения, принятого за прототип, является невысокая эффективность работы установки по причине того, что в нижней части трубы расположено отверстие для связи трубы с атмосферой, следствием этого являются потери тяги, а тяга в дымовой трубе, как известно, образуется за счет перепада высот. При этом в нижнюю часть трубы дополнительно подводится воздух, из-за чего при растопке печи возникает обратная тяга, полноценного сгорания топлива не происходит, а печь начинает дымить.The disadvantage of the invention adopted as a prototype is the low efficiency of the installation due to the fact that a hole is located in the lower part of the pipe for connecting the pipe with the atmosphere, resulting in loss of traction, and the draft in the chimney, as is known, is formed due to elevation. At the same time, air is additionally supplied to the lower part of the pipe, due to which when the furnace is kindled, back draft occurs, complete combustion of fuel does not occur, and the furnace begins to smoke.

Задача, решаемая при создании полезной модели, - создание устройства, обеспечивающего получение электрической энергии за счет теплоэнергетического потенциала продуктов сгорания топлива.The problem to be solved when creating a utility model is the creation of a device that ensures the production of electric energy due to the heat energy potential of the products of fuel combustion.

Поставленная задача решается тем, что в теплоэнергетическом устройстве, которое содержит снабжаемый топливом источник тепла с топкой, дымоход, дымовую трубу, и ветряной двигатель с электрогенератором, согласно заявляемой полезной модели между топкой и дымоходом установлен МГД-генератор. При этом на наружных поверхностях дымохода и дымовой трубы послойно закреплены теплоизоляция, термоэлектрические модули, снабженные устройствами дополнительного охлаждения, и солнечные элементы, а на вершине дымовой трубы во взаимодействии с ветряным двигателем установлен эжектор. Причем МГД-генератор, термоэлектрические модули, солнечные элементы и ветряной двигатель соединены с инвертором. В заявляемой полезной модели каждый из термоэлектрических модулей снабжен устройством дополнительного охлаждения, выполненным в виде пластинчатого теплообменника, а на внешней стороне каждого теплообменника закреплен, по крайней мере, один солнечный элемент.The problem is solved in that in a heat power device that contains a fuel source of heat with a furnace, a chimney, a chimney, and a wind engine with an electric generator, according to the claimed utility model, an MHD generator is installed between the furnace and the chimney. At the same time, heat insulation, thermoelectric modules equipped with additional cooling devices and solar cells are fixed in layers on the outer surfaces of the chimney and the chimney, and an ejector is installed on the top of the chimney in cooperation with the wind engine. Moreover, the MHD generator, thermoelectric modules, solar cells and a wind engine are connected to the inverter. In the claimed utility model, each of the thermoelectric modules is equipped with an additional cooling device made in the form of a plate heat exchanger, and at least one solar cell is fixed on the outside of each heat exchanger.

Кроме того, устройства дополнительного охлаждения термоэлектрических модулей, закрепленных на поверхности дымовой трубы, в вертикальном направлении могут быть связаны между собой с образованием охлаждающих контуров. При этом образующие каждый охлаждающий контур пластинчатые теплообменники, расположенные один над другим, посредством трубопроводов подачи и отвода хладагента соединены с расширительным баком, который закреплен в верхней части каждого охлаждающего контура.In addition, devices for additional cooling of thermoelectric modules mounted on the surface of the chimney in the vertical direction can be interconnected with the formation of cooling circuits. At the same time, plate heat exchangers forming each cooling circuit, located one above the other, are connected to the expansion tank through the supply and exhaust pipelines of the refrigerant, which is fixed in the upper part of each cooling circuit.

При этом устройство дополнительного охлаждения каждого из модулей может быть выполнено в виде теплообменника, который содержит теплопередающую пластину с закрепленными на ней ребрами и камеру для хладагента. В таком теплообменнике ребра установлены с возможностью воздушного охлаждения и при этом введены свободными концами внутрь камеры для хладагента.In this case, the additional cooling device for each of the modules can be made in the form of a heat exchanger, which contains a heat transfer plate with ribs fixed to it and a chamber for the refrigerant. In such a heat exchanger, the fins are installed with the possibility of air cooling and at the same time are introduced by their free ends into the refrigerant chamber.

При сгорании топлива выделяется тепловая энергия, и образуются продукты сгорания, которые обычно отводятся из топки источника тепла снабжаемого топливом. Продукты сгорания имеют достаточный запас энергии, которую можно использовать для получения электричества. В частности, в результате химической реакции окисления топлива образуется дымовой газ, который содержит большое количество, особенно при сжигании твердого топлива, мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Известно, что вследствие высокой температуры, достигаемой в зоне горения при сжигании топлива, продукты сгорания ионизируются и могут являться проводящей газовой средой в магнитном поле. В заявляемом решении магнитное поле создано МГД-генератором, который размещен в непосредственной близости к топке. Пройдя через магнитное поле МГД-генератора, дымовые газы имеют достаточный запас тепловой энергии, которую далее в соответствии с заявляемой полезной моделью используют для получения электрической энергии за счет разности температур посредством того, что на поверхностях дымохода и дымовой трубы размещены термоэлектрические модули. Каждый из термоэлектрических модулей является электрическим устройством, которое способно на прямое преобразование тепловой энергии в электрический ток посредством термоэлементов. В заявляемом техническом решении для термоэлектрических модулей важно, чтобы температура на поверхностях дымовой трубы и дымохода, контактных по отношению к термоэлектрическим модулям, не превышала допустимой величины температурного воздействия на термоэлементы, поэтому указанные поверхности дымовой трубы и дымохода покрыты теплоизоляционным слоем. Для дополнительного отбора тепла и охлаждения «холодной» стороны термоэлектрических модулей они снабжены устройствами дополнительного охлаждения, что способствует более эффективной работе модулей и увеличению количества вырабатываемой электрической энергии. В качестве устройств дополнительного охлаждения могут быть установлены устройства любого типа, конструктивные особенности которых характеризуются способом теплопередачи (конвекция, излучение, теплопроводность), например, могут быть установлены радиаторы, заполненные хладагентом, или пластины с развитой поверхностью воздушного охлаждения и др. На выходе из трубы температура продуктов сгорания составляет примерно 200°C. Однако элементы ветряного двигателя не подвергаются высокому температурному воздействию, так как в заявляемом теплоэнергетическом устройстве за счет подсоса атмосферного воздуха через эжектор обеспечивается снижение температуры потока газовой среды, направленного на лопасти ветряного двигателя, что позволяет увеличить срок его эксплуатации. Посредством солнечных элементов аккумулируется солнечная энергия для преобразования ее в электрический ток. Принципиально то, что каждый термоэлектрический модуль снабжен устройством дополнительного охлаждения, выполненным в виде пластинчатого теплообменника, имеющего развитую поверхность воздушного охлаждения и заполненную хладагентом камеру. В летний период снижение температуры хладагента обеспечивается солнечными элементами, закрепленными на поверхности теплообменника. Кроме того, с помощью солнечных элементов в любое время года может быть осуществлено преобразование солнечной энергии с получением электрического тока, подаваемого на инвертор.During the combustion of fuel, thermal energy is released, and combustion products are formed, which are usually removed from the furnace of the heat source supplied with fuel. Combustion products have a sufficient supply of energy that can be used to generate electricity. In particular, a chemical reaction of fuel oxidation produces flue gas, which contains a large amount, especially when burning solid fuel, of small solid particles in suspension. It is known that due to the high temperature reached in the combustion zone during fuel combustion, the combustion products are ionized and can be a conductive gas medium in a magnetic field. In the claimed solution, the magnetic field was created by the MHD generator, which is located in close proximity to the furnace. Having passed through the magnetic field of the MHD generator, the flue gases have a sufficient supply of thermal energy, which is further used in accordance with the claimed utility model for generating electric energy due to the temperature difference by means of thermoelectric modules placed on the surfaces of the chimney and the chimney. Each of the thermoelectric modules is an electric device that is capable of directly converting thermal energy into electric current through thermoelements. In the claimed technical solution for thermoelectric modules, it is important that the temperature on the surfaces of the chimney and chimney contacting with the thermoelectric modules does not exceed the allowable temperature effect on the thermocouples, therefore, the indicated surfaces of the chimney and chimney are covered with a heat-insulating layer. For additional heat extraction and cooling of the “cold” side of thermoelectric modules, they are equipped with additional cooling devices, which contributes to more efficient operation of the modules and an increase in the amount of generated electric energy. As additional cooling devices, devices of any type can be installed, the design features of which are characterized by the method of heat transfer (convection, radiation, heat conduction), for example, radiators filled with refrigerant, or plates with a developed air-cooling surface, etc. can be installed. At the outlet of the pipe the temperature of the combustion products is approximately 200 ° C. However, the elements of the wind engine are not subjected to high temperature effects, since in the inventive heat power device due to the suction of atmospheric air through the ejector, the temperature of the gas medium flow directed to the blades of the wind engine is reduced, which allows to increase its life. Solar cells accumulate solar energy to convert it into electric current. It is important that each thermoelectric module is equipped with an additional cooling device made in the form of a plate heat exchanger having a developed air-cooling surface and a chamber filled with refrigerant. In the summer, a decrease in refrigerant temperature is provided by solar cells fixed to the surface of the heat exchanger. In addition, using solar cells at any time of the year, solar energy can be converted to produce electric current supplied to the inverter.

Одним из случаев выполнения теплоэнергетического устройства является то, что несколько устройств дополнительного охлаждения, расположенные один над другим, для обеспечения эффективности охлаждения модулей, закрепленных на дымовой трубе, могут быть объединены с образованием охлаждающего контура. В каждом охлаждающем контуре расположенные один над другим пластинчатые теплообменники для поддержания постоянной температуры хладагента связаны независимыми трубопроводами подачи и отвода хладагента, что позволяет стабилизировать охлаждения термоэлектрических модулей за счет того, что каждый теплообменник контура связан с общим расширительным баком, закрепленным в верхней части контура.One of the cases when the heat power device is implemented is that several additional cooling devices, located one above the other, to ensure the cooling efficiency of the modules mounted on the chimney, can be combined to form a cooling circuit. In each cooling circuit, plate heat exchangers located one above the other to maintain a constant temperature of the refrigerant are connected by independent pipelines for supplying and discharging refrigerant, which makes it possible to stabilize the cooling of thermoelectric modules due to the fact that each heat exchanger of the circuit is connected to a common expansion tank fixed in the upper part of the circuit.

В другом частном случае выполнения заявляемой полезной модели устройство дополнительного охлаждения каждого из модулей представляет собой, пластинчато-ребристый теплообменник, который содержит теплопередающую пластину с закрепленными на ней ребрами, при этом свободные концы ребер, введенные внутрь камеры для хладагента, установлены с возможностью воздушного охлаждения Таки образом, заявляемая совокупность признаков полезной модели определяет причинно-следственную связь с тем техническим результатом, который достигается при использовании заявляемого устройства и заключается в повышении эффективности работы теплоэнергетического устройства за счет получения дополнительной электрической мощности и обеспечения надежности его работы.In another particular case of the implementation of the claimed utility model, the additional cooling device of each of the modules is a plate-fin heat exchanger, which contains a heat transfer plate with ribs fixed on it, while the free ends of the ribs introduced into the refrigerant chamber are air-cooled. Thus, the claimed combination of features of a utility model determines a causal relationship with the technical result that is achieved by using The use of the claimed device consists in increasing the efficiency of the heat power device by obtaining additional electric power and ensuring the reliability of its operation.

Полезная модель поясняется чертежами. На фигуре 1 представлен общий вид теплоэнергетического устройства; фиг. 2 - вид сбоку; фиг. 3 - вид сверху; фиг. 4 - сечение A-A на фиг. 2; фиг. 5 - вид A на фиг. 1; фиг. 6 - пластинчато-ребристый теплообменник: а) с камерой для хладагента; б) с расширительным баком; фиг. 7 - охлаждающий контур; фиг. 8 - схема эжектора; фиг. 9 - схема отбора электрической мощности от элементов устройства.The utility model is illustrated by drawings. The figure 1 presents a General view of a heat power device; FIG. 2 is a side view; FIG. 3 is a top view; FIG. 4 is a section A-A in FIG. 2; FIG. 5 is a view A in FIG. one; FIG. 6 - plate-fin heat exchanger: a) with a chamber for refrigerant; b) with an expansion tank; FIG. 7 - cooling circuit; FIG. 8 is a diagram of an ejector; FIG. 9 is a diagram of the selection of electric power from the elements of the device.

Теплоэнергетическое устройство в общем случае выполнения содержит источник тепла, снабжаемый топливом, с топкой 1, дымовую трубу 2, ветряной двигатель 3 с электрогенератором, связанный с инвертором 4. В непосредственной близости к топке 1 установлен магнито-гидродинамический генератор (МГД-генератор) 5, который представляет собой канал, оснащенный полюсами магнита по бокам, для создания магнитного поля. МГД-генератор 5, связан с дымовой трубой 2 посредством дымохода 6, выполненного из огнеупорного кирпича или из металла с наружной футеровкой. Снаружи поверхность дымовой трубы 2 и дымохода 6 покрыта теплоизоляцией 7, в качестве материала которой могут быть использованы различные мастики, краски, футеровочные обмазки. На цилиндрической поверхности дымовой трубы 2 и дымохода 6 по периметру их поперечных сечений приварены металлические штыри 8 с резьбой на конце в количестве не более шести штук. На штырях 8 размещены термоэлектрические модули 9. Каждый термоэлектрический модуль 9 выполнен по типу элемента, Пельтье, в котором между двух плоских пластин совокупно расположены электрически соединенные термопары, и связан с инвертором 4. Термопара является единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ) и состоит из двух разнородных элементов с p- и n-типом проводимости, которые попарно соединены между собой при помощи металлических перемычек. Каждый из модулей 9 оснащен устройством дополнительного охлаждения 10, на котором закреплен, по крайней мере, один солнечный элемент 11, соединенный с инвертором 4. Устройство дополнительного охлаждения 10 выполнено в виде пластинчатого теплообменника, содержащего концевые камеры и отдельные пластины в проточной части с гофрированной либо ребристой поверхностью,A heat power device generally comprises a heat source supplied with fuel with a furnace 1, a chimney 2, a wind turbine 3 with an electric generator connected to an inverter 4. In close proximity to the furnace 1, a magneto-hydrodynamic generator (MHD generator) 5 is installed, which is a channel equipped with magnet poles on the sides to create a magnetic field. The MHD generator 5 is connected to the chimney 2 through a chimney 6 made of refractory bricks or metal with an external lining. Outside, the surface of the chimney 2 and the chimney 6 is covered with thermal insulation 7, the material of which can be used in various mastics, paints, lining coatings. On the cylindrical surface of the chimney 2 and the chimney 6, metal pins 8 with a thread at the end in an amount of not more than six pieces are welded along the perimeter of their cross sections. The thermoelectric modules 9 are placed on the pins 8. Each thermoelectric module 9 is made of a Peltier type, in which electrically connected thermocouples are combined between two flat plates and connected to the inverter 4. The thermocouple is a single element of a thermoelectric module (TEM) and consists of two heterogeneous elements with p- and n-type conductivity, which are pairwise interconnected using metal jumpers. Each of the modules 9 is equipped with an additional cooling device 10, on which at least one solar element 11 is connected, connected to the inverter 4. The additional cooling device 10 is made in the form of a plate heat exchanger containing end chambers and separate plates in the flow part with corrugated or ribbed surface

который с помощью проушин фиксируются на штырях. 8 в контакте с термоэлектрическим модулем 9. На вершине дымовой трубы 2 во взаимодействии с ветряным двигателем 3 установлен при помощи перегородок 12 воздушно-охлаждаемый эжектор 13. Эжектор 13 (фиг. 8) имеет: а) - участок подсоса воздуха; б) - участок смешения потоков; в) - диффузорный участок. В верхней части эжектора 13 приварены кронштейны 14, на которых закреплен в вертикальном положении лопастями вниз ветряной двигатель 3.which with the help of eyes are fixed on the pins. 8 in contact with the thermoelectric module 9. At the top of the chimney 2, in cooperation with the wind turbine 3, an air-cooled ejector 13 is installed by means of partitions 12. The ejector 13 (Fig. 8) has: a) an air suction section; b) - section mixing flows; c) - diffuser section. In the upper part of the ejector 13, brackets 14 are welded onto which the wind engine 3 is fixed in vertical position with the blades down.

В первом частном случае выполнения теплоэнергетическое устройство содержит те же составные элементы, что и в общем случае выполнения. Исключением является то, что устройства дополнительного охлаждения 10 тех термоэлектрических модулей 9, которые закреплены на поверхности дымовой трубы 2, в вертикальном направлении связаны между собой с образованием охлаждающих контуров (фиг. 7). Образующие каждый охлаждающий контур пластинчатые теплообменники 10, расположенные один над другим соединены трубопроводами 15, 16 отвода и подачи хладагента с расширительным баком 17, закрепленным в верхней части контура.In the first particular case of execution, the heat power device contains the same constituent elements as in the general case of execution. The exception is that the additional cooling devices 10 of those thermoelectric modules 9 that are mounted on the surface of the chimney 2 are vertically connected to form cooling circuits (Fig. 7). The plate heat exchangers forming each cooling circuit 10, located one above the other, are connected by pipelines 15, 16 for the removal and supply of refrigerant with an expansion tank 17 fixed in the upper part of the circuit.

Во втором случае выполнения теплоэнергетическое устройство содержит те же составные элементы, что и в общем случае выполнения, за исключением того, что устройство дополнительного охлаждения 10 каждого из термоэлектрических модулей 9 выполнено в виде пластинчато-ребристого теплообменника. В этом случае выполнения теплообменник 10 содержит камеру 18 для хладагента, внутрь которой свободными концами введены ребра 19, закрепленные на теплопередающей пластине 20 (фиг. 6а). При этом в теплообменнике 10 ребра 19 установлены с возможностью воздушного охлаждения.In the second case, the heat power device contains the same constituent elements as in the general case, except that the additional cooling device 10 of each of the thermoelectric modules 9 is made in the form of a plate-fin heat exchanger. In this case, the heat exchanger 10 comprises a refrigerant chamber 18, into which ribs 19 are mounted with free ends and are mounted on the heat transfer plate 20 (Fig. 6a). In the heat exchanger 10, the ribs 19 are installed with the possibility of air cooling.

Теплоэнергетическое устройство в общем случае выполнения работает следующим образом. При сгорании топлива в топке источника питания 1 в результате происходящей химической реакции образуются дымовые газы, в составе которых имеются частички, обладающие электрическим потенциалом. МГД-генератор 5 является одним из устройств системы удаления дымовых газов, которые образуются при сгорании топлива. На выходе из топки 1 дымовой газ имеет максимально высокую температуру, величина которой соответствует температуре реакции окисления топлива при его сгорании. Под действием высокой температуры дымовой газ ионизируется и, попадая в канал МГД-генератора 5, в магнитном поле становится проводящей газовой средой. При прохождении через, канал МГД-генератора 5 электрически заряженные частички в составе дымового газа в зависимости от знака потенциала распределяются к полюсам магнита МГД-генератора 5, образуя на них электрическое напряжение, которое подается на потребление посредством инвертора 4. Из МГД-генератора 5 дымовой газ, имеющий высокую температуру, поступает в дымоход 6 и под действием тяги направляется в дымовую трубу 2. В процессе удаления продуктов сгорания, стенки дымохода 6 и дымовой трубы 2 нагреваются, при этом температура наружных поверхностей дымохода 6 и дымовой трубы 2 составляет около 400°C. От этих поверхностей тепло передается термоэлектрическим модулям 9, выполненным по типу элементов Пельтье. В соответствии с конструктивными особенностями, характерными для элементов Пельтье, поверхности термоэлектрических модулей 9, противоположные нагреваемым поверхностям, охлаждаются, при этом на модулях 9, создается разность температур. За счет разности температур на разных частях модулей 9 происходит преобразование тепловой энергии, возникает электродвижущая сила. Величина полученного электрического тока пропорциональна степени охлаждения модулей 9. Отбор тепла от «холодных» поверхностей термоэлектрических модулей 9, выполненных по типу элементов Пельтье, интенсифицируется посредством устройств дополнительного охлаждения 10, которые при этом являются как приемниками тепла, так и аккумуляторами низкой температуры. Закрепленные наряду с модулями 9 солнечные элементы 11, связанные с инвертором 4, вырабатывают электричество в светлое время суток, а также в летний период, когда нет необходимости в эксплуатации топки 1. На выходе из дымовой трубы 2 продукты сгорания, температура которых составляет примерно 400°C, попадают в эжектор 13, в котором на участке подсоса воздуха (фиг. 8) давление потока дымового газа увеличивается за счет подсоса воздуха из атмосферы. Потоки дымового газа и атмосферного воздуха на участке смешения потоков эжектора 13 смешиваются, возникает общий результирующий поток, скорость течения которого выше, чем у всасывающего дымового газа. После смешения результирующий поток попадает в диффузорную зону эжектора 13, где происходит преобразование скорости потока в статическое давление, при этом температура дымовых газов понижается. После преобразований в эжекторе 13 дымовой газовый поток, который воздействует на лопасти ветряного двигателя 3, имеет скорость 2-10 м/сек. Такой скорости дымовых газов обычно достаточно для получения электроэнергии за счет ветряного двигателя.The heat power device in the General case of execution works as follows. During the combustion of fuel in the furnace of the power source 1 as a result of a chemical reaction, flue gases are formed, in the composition of which there are particles with electric potential. MHD generator 5 is one of the devices of the flue gas removal system, which are formed during the combustion of fuel. At the exit from the furnace 1, the flue gas has a maximum temperature, the value of which corresponds to the temperature of the oxidation reaction of the fuel during its combustion. Under the influence of high temperature, the flue gas is ionized and, falling into the channel of the MHD generator 5, in a magnetic field becomes a conductive gas medium. When passing through the channel of the MHD generator 5, electrically charged particles in the composition of the flue gas, depending on the sign of the potential, are distributed to the poles of the magnet of the MHD generator 5, forming an electric voltage on them, which is supplied to the consumption through an inverter 4. From the MHD generator 5 gas having a high temperature enters the chimney 6 and, under the action of the draft, is sent to the chimney 2. During the removal of combustion products, the walls of the chimney 6 and the chimney 2 are heated, while the outside temperature is chimney 6 and chimney 2 has a temperature of about 400 ° C. Heat is transferred from these surfaces to thermoelectric modules 9 made according to the type of Peltier elements. In accordance with the design features characteristic of the Peltier elements, the surfaces of the thermoelectric modules 9, which are opposite to the heated surfaces, are cooled, and a temperature difference is created on the modules 9. Due to the temperature difference on different parts of the modules 9, the conversion of thermal energy occurs, there is an electromotive force. The magnitude of the obtained electric current is proportional to the degree of cooling of the modules 9. The heat removal from the “cold” surfaces of the thermoelectric modules 9, made as Peltier elements, is intensified by means of additional cooling devices 10, which are both heat receivers and low temperature batteries. The solar cells 11 connected to the inverter 4, fixed along with the modules 9, generate electricity in the daytime, as well as in the summer, when there is no need to use the furnace 1. At the exit from the chimney 2 combustion products, the temperature of which is approximately 400 ° C, fall into the ejector 13, in which the flue gas flow pressure increases in the air suction section (Fig. 8) due to the suction of air from the atmosphere. The flue gas and atmospheric air flows in the mixing section of the ejector flows 13 are mixed, there is a common resulting stream, the flow rate of which is higher than that of the suction flue gas. After mixing, the resulting flow enters the diffuser zone of the ejector 13, where the flow velocity is converted to static pressure, while the temperature of the flue gases decreases. After transformations in the ejector 13, the flue gas stream, which acts on the blades of the wind engine 3, has a speed of 2-10 m / s. This flue gas velocity is usually sufficient to generate electricity from a wind turbine.

В первом частном случае выполнения теплоэнергетическое устройство работает так же, как и в общем случае его выполнения с пояснением того, что охлаждающие контуры способствуют более эффективному охлаждению закрепленных поверхности дымовой трубы 2 модулей 9, у которых устройства дополнительного охлаждения 10 связаны между собой в вертикальном направлении. В каждом охлаждающем контуре, как показано на фиг. 7, из теплообменников 10 трубопроводами 15 осуществляется отвод в расширительный бак 17 хладагента, «нагретого» от контакта с модулями 9. При этом из бака 17 в камеры 18 нижерасположенных теплообменников 10 каждого контура по трубопроводам 16 поступает «холодный» хладагент. При такой циркуляции хладагента поддерживается его постоянная температура в каждом охлаждающем контуре и более стабильно осуществляется охлаждение модулей 9, закрепленных на дымовой трубе 2.In the first particular case of execution, the heat and power device works in the same way as in the general case of its implementation with the explanation that the cooling circuits contribute to more efficient cooling of the fixed surface of the chimney 2 of the modules 9, in which the additional cooling devices 10 are interconnected in the vertical direction. In each cooling circuit, as shown in FIG. 7, from the heat exchangers 10, pipelines 15 discharge the refrigerant “heated” from the contact with the modules 9 into the expansion tank 17. In this case, “cold” refrigerant flows from the tank 17 into the chambers 18 of the downstream heat exchangers 10 of each circuit through pipelines 16. With such a circulation of the refrigerant, its constant temperature is maintained in each cooling circuit, and the modules 9 mounted on the chimney 2 are more stably cooled.

Во втором частном случае выполнения теплоэнергетическое устройство работает так же, как и в общем случае его выполнения. Уточнением является то, что охлаждение каждого термоэлектрического модуля 9 осуществляется посредством пластинчато-ребристого теплообменника 10. Теплопередающая пластина 20 теплообменника 10, гладкой поверхностью обращенная к термоэлектрическому модулю 9, отбирает тепло от его «холодной» его части. Ребра 19, закрепленные на пластине 20 (фиг. 6а), нагреваясь от нее, подвергаются охлаждению, как за счет обдува воздухом, так и за счет хладагента в камере 18, в которую ребра 19 введены свободными концами. Тем самым происходит понижение температуры пластины 20 и модуля 9. Закрепленные на внешней поверхности теплообменников 10 солнечные элементы 11 способствуют снижению температуры хладагента в камерах 18.In the second particular case of execution, the heat power device works in the same way as in the general case of its execution. A refinement is that the cooling of each thermoelectric module 9 is carried out by means of a plate-fin heat exchanger 10. The heat transfer plate 20 of the heat exchanger 10, with its smooth surface facing the thermoelectric module 9, removes heat from its “cold” part. The fins 19, mounted on the plate 20 (Fig. 6a), being heated from it, are cooled, both by blowing with air and by the refrigerant in the chamber 18, into which the fins 19 are introduced by the free ends. Thus, the temperature of the plate 20 and the module 9 decreases. The solar cells 11 fixed on the outer surface of the heat exchangers 10 contribute to lowering the temperature of the refrigerant in the chambers 18.

В качестве хладагента может быть использована любая незамерзающая жидкость с температурой замерзания -50°C (антифриз, тосол, этиленгликоль, спирт). Для осуществления полезной модели могут быть использованы известные и применяемые в технике конструктивные узлы, комплектующие детали, в том числе крепежные элементы. В частности, для дополнительного охлаждения термоэлектрических модулей могут быть установлены пластинчатые теплообменники известной конструкции, содержащие концевые камеры и разделенные резиновыми прокладками отдельные пластины с гофрированной либо ребристой поверхностью в проточной части. Использование в комплексе всех энергетических узлов позволяет получать электроэнергию, используемую для обеспечения качественного горения топлива и более надежной работы источника питания топливом. Кроме того, суммарный КПД этого устройства может быть увеличен за счет использования для бытовых нужд энергии дымовых газов.Any non-freezing liquid with a freezing temperature of -50 ° C (antifreeze, antifreeze, ethylene glycol, alcohol) can be used as a refrigerant. To implement the utility model, well-known and used in the art structural units, components, including fasteners, can be used. In particular, for additional cooling of thermoelectric modules, plate heat exchangers of known design can be installed, containing end chambers and separate plates with corrugated or ribbed surface separated by rubber gaskets in the flow part. The use of all energy units in the complex allows to obtain the electric energy used to ensure high-quality combustion of fuel and more reliable operation of the fuel power source. In addition, the total efficiency of this device can be increased due to the use of flue gas energy for domestic needs.

Claims

1. A heat power device containing a heat source supplied with fuel with a furnace, a chimney, a chimney and a wind engine with an electric generator, characterized in that a MHD generator is installed between the furnace and the chimney, thermal insulation, thermoelectric modules and layers are fixed in layers on the outer surfaces of the chimney and chimney solar cells, an ejector is installed on top of the chimney in cooperation with a wind engine, and each of the modules is equipped with an additional cooling device made in the form e plate heat exchanger, and on the outside of each heat exchanger at least one solar cell is fixed, while the MHD generator, solar cells and a wind engine are connected to the inverter.

2. The heat and power device according to claim 1, characterized in that the thermoelectric modules mounted on the surface of the chimney are equipped with cooling circuits consisting of plate heat exchangers interconnected in the vertical direction, while an expansion tank with a refrigerant is fixed in the upper part of each circuit, and each of the circuit heat exchangers is connected to the tank using refrigerant supply and discharge pipelines.

3. The heat energy device according to claim 1 or 2, characterized in that the additional cooling device of each of the modules is made in the form of a plate-fin heat exchanger containing a heat transfer plate with ribs fixed to it and a refrigerant chamber, into which the free ends of the ribs are inserted, this fins of the heat exchanger are installed with the possibility of air cooling.