RU165840U1

RU165840U1 - SANDWICH-CHIMNEY-THERMOELECTRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU165840U1
Application number: RU2016111206/03U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Милкин; Николай Васильевич Калитенков; Александр Евгеньевич Шульженко; Светлана Вячеславовна Соболева
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2016-11-10

Abstract

1. Сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор, содержащий металлический ствол, термоэлементы с «горячими» и «холодными» концами, отличающийся тем, что металлический ствол выполнен в форме треугольной призмы, на боковых гранях которой «горячими» концами прикреплены термоэлементы, к «холодным» концам термоэлементов прикреплены игольчатые радиаторы, внутри ствола соосно размещена перфорированная цилиндрическая гильза, отверстия которой выполнены с выступами от поверхности гильзы и которая прикреплена к стволу с помощью теплопередающих креплений, при этом диаметр цилиндрической перфорированной гильзы соответствует внутреннему диаметру типового сэндвич-дымохода, по концам гильзы расположены стартовый и финишный участки для встраивания в трубы типовых сэндвич-дымоходов.2. Сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что теплопередающее крепление представляет собой металлические распорки.3. Сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термоэлементов используют типовой универсальный термоэлектрический генератор, например Б4М.1. A sandwich-chimney-thermoelectric generator containing a metal barrel, thermocouples with "hot" and "cold" ends, characterized in that the metal barrel is made in the form of a triangular prism, on whose side faces thermoelements are attached with "hot" ends, to the "cold" needle radiators are attached to the ends of the thermocouples, a perforated cylindrical sleeve is coaxially placed inside the barrel, the holes of which are made with protrusions from the surface of the sleeve and which is attached to the barrel using heat transfer captive, the diameter of the cylindrical perforated liner corresponds to the inner diameter of the chimney typical sandwich, on the ends of the sleeve are arranged starting and finishing portions for insertion into the tubes typical sandwich dymohodov.2. Sandwich-chimney-thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that the heat transfer fastening is a metal struts. 3. Sandwich-chimney-thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that a typical universal thermoelectric generator, for example B4M, is used as thermoelement.

Description

Полезная модель относится к универсальным фасонным элементам для установки в стальные модульные системы трубных дымоходов, преимущественно с естественной тягой, изначально или при модернизации. Устройство предназначено для утилизации тепла продуктов сгорания путем его преобразования в электрическую энергию.The utility model relates to universal fittings for installation in steel modular systems of chimney flues, mainly with natural draft, initially or during modernization. The device is designed to recover the heat of combustion products by converting it into electrical energy.

Известен термоэлектрогенератор, предназначенный для получения электрической энергии для питания радиоприемников, вместо сухих батарей или аккумуляторов (Журнал «Радио», 1956, 2). В известном термоэлектрогенераторе тепловая энергия от керосиновой лампы преобразуется в электрическую. Для повышения эффективности работы тепловоспринимающих термобатарей на стекло лампы крепят металлическую трубу, на которую устанавливают термоэлектрогенератор.Known thermoelectric generator, designed to produce electrical energy for powering the radio, instead of dry batteries or batteries (Journal "Radio", 1956, 2). In a known thermoelectric generator, thermal energy from a kerosene lamp is converted into electrical energy. To increase the efficiency of heat-receiving thermal batteries, a metal pipe is mounted on the lamp glass, on which a thermoelectric generator is installed.

Известный термоэлектрогенератор оригинален, но предназначен для узкого направления использования термоэлектрической энергии при применении всей системы внутри помещений с изменением баланса состава воздуха при длительном использовании.The well-known thermoelectric generator is original, but it is intended for a narrow direction of using thermoelectric energy when applying the entire system indoors with a change in the balance of air composition during prolonged use.

Известно электрогенерирующее отопительно-варочное устройство (Пат. РФ №9823, опубл. 10.10.2010), содержащее бытовую печь с вертикальной дымовой трубой, рекуператор и емкость для воды установленные соосно на трубу, этажами, по ходу движения дымовых газов. В зазор между рекуператором и емкостью плотно установлен термоэлектрогенератор. При этом горячие спаи находятся на корпусе рекуператора, а холодные спаи плотно прилегают ко дну емкости для воды.Known electric generating heating and cooking device (US Pat. RF No. 9823, publ. 10.10.2010), containing a household stove with a vertical chimney, a recuperator and a water tank installed coaxially on the pipe, floors, along the flue gas. A thermoelectric generator is tightly installed in the gap between the recuperator and the tank. At the same time, hot junctions are located on the heat exchanger body, and cold junctions are tightly adjacent to the bottom of the water tank.

Недостатками известного электрогенерирующего отопительно-варочного устройства, предназначенного и для использования обогрева помещений, приготовления пищи и нагрева воды являются громоздкость и сложность конструкции и необходимость дополнительного контроля за температурой и уровнем воды при использовании.The disadvantages of the known electric generating heating and cooking device, intended for use as space heating, cooking and water heating are the bulkiness and complexity of the design and the need for additional control of temperature and water level during use.

Наиболее близка по технической сущности к предлагаемой полезной модели дымовая труба-термоэлектрогенератор (Свидет. на ПМ РФ №6010, опубл. 16.02.1998). Труба-термогенератор содержит металлический ствол для прохода дымовых газов и наружный кожух, которые образуют между собой кольцевое пространство. В кольцевом пространстве на стенке (обечайке) внутреннего ствола укреплены "горячие" концы термоэлементов термоэлектрогенератора, "холодные" концы размещены в кольцевом пространстве, через которые проходит охлаждающий воздух в том же направлении, что и дымовые газы внутри ствола.Closest to the technical nature of the proposed utility model is a chimney-thermoelectric generator (Testimonial at the PM of the Russian Federation No. 6010, publ. 02.16.1998). The heat generator pipe contains a metal barrel for the passage of flue gases and an outer casing, which form an annular space between themselves. In the annular space on the wall (shell) of the inner barrel, the "hot" ends of the thermoelectric generator thermoelements are fixed, the "cold" ends are placed in the annular space through which cooling air flows in the same direction as the flue gases inside the barrel.

Недостатками известной трубы-термоэлектрогенератора являются ограничения по размещению и применению только в вертикальном положении, стационарность использования, необходимость значительных габаритов устройства конструкции, недостаточно высокая эффективность утилизации тепла.The disadvantages of the known pipe-thermoelectric generator are restrictions on the placement and use only in an upright position, stationary use, the need for significant dimensions of the design, insufficient heat recovery efficiency.

Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи по универсализации использования термоэлектрогенераторов в широком спектре теплогенераторов, независимо от положения по углам наклона участков дымовых каналов при размещении, облегчению монтажа, повышению эффективности теплосъема.The proposed utility model is aimed at solving the problem of universalizing the use of thermoelectric generators in a wide range of heat generators, regardless of the position of the angles of inclination of the sections of the smoke channels during placement, facilitating installation, and increasing the efficiency of heat removal.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в реализации возможности универсального встраивания сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора в дымовой канал стальных модульных дымоходов, повышении эффективности утилизации тепловой энергии сжигающих топливо агрегатов.The technical result, which is achieved by the claimed utility model, is to realize the possibility of universal integration of a sandwich chimney-thermoelectric generator into the chimney of steel modular chimneys, to increase the efficiency of utilization of thermal energy of fuel-burning units.

Для достижения указанного технического результата в сэндвич-дымоходе-термоэлектрогенераторе, содержащем металлический ствол для прохода дымовых газов от топливосжигающего агрегата, термоэлементы с «горячими» и «холодными» концами, металлический ствол выполнен в форме треугольной призмы, на боковых гранях которой «горячими» концами прикреплены термоэлементы, к «холодным» концам термоэлементов прикреплены игольчатые радиаторы, внутри ствола соосно размещена перфорированная цилиндрическая гильза, отверстия которой выполнены с выступами от поверхности гильзы и которая прикреплена к стволу с помощью теплопередающих креплений, при этом диаметр цилиндрической перфорированной гильзы соответствует внутреннему диаметру труб типовых сэндвич-дымоходов, по концам гильзы расположены стартовый и финишный участки для встраивания в трубы типовых сэндвич-дымоходов.To achieve the specified technical result in a sandwich chimney-thermoelectric generator containing a metal barrel for the passage of flue gases from the fuel-burning unit, thermocouples with "hot" and "cold" ends, the metal barrel is made in the form of a triangular prism, on the sides of which are "hot" ends thermocouples are attached, needle radiators are attached to the "cold" ends of thermocouples, a perforated cylindrical sleeve is placed coaxially inside the barrel, the openings of which are made with high upami from the surface of the liner and which is attached to the barrel via heat transfer anchorages, the diameter of the cylindrical perforated liner corresponds to the inner diameter of the pipe chimney typical sandwich, on the ends of the sleeve are arranged starting and finishing portions for insertion into the tubes typical sandwich chimneys.

Отличительными признаками предлагаемого сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора от прототипа являются следующие:The distinctive features of the proposed sandwich chimney-thermoelectric generator from the prototype are the following:

- устройство универсально за счет использования перфорированной гильзы с диаметром, соответствующим диаметру труб типовых сэндвич-дымоходов; его можно использовать при встраивании в линии типовых металлических дымоходов, как при их монтировании, так и в действующие, путем замены используемых в сборке фасонных сэндвич-элементов;- the device is universal through the use of a perforated sleeve with a diameter corresponding to the diameter of the pipes of typical sandwich chimneys; it can be used when embedding typical metal flues in a line, both when mounting them and in existing ones, by replacing the shaped sandwich elements used in the assembly;

- металлический ствол для прохода дымовых газов выполнен в виде треугольной призмы с боковыми гранями для обеспечения максимальной площади теплопередачи к плоским типовым термоэлементам при размещении их на стволе;- the metal barrel for the passage of flue gases is made in the form of a triangular prism with side faces to ensure maximum heat transfer to flat type thermocouples when placing them on the barrel;

- металлический ствол для прохода дымовых газов увеличен в размерах, в том числе за счет дополнения внутри соосно размещенной перфорированной гильзой с диаметром, соответствующим диаметру применяемых дымоходов. Это не создает повышенного сопротивления движению дымового потока, увеличивает площадь теплообмена и из-за увеличения проходного сечения снижает скорость движения дымовых газов и повышает теплоотдачу;- the metal barrel for the passage of flue gases is increased in size, including due to the addition of a coaxially placed perforated sleeve inside with a diameter corresponding to the diameter of the used chimneys. This does not create increased resistance to the movement of the smoke stream, increases the heat transfer area and, due to the increase in the flow area, reduces the speed of the flue gases and increases the heat transfer;

- отверстия перфорированной гильзы выполнены с выступами краев от поверхности гильзы, что обеспечивает турбулизацию дымовых газов и увеличивает эффективность утилизации тепла;- holes of the perforated sleeve are made with protrusions of the edges from the surface of the sleeve, which provides turbulence of flue gases and increases the efficiency of heat recovery;

- «холодные» концы термоэлементов укреплены к игольчатым радиаторам для их более эффективного охлаждения, а также обеспечивает независимое размещение в пространстве радиаторов относительно движения конвекционных или искусственных потоков окружающего воздуха.- “cold” ends of thermocouples are attached to needle radiators for their more efficient cooling, and also provides independent placement in the space of radiators relative to the movement of convection or artificial flows of ambient air.

Благодаря наличию этих признаков реализуется устройство универсального сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора с повышенной эффективностью утилизации тепла от отходящих дымовых газов типовым термоэлементам для встраивания в монтируемые и существующие стальные дымоходные системы при любом угле наклона линии труб с эффективным теплосъемом.Due to the presence of these signs, a universal sandwich chimney-thermoelectric generator is being implemented with increased efficiency of heat recovery from flue gases using standard thermoelements for incorporation into mounted and existing steel chimney systems at any angle of inclination of the pipe line with effective heat removal.

Предлагаемый сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.The proposed sandwich-chimney-thermoelectric generator is illustrated by the drawings shown in FIG. 12.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the device, FIG. 2 is a transverse section.

На фиг. 1, 2 позициями обозначены следующие элементы:In FIG. 1, 2 positions indicate the following elements:

1 - металлический ствол в виде треугольной призмы, с закрепленной внутри металлической цилиндрической перфорированной гильзой, для прохода дымовых газов, которые поступают в ствол через перфорации металлической гильзы;1 - a metal barrel in the form of a triangular prism, with a metal cylindrical perforated sleeve fixed inside, for the passage of flue gases that enter the barrel through perforations of the metal sleeve;

2 - дымовые газы, подвергающиеся турбулизации за счет расширения, при увеличении общего проходного сечения призмы и гильзы, с искривлением потоков за счет прохождения через перфорации в полость призмы ствола и обратно;2 - flue gases subjected to turbulization due to expansion, with an increase in the total flow area of the prism and sleeve, with the flow curving due to passage through perforations into the cavity of the prism of the barrel and back;

3 - боковые грани призмы ствола обеспечивают лучший тепловой контакт с «горячими» концами типовых универсальных термоэлектрических генераторов;3 - the lateral faces of the barrel prism provide better thermal contact with the "hot" ends of typical universal thermoelectric generators;

4 - термоэлементы типовые универсальные термоэлектрические генераторы, например, Б4М - в виде правильных прямоугольников с плоскостями «горячих» и «холодных» концов; а - горячие концы термоэлементов, б - холодные концы термоэлементов,4 - thermoelements typical universal thermoelectric generators, for example, B4M - in the form of regular rectangles with planes of "hot" and "cold" ends; a - hot ends of thermocouples, b - cold ends of thermocouples,

5 - перфорированная цилиндрическая гильза в виде стальной дымоходной трубы типовых калибров дымоходных систем для прохода дымовых газов, с отверстиями для их захода в призму ствола с последующим выходом;5 - a perforated cylindrical sleeve in the form of a steel chimney of typical caliber chimney systems for the passage of flue gases, with holes for their entry into the prism of the barrel with subsequent exit;

6 - стартовый участок, обеспечивающий сочленение сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора с сжигающим топливо агрегатом или встраивания в линию труб типовых сэндвич-дымоходов;6 - a starting section providing articulation of a sandwich chimney-thermoelectric generator with a fuel-burning unit or incorporation of typical sandwich chimneys into the pipe line;

7 - финишный участок, обеспечивающий сочленение сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора, при встраивании в линию труб типовых сэндвич-дымоходов или перехода к дымовой трубе;7 - a finishing section providing articulation of a sandwich-chimney-thermoelectric generator when embedding standard sandwich chimneys in a pipe line or transition to a chimney;

8 - теплопередающее крепление в виде металлических распорок для соосной фиксации призмы ствола и перфорированной гильзы и дополнительного контактного теплоперехода от гильзы к призме;8 - heat transfer mount in the form of metal spacers for coaxial fixation of the barrel prism and perforated sleeve and additional contact heat transfer from the sleeve to the prism;

9 - отверстия перфораций, объединяющие объем гильзы и дополнительный объем призмы, для увеличения общего проходного сечения дымохода и снижения скорости движения дымовых газов, увеличивающих теплоотдачу;9 - holes perforations, combining the volume of the sleeve and the additional volume of the prism, to increase the total flow area of the chimney and reduce the speed of movement of flue gases, increasing heat transfer;

10 - игольчатые радиаторы в отличие от радиаторов с продольными ребрами обеспечивают как вертикальную, так и горизонтальную ориентацию размещения сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора в системе дымоходов для прохода дымовых газов;10 - needle radiators, unlike radiators with longitudinal ribs, provide both vertical and horizontal orientation of the placement of the sandwich chimney-thermoelectric generator in the chimney system for the passage of flue gases;

11 - выступы краев отверстий обеспечивают дополнительную турбулизацию и облегчают перетекание потоков дымовых газов в призму ствола с последующим выходом.11 - the protrusions of the edges of the holes provide additional turbulization and facilitate the flow of flue gas flows into the prism of the barrel with a subsequent exit.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор в виде встраиваемого модуля устанавливают в стальную модульную систему трубного дымохода с подсоединением через стартовый участок 6 и финишный участок 7. Продукты сгорания в виде дымовых газов 2 от топливосжигающего агрегата теплогенератора проходят через трубный дымоход, нагревая металлический ствол 1 в виде призмы. На боковых гранях призмы 3 с внешней стороны (снаружи) «горячими» концами «а» укреплены термоэлементы 4, «холодные» концы «б» которых обращены наружу для охлаждения конвективным потоком окружающего воздуха. К «холодным» концам «б» термоэлементов 4 прикреплены игольчатые радиаторы 10. Призматическая форма металлического ствола 1 обеспечивает максимальное прилегание плоских поверхностей типовых сборок термоэлектрогенераторов к плоским поверхностям граней. Для увеличения теплоотдачи энергии дымовых газов на участке модуля сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора внутри металлического ствола 1 установлена с помощью теплопередающих креплений 8 перфорированная гильза 5 с отверстиями 9. Теплопередающие крепления 8 обеспечивают тепловыравнивание площади боковых граней 3 ствола 1 от перфорированной гильзы 5. Теплопередающие крепления 8 представляют собой металлические распорки. Уширение проходного сечения модуля за счет увеличенного сечения призмы и заполнения увеличенного внутреннего пространства движущимися дымовыми газами 2 за счет отверстий 9 перфорации в гильзе 5 снижает их скорость движения и создает турбулизацию, обеспечивая повышенную отдачу тепловой энергии стенкам ствола 1.A sandwich chimney-thermoelectric generator in the form of a built-in module is installed in a steel modular system of a chimney flue with a connection through the start section 6 and finish section 7. Combustion products in the form of flue gases 2 from the fuel-burning unit of the heat generator pass through the chimney, heating the metal barrel 1 in the form of a prism . On the lateral faces of the prism 3 from the outside (outside), the "hot" ends "a" are attached to the thermocouples 4, the "cold" ends "b" of which are turned outward for cooling by a convective flow of ambient air. Needle radiators 10 are attached to the “cold” ends “b” of the thermocouples 4. The prismatic shape of the metal barrel 1 ensures the maximum fit of the flat surfaces of typical assemblies of thermoelectric generators to the flat surfaces of faces. To increase the heat transfer energy of the flue gas in the section of the sandwich-chimney-thermoelectric generator module inside the metal barrel 1, a perforated sleeve 5 with holes 9 is installed using heat transfer fasteners 8. Heat transfer fasteners 8 provide thermal alignment of the side faces 3 of the barrel 1 from the perforated sleeve 5. Heat transfer fasteners 8 are metal struts. The broadening of the module cross section due to the enlarged prism section and filling of the increased internal space with moving flue gases 2 due to the perforation holes 9 in the sleeve 5 reduces their speed and creates turbulence, providing an increased return of thermal energy to the barrel walls 1.

Для повышения эффективности теплосъема за счет создания усиленной турбулизации дымовых газов 2 на участке модуля сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора отверстия 9 гильзы 5 выполнены с выступами 11 краев отверстий 9 от поверхности гильзы 5. Для сохранения сечения дымового канала модульного дымохода всей системы гильза 5 выполнена цилиндрической, с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру линии типового сэндвич-дымохода. Для увеличения эффективности конвекционного охлаждения при наклонной или горизонтальной установке сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора металлический ствол 1 выполнен в виде трехгранной призмы с боковыми гранями 3 для размещения одной из граней параллельно или с наклоном к горизонтальной плоскости, а увеличение охлаждаемой поверхности «холодных» концов «б» производят с помощью игольчатых радиаторов 10. При этом в вертикальном положении модуля происходит естественное конвекционное движение охлаждающего воздуха и не исключается использование радиаторов с продольными плоскостными пластинами. В горизонтальном положении модуля при размещении, например, одной из граней параллельно к горизонтальной плоскости обеспечивается естественное конвекционное движение охлаждающего воздуха снизу вверх, охлаждая радиаторы боковых сторон и дополнительным охлаждением, за счет эжекции, его движением от верхней поверхности. Для обеспечения универсальности положения размещения, при использовании модуля, радиаторы выполнены игольчатыми, обеспечивающими увеличенную площадь охлаждения и конвекционный обдув в любом, отличающемся от вертикального, положении модуля.To increase the efficiency of heat removal due to the creation of enhanced turbulization of flue gases 2 in the section of the sandwich-chimney-thermoelectric generator module, the openings 9 of the sleeve 5 are made with protrusions 11 of the edges of the openings 9 from the surface of the sleeve 5. To preserve the cross section of the smoke channel of the modular chimney, the entire system of the sleeve 5 is cylindrical, with a diameter corresponding to the inner diameter of the line of a typical sandwich chimney. To increase the efficiency of convection cooling with an inclined or horizontal installation of a sandwich chimney-thermoelectric generator, the metal barrel 1 is made in the form of a trihedral prism with side faces 3 for placing one of the faces in parallel or with an inclination to the horizontal plane, and the increase in the cooled surface of the “cold” ends “b "Produced using needle radiators 10. In this case, in the vertical position of the module, natural convection movement of cooling air occurs and is not excluded, and use of radiators with longitudinal planar plates. In the horizontal position of the module when placing, for example, one of the faces parallel to the horizontal plane, a natural convection movement of cooling air is provided from the bottom up, cooling the radiators of the sides and additional cooling, due to ejection, by its movement from the upper surface. To ensure universality of the placement position, when using the module, the radiators are made needle-shaped, providing an increased cooling area and convection airflow in any module position that differs from the vertical one.

В предлагаемом устройстве перфорированная цилиндрическая гильза может быть изготовлена любого необходимого диаметра для встраивания в любой калибр труб сэндвич-дымоходов, как и другие фасонные элементы дымового канала модульных дымоходов, а также может быть использовано с любыми теплогенераторами, использующими для отвода продуктов сгорания стальные цилиндрические трубные дымоходы.In the proposed device, the perforated cylindrical sleeve can be made of any required diameter for embedding sandwich flues in any caliber, like other shaped elements of the smoke channel of modular flues, and can also be used with any heat generators that use steel cylindrical pipe flues for exhausting combustion products .

Claims

1. A sandwich-chimney-thermoelectric generator containing a metal barrel, thermocouples with "hot" and "cold" ends, characterized in that the metal barrel is made in the form of a triangular prism, on whose side faces thermoelements are attached with "hot" ends, to the "cold" needle radiators are attached to the ends of the thermocouples, a perforated cylindrical sleeve is coaxially placed inside the barrel, the holes of which are made with protrusions from the surface of the sleeve and which is attached to the barrel using heat transfer captive, the diameter of the cylindrical perforated liner corresponds to the inner diameter of the chimney typical sandwich, on the ends of the sleeve are arranged starting and finishing portions for insertion into the tubes typical sandwich chimneys.

2. Sandwich-chimney-thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that the heat transfer fastening is a metal struts.

3. Sandwich-chimney-thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that a typical universal thermoelectric generator, for example B4M, is used as thermoelement.