RU2541799C1

RU2541799C1 - Thermal electric power generator for individual power supply

Info

Publication number: RU2541799C1
Application number: RU2013140149/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов; Наталья Евгеньевна Семичева; Антон Сергеевич Пивоваров; Андрей Владимирович Косинов; Иван Викторович Лысенко
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-02-20
Also published as: RU2013140149A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: thermal electric power generator for individual power supply includes interconnected external and internal boxes with their ends covered by covers and bottoms forming primary and secondary circuits; internal box houses a furnace with gas duct where gas collecting main and plate-type heat exchanger are located; walls and cover of the external box are covered by decorative box and cover with slots between them; walls of external and internal boxes, covers, bottoms and vertical partitions contacting heated water feature slots where thermal electric fins are inserted, consisting of a series of thermionic transducers with their ends interconnected by soldered contacts, running along the fin length in heating and cooling areas, so that loose ends with terminals in each thermal electric fin section are connected to the mains with like charges connected to current terminals.

EFFECT: enhanced reliability and efficiency of thermal electric power generator.

13 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к теплоэлектроэнергетике, а именно для обеспечения тепловой и электрической энергией индивидуальных домов и квартир путем одновременного получения тепловой и электрической энергии в одном аппарате.The present invention relates to a power system, namely, to provide thermal and electric energy to individual houses and apartments by simultaneously receiving thermal and electric energy in one device.

Известен теплоэлектрический генератор, содержащий вертикальный корпус, состоящий из прямоугольного короба, выполненного из диэлектрического материала с низкой теплопроводностью, соединенный сверху с отводящим газоходом, снизу - с камерой сгорания, внутри которого помещены ряды теплоэлектрических звеньев, представляющих собой металлические трубы теплоносителя, соединенных между собой калачами, покрытые несколькими кольцевыми изоляционными слоями, выполненные из диэлектрических материалов с высокой и низкой теплопроводностью, покрытых металлическими обечайками, в которых вокруг металлической трубы теплоносителя по ее длине помещены по очередности термоэмиссионные преобразователи, каждый из которых состоит из большого двухслойного горячего кольца, слои которого плотно прижаты друг к другу, и малого однослойного холодного кольца, выполненных из двух разных металлов M1 и М2 и расположенных в зоне нагрева и охлаждения, соединенных между собой перемычками, также выполненными из упомянутых металлов M1 и М2, образуя соединенные между собой секции и звенья, причем свободные концы термоэмиссионных преобразователей последнего верхнего и первого нижнего теплоэлектрического звена присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с токовыводами [Патент РФ №2425295, МПК F24H 3/00, 2011].A thermoelectric generator is known, comprising a vertical casing, consisting of a rectangular box made of a dielectric material with low thermal conductivity, connected at the top to a flue gas duct, at the bottom to a combustion chamber, inside which are placed rows of thermoelectric links representing metal coolant pipes interconnected by cams coated with several ring insulating layers made of dielectric materials with high and low thermal conductivity washed by metal shells, in which thermionic transducers are placed in turn around the metal coolant pipe along its length, each of which consists of a large two-layer hot ring, the layers of which are tightly pressed against each other, and a small single-layer cold ring made of two different metals M1 and M2 and located in the heating and cooling zone, interconnected by jumpers, also made of the mentioned metals M1 and M2, forming interconnected sections and links, and free the ends of the thermionic transducers of the last upper and first lower thermoelectric link are connected to collectors with the same charges connected to current leads [RF Patent No. 2425295, IPC F24H 3/00, 2011].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность его использования для квартирного теплоснабжения, сложная конструкция термоэлектрических звеньев и прекращение получения термоэлектричества в теплоэлектрогенераторе в случае отказа одного из них, недостаточная площадь поверхности теплопередачи и низкая эффективность по получаемому току, обусловленная тем, что компоновка термоэмиссионных преобразователей в термоэлектрических звеньях создает высокое электрическое сопротивление, в связи с чем происходят значительные потери силы тока, что снижает его надежность и эффективность.The main disadvantages of the known device are the impossibility of its use for residential heat supply, the complex construction of thermoelectric links and the termination of thermoelectricity in the heat generator in the event of failure of one of them, insufficient heat transfer surface area and low received current efficiency due to the layout of thermionic converters in thermoelectric links creates high electrical resistance, in connection with which Loss of current, which reduces its reliability and efficiency.

Более близким к предлагаемому изобретению является теплоэлектрогенератор для автономного энергоснабжения, содержащий наружный и внутренний вертикальные прямоугольные коробы, перекрытые с торцов днищами с образованием между ними прямоугольной полости - водяной рубашки с поперечными газоплотными перегородками, образующими первичный и вторичный контуры, подключенные друг к другу вертикальными трубами, во внутреннем вертикальном прямоугольном коробе расположена топка для сжигания газообразного, жидкого или твердого топлива (универсальная топка) с газоходом, через верхние днища наружного и внутреннего коробов пропущен газовый патрубок, первичный и вторичный контуры снабжены входными и выходными патрубками, устроенными в верхней и нижней частях наружного короба, причем поверхности обоих коробов и днищ в зонах первичного и вторичного контуров, соприкасающиеся с нагреваемой водой, покрыты ребристым слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью с вертикальными и горизонтальными ребрами, внутри которых помещены теплоэлектрические секции, состоящие из нескольких смежных вертикальных или горизонтальных ребер, в каждом из которых помещен ряд термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых параллельно соединены с контактными проводами, также выполненными из пары полос одноименных металлов M1 и М2, плотно прижатых друг к другу, которые расположены вдоль длины вертикальных и горизонтальных ребер в зонах нагрева и охлаждения, свободные концы крайних рядов каждой теплоэлектрической секции присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенным с токовыводами [Заявка на изобр. РФ №2012101529, МПК F24H 3/00, 2013].Closer to the proposed invention is a heat generator for autonomous power supply, containing outer and inner vertical rectangular boxes, overlapped at the ends by bottoms with the formation of a rectangular cavity between them - a water jacket with transverse gas-tight partitions, forming primary and secondary circuits connected to each other by vertical pipes, in the internal vertical rectangular box there is a furnace for burning gaseous, liquid or solid fuels (universal linen firebox) with a gas duct, a gas pipe is passed through the upper bottoms of the outer and inner ducts, the primary and secondary circuits are equipped with inlet and outlet pipes arranged in the upper and lower parts of the outer duct, and the surfaces of both ducts and bottoms in the zones of the primary and secondary circuits are in contact with heated water, covered with a ribbed layer of dielectric material with high thermal conductivity with vertical and horizontal ribs, inside of which are placed thermoelectric sections, consisting of several adjacent vertical or horizontal ribs, each of which contains a series of thermionic transducers, each of which consists of a pair of segments made of different metals M1 and M2, the ends of which are connected in parallel with contact wires, also made of a pair of bands of the same metals M1 and M2 tightly pressed against each other, which are located along the length of the vertical and horizontal ribs in the heating and cooling zones, the free ends of the extreme rows of each thermoelectric section are connected to the projectors with similar charges connected with current [Application for Image. RF №2012101529, IPC F24H 3/00, 2013].

Основными недостатками известного устройства являются низкая скорость теплопередачи между дымовыми газами и нагреваемой водой, обусловленная тем, что все теплообменные поверхности покрыты слоем диэлектрического материала, создающего дополнительное термическое сопротивление, недостаточный нагрев концов металлов M1 и М2 каждой ТЭП, находящихся в зоне нагрева, обусловленный, в первую очередь, малой площадью этой зоны, соприкасающейся с горячим потоком, что является причиной небольшой разности температур между горячими и холодными концами термоэмиссионных преобразователей и малого количества вырабатываемого термоэлектричества, наличие свободного пространства в газоходе теплоэлекторогенератора, не участвующего в процессе теплопередачи, что уменьшает площадь теплопередачи, невозможность замены отдельных ТЭС без разрушения внутреннего покрытия из диэлектрического материала и смежных ТЭС, что, в конечном счете, снижает его надежность и эффективность.The main disadvantages of the known device are the low rate of heat transfer between flue gases and heated water, due to the fact that all heat transfer surfaces are covered with a layer of dielectric material that creates additional thermal resistance, insufficient heating of the ends of metals M1 and M2 of each TEC located in the heating zone, caused by first of all, the small area of this zone in contact with the hot stream, which is the reason for the small temperature difference between the hot and cold ends thermionic converters and a small amount of thermoelectricity generated, the presence of free space in the duct of the heat generator that is not involved in the heat transfer process, which reduces the heat transfer area, the impossibility of replacing individual TPPs without destroying the internal coating of dielectric material and adjacent TPPs, which ultimately reduces it reliability and efficiency.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности теплоэлектрического генератора для индивидуального энергоснабжения.The technical result of the invention is to increase the reliability and efficiency of the thermoelectric generator for individual power supply.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый теплоэлектрический генератор для индивидуального энергоснабжения содержит наружный и внутренний вертикальные прямоугольные коробы, перекрытые с торцов крышками и днищами, с образованием между ними водяной рубашки и поперечных газоплотных перегородок, образующими первичный и вторичный контуры, подключенные друг к другу вертикальными трубами, во внутреннем коробе расположена универсальная топка с газоходом, через крышки наружного и внутреннего коробов пропущен газовый патрубок, соединяющий газоход с атмосферой, первичный и вторичный контуры снабжены входными и выходными патрубками, причем газоход состоит из газового коллектора, представляющего собой полость в виде призмы, примыкающую к входному отверстию газового патрубка и пластинчатого теплообменника, образованного вертикальными перегородками с вертикальные газовыми каналами и горизонтальными водяными каналами, соединенными через прямоугольные отверстия в верхней части фронтальной и тыльной стенок внутреннего короба с первичным водяным контуром, стенки наружного короба покрыты декоративным коробом, верхняя крышка покрыта П-образной декоративной крышкой с образованием между ними щелей шириной Δ, при этом стенки наружного и внутреннего коробов, крышек, днищ и вертикальных перегородок в зонах первичного и вторичного контуров, соприкасающиеся с нагреваемой водой, выполнены с продольными вертикальными и горизонтальными пазами, обращенными в горячую сторону, в которые вставлены ребра, представляющие собой теплоэлектрические секции, состоящие из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей, покрытых слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, каждый термоэмиссионный преобразователь состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых соединены между собой контактными спаями, которые расположены вдоль длины ребер в зонах нагрева и охлаждения, свободные концы с клеммами каждой теплоэлектрической секции присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенным с токовыводами.The technical result is achieved by the fact that the proposed thermoelectric generator for individual power supply contains outer and inner vertical rectangular boxes, overlapped with ends by covers and bottoms, with the formation of a water jacket and transverse gas-tight partitions between them, forming primary and secondary circuits connected to each other by vertical pipes , in the inner box there is a universal firebox with a gas duct, a gas pipe is passed through the covers of the outer and inner boxes to, connecting the gas duct with the atmosphere, the primary and secondary circuits are equipped with inlet and outlet nozzles, the gas duct consisting of a gas manifold representing a cavity in the form of a prism adjacent to the inlet of the gas nozzle and a plate heat exchanger formed by vertical partitions with vertical gas channels and horizontal water channels connected through rectangular openings in the upper part of the front and back walls of the inner box with the primary water circuit, st The casing of the outer box is covered with a decorative box, the top cover is covered with a U-shaped decorative cover with the formation of slots of width Δ between them, while the walls of the outer and inner boxes, covers, bottoms and vertical partitions in the areas of the primary and secondary circuits in contact with the heated water are made with longitudinal vertical and horizontal grooves facing the hot side, into which ribs are inserted, which are thermoelectric sections, consisting of series-connected thermoemis ion transducers coated with a layer of dielectric material with high thermal conductivity, each thermionic transducer consists of a pair of segments made of different metals M1 and M2, the ends of which are interconnected by contact junctions, which are located along the length of the ribs in the heating and cooling zones, free ends with terminals each thermoelectric section is connected to collectors with the same charges connected to current leads.

На фиг.1-7 представлены общий вид и разрезы теплоэлектрического генератора для индивидуального энергоснабжения (ТЭГИЭС), на фиг.8-13 - теплоэлектрические секции (ТЭС) и термоэмиссионные преобразователи (ТЭП).Figure 1-7 presents a General view and sections of a thermoelectric generator for individual power supply (TEGIES), Fig.8-13 - thermoelectric sections (TPP) and thermionic converters (TEP).

Предлагаемый ТЭГИЭС содержит наружный и внутренний вертикальные прямоугольные коробы 1 и 2, перекрытые с торцов крышками и днищами 3, 4 и 5, 6, соответственно, с образованием между ними прямоугольной полости - водяной рубашки 7 с поперечными газоплотными перегородками 8 и 9, образующими первичный и вторичный контуры, подключенные друг к другу вертикальными трубами 10. Во внутреннем вертикальном прямоугольном коробе 2 расположена топка 11 с газоходом 12, через нижние части правых боковых стенок коробов 1 и 2 пропущен прямоугольный горизонтальный короб 13, образующий загрузочное отверстие 14, соединенное внутри с топкой 11 и закрытое снаружи люком 15, снабженным монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики (на фиг.1-13 не показаны). Короб 13, в свою очередь, закрыт сверху и сбоку П-образным кожухом 16, соединенным своими кромками с правыми боковыми стенками наружного и внутреннего коробов 1, 2 и нижней перегородкой 9, с образованием П-образной полости 17, сообщающейся сверху и снизу с полостью вторичного контура. Причем через крышки 3 и 4 наружного и внутреннего коробов 1 и 2 пропущен газовый патрубок 18, соединяющий газоход 12 с атмосферой. The proposed TEGIES contains external and internal vertical rectangular boxes 1 and 2, overlapped from the ends by covers and bottoms 3, 4 and 5, 6, respectively, with the formation of a rectangular cavity between them - a water jacket 7 with transverse gas-tight partitions 8 and 9, forming the primary and secondary circuits connected to each other by vertical pipes 10. In the inner vertical rectangular box 2 there is a furnace 11 with a gas duct 12, a rectangular horizontal pipe is passed through the lower parts of the right side walls of the boxes 1 and 2 a robot 13, forming a loading hole 14, connected internally to the furnace 11 and closed externally by a hatch 15 provided with mounting holes for the burner and automation equipment (not shown in FIGS. 1-13). The box 13, in turn, is closed from above and from the side by a U-shaped casing 16, connected at its edges with the right side walls of the outer and inner boxes 1, 2 and the lower partition 9, with the formation of a U-shaped cavity 17 communicating from above with a cavity secondary circuit. Moreover, through the lids 3 and 4 of the outer and inner boxes 1 and 2, a gas pipe 18 is passed connecting the gas duct 12 to the atmosphere.

Первичный и вторичный контуры снабжены входными и выходными патрубками 19, 20 и 21, 22, соответственно, устроенными в верхней и нижней частях наружного короба 1, причем газоход 12 состоит из газового коллектора 23, представляющего собой полость в виде призмы, примыкающую к входному отверстию газового патрубка 18 и пластинчатого теплообменника 24, образованного вертикальными перегородками 25 с вертикальные газовыми каналами 26 и горизонтальными водяными каналами 27, соединенными через прямоугольные отверстия 28 в верхней части фронтальной и тыльной стенок короба 2 с первичным водяным контуром. Стенки наружного короба 1 покрыты декоративным коробом 29, верхняя крышка 3 покрыта П-образной декоративной крышкой 30 с образованием между ними щелей 31 шириной Δ. При этом стенки наружного и внутреннего коробов 1, 2, крышек 3, 4, днищ 5, 6 и вертикальных перегородок 25 в зонах первичного и вторичного контуров, соприкасающиеся с нагреваемой водой, выполнены с продольными вертикальными (коробы 1, 2) и горизонтальными (крышки 3, 4, днища 5, 6, вертикальные перегородки 25) пазами 32, обращенными в горячую сторону, в которые вставлены ребра 33, представляющие собой теплоэлектрические секции (ТЭС) 34, состоящие из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 35, покрытых слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 36. Каждый ТЭП 35 состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых соединены между собой контактными спаями 37, которые расположены вдоль длины ребер 33 в зонах нагрева и охлаждения (в пазах 32 и наружной кромки ребер 33), свободные концы с клеммами 38 и 39 каждой ТЭС присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенным с токовыводами (на фиг.1-13 не показаны).The primary and secondary circuits are equipped with inlet and outlet pipes 19, 20 and 21, 22, respectively, arranged in the upper and lower parts of the outer duct 1, and the duct 12 consists of a gas manifold 23, which is a cavity in the form of a prism adjacent to the gas inlet the pipe 18 and the plate heat exchanger 24 formed by vertical partitions 25 with vertical gas channels 26 and horizontal water channels 27 connected through rectangular openings 28 in the upper part of the front and rear walls of the box 2 with a primary water circuit. The walls of the outer box 1 are covered with a decorative box 29, the top cover 3 is covered with a U-shaped decorative cover 30 with the formation of slits 31 of width Δ between them. The walls of the outer and inner boxes 1, 2, covers 3, 4, bottoms 5, 6 and vertical partitions 25 in the zones of the primary and secondary circuits in contact with the heated water are made with longitudinal vertical (boxes 1, 2) and horizontal (covers 3, 4, bottoms 5, 6, vertical partitions 25) grooves 32 facing the hot side, into which ribs 33 are inserted, which are thermoelectric sections (TPP) 34, consisting of series-connected thermionic converters (TEP) 35, coated with a layer of dielectric mater high thermal conductivity 36. Each TEC 35 consists of a pair of segments made of different metals M1 and M2, the ends of which are interconnected by contact junctions 37, which are located along the length of the ribs 33 in the heating and cooling zones (in the grooves 32 and the outer edges of the ribs 33), the free ends with terminals 38 and 39 of each TPP are connected to collectors with the same charges connected to current outputs (not shown in FIGS. 1-13).

Предлагаемый ТЭГИЭС, представленный на фиг.1-13, работает следующим образом.The proposed TEGIES presented in figure 1-13, works as follows.

После заполнения первичного и вторичного контуров водой, создания в них ее циркуляции и начала горения топлива в топке 11 ТЭГИЭС дымовые газы, поднимаясь снизу вверх, с начальной температурой t_ГH, омывают внутреннюю поверхность внутреннего короба 2, проходят через газовые каналы 26, отдавая свое тепло воде, двигающейся в полости водяной рубашки 7 и водяных каналах 27, охлаждаются до заданной температуры t_ГК и выводятся через патрубок дымовых газов 18 в дымовую трубу (на фиг.1-11 не показана) и далее в атмосферу. При этом в результате теплообмена между дымовыми газами через стенки внутреннего короба 2, вертикальные перегородки 25 пластинчатого теплообменника 24 и сетевой водой, поступающей из системы отопления (на фиг.1-13 не показана) через патрубок 19 и движущейся сверху вниз по рубашке 7 справа налево по водяным каналам 27 (первичному контуру), вода нагревается от температуры t_BH до температуры t_BK и через патрубок 20 подается в систему отопления. After filling the primary and secondary circuits with water, creating their circulation in them and starting fuel combustion in the TEGIES 11 furnace, flue gases, rising from the bottom up, with an initial temperature t _ГH , wash the inner surface of the inner box 2, pass through the gas channels 26, giving off their heat water moving in the cavity of the water jacket 7 and the water channels 27 are cooled to a predetermined temperature t _ГК and are discharged through the flue gas pipe 18 to the chimney (not shown in Figs. 1-11) and further to the atmosphere. Moreover, as a result of heat exchange between flue gases through the walls of the inner box 2, the vertical partitions 25 of the plate heat exchanger 24 and the network water coming from the heating system (not shown in Figs. 1-13) through the pipe 19 and moving from top to bottom along the shirt 7 from right to left through the water channels 27 (primary circuit), the water is heated from temperature t _BH to temperature t _BK and is supplied through the pipe 20 to the heating system.

Параллельно процессу нагрева сетевой воды в первичном контуре во вторичный контур (в трубы 10 и полости между крышками 3, 4 и днищами 5, 6) через патрубок 21 подается водопроводная вода, которая движется сверху вниз (через полости между крышками 3 и 5, трубы 10 и полости между крышками 4 и 6), нагревается за счет теплообмена с горячей сетевой водой через стенки труб 10, а через крышку 4 и днище 5 внутреннего короба 2 с дымовыми газами, после чего через патрубок 22 горячая вода подается потребителю (на фиг.1-13 не показан). Одновременно, в результате процесса конвективной теплопередачи от дымовых газов, нагреваются зоны нагрева, состоящие из пазов 32 в стенках внутреннего короба 2, его крышки 4, днища 5 и вертикальных перегородок 25 и вставленных туда кромок ребер 33, выполненных из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 36, от которого основной поток тепла передается за счет теплопроводности двухслойным контактным спаям 37, выполненным из металлов M1 и М2, плотно прижатых друг к другу, конструкция которых позволяет увеличить количество воспринимаемого тепла за счет повышенной площади их контакта с зоной нагрева и высокой площади контакта слоев самих металлов M1 и М2, которые нагреваются при этом. In parallel with the heating process of the mains water in the primary circuit, the secondary circuit (into the pipes 10 and the cavities between the caps 3, 4 and the bottoms 5, 6) is supplied with tap water through the pipe 21, which moves from top to bottom (through the cavities between the caps 3 and 5, the pipes 10 and the cavity between the lids 4 and 6), is heated by heat exchange with hot mains water through the walls of the pipes 10, and through the lid 4 and the bottom 5 of the inner duct 2 with flue gases, after which hot water is supplied through the pipe 22 to the consumer (in Fig. 1 -13 not shown). At the same time, as a result of the process of convective heat transfer from flue gases, heating zones are heated, consisting of grooves 32 in the walls of the inner box 2, its lid 4, the bottom 5 and the vertical partitions 25 and the edges of the ribs 33 inserted therein, made of a dielectric material with high thermal conductivity 36 , from which the main heat flux is transmitted due to thermal conductivity to two-layer contact junctions 37 made of metals M1 and M2, tightly pressed against each other, the design of which allows to increase the amount of perception direct heat due to an increased area of contact with the heating zone and a high area of contact layers themselves metals M1 and M2, which are heated in the process.

Кроме того, процесс теплообмена от материала 36 к спаям металлов M1 и М2 ТЭП 35 интенсифицируется за счет передачи его теплопроводностью, скорость которой при высоком значении коэффициента теплопроводности значительно выше, чем скорость передачи тепла за счет конвекции [И.Н. Сушкин. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973, с.195-1981]. Одновременно осуществляется охлаждение контактных спаев 37, выполненных из металлов M1 и М2, расположенных параллельно у кромки вертикальных ребер 33 в холодной зоне за счет передачи тепла теплопроводностью через слой материала 23, обладающего высокой теплопроводностью, а от него конвекцией ядру потока нагреваемой сетевой воды (нагреваемой воде в первичном контуре и воздуху, двигающемуся в щелях 31 за счет естественной конвенции). В результате этих процессов происходит нагрев контактных спаев 37, состоящих из плотно соединенных между собой слоев металлов M1 и М2, расположенных в зонах нагрева и охлаждения контактных спаев 37, расположенных в зонах охлаждения каждой ТЭП 35, соединенных между собой последовательно в каждой ТЭС 34, что создает эмиссию электронов во всех ТЭП 35 и, соответственно, возникновение в них термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М: Наука, 1970, с.502-506], которое через клеммы 38, 39 суммируется на коллекторах, поступает на трансформаторы, где создается требуемое напряжение и сила тока (на фиг.1-13 не показаны), и подается потребителю.In addition, the heat transfer process from material 36 to the junctions of metals M1 and M2 of TEC 35 is intensified due to its transfer of thermal conductivity, the rate of which at a high value of the coefficient of thermal conductivity is much higher than the rate of heat transfer due to convection [I.N. Sushkin. Heat engineering. - M.: Metallurgy, 1973, S. 195-1981]. At the same time, contact junctions 37 made of metals M1 and M2, parallel to the edge of the vertical ribs 33 in the cold zone, are cooled due to heat transfer by thermal conductivity through a layer of material 23 having high thermal conductivity, and from it by convection to the core of the flow of heated network water (heated water) in the primary circuit and the air moving in the slots 31 due to natural convention). The result of these processes is the heating of contact junctions 37, consisting of layers of metals M1 and M2 tightly interconnected, located in the heating and cooling zones of contact junctions 37, located in the cooling zones of each TEC 35, interconnected in series in each TPP 34, which creates the emission of electrons in all TEC 35 and, accordingly, the occurrence of thermoelectricity in them [S.G. Kalashnikov. Electricity. - M: Nauka, 1970, p. 502-506], which is summed through the terminals 38, 39 on the collectors, fed to the transformers, where the required voltage and current are generated (not shown in FIGS. 1-13), and supplied to the consumer.

В отличие от известного теплоэлектрогенератора в предлагаемом значительно увеличена площадь теплообменных поверхностей за счет устройства в газоходе 12 пластинчатого теплообменника 24 и покрытия наружного короба 2 и крышки 3 декоративными ограждением 29 и крышкой 30 с образованием между ними щелей 31 шириной Δ (ширину Δ выбирают, исходя из условий свободной конвекции воздуха в них). Дополнительные теплообменные поверхности позволяют значительно увеличить количество ТЭС и, соответственно, количество образующегося термоэлектричества в ТЭГИЭС, а декоративные короб 29 и крышка 30 одновременно создают циркуляцию воздуха в обогреваемом помещении. Кроме того, выполнение теплообменных поверхностей с пазами 32, которые обращены в сторону горячего потока (газов или воды) и находятся ближе к его ядру, обеспечивает нагрев контактных спаев 37 также до более высокой температуры, что в соответствии с законами теплопередачи увеличивает скорость теплообмена. При этом нагрев контактных спаев 37 в зоне нагрева до более высокой температуры увеличивает разность температур между горячими и холодными спаями 37, что увеличивает количество образующегося термоэлектричества в ТЭС 34. Кроме того, конструкция ТЭС 34 в виде съемных ребер 33 обеспечивает возможность замены вышедших из строя ТЭС 34 без разрушения смежных с ними ТЭС 34.In contrast to the known heat and power generator, the proposed area has significantly increased the area of heat exchange surfaces due to the device in the duct 12 of the plate heat exchanger 24 and the cover of the outer duct 2 and cover 3 with a decorative fence 29 and cover 30 with the formation of slots 31 of width Δ between them (width Δ is chosen based on conditions of free air convection in them). Additional heat-exchange surfaces can significantly increase the number of thermal power plants and, accordingly, the amount of generated thermoelectricity in TEGIES, and the decorative box 29 and cover 30 simultaneously create air circulation in the heated room. In addition, the implementation of heat-exchange surfaces with grooves 32, which are turned towards the hot stream (gases or water) and are closer to its core, ensures that contact junctions 37 are also heated to a higher temperature, which, in accordance with the laws of heat transfer, increases the rate of heat transfer. Moreover, heating contact junctions 37 in the heating zone to a higher temperature increases the temperature difference between hot and cold junctions 37, which increases the amount of thermoelectricity generated in TPP 34. In addition, the design of TPP 34 in the form of removable ribs 33 makes it possible to replace failed TPPs 34 without destruction of adjacent TPPs 34.

Величина начальной температуры дымовых газов t_ГH определяется видом топлива и конструкцией топки, их конечная температура t_ГК - составом дымовых газов и требуемым температурным напором. Значения начальной и конечной температур нагреваемой воды t_BH и t_BK определяются площадью теплообменных поверхностей теплоэлектрогенератора и требованиями потребителя тепла. Величина разности электрического потенциала и силы тока на клеммах 38 и 39 одной ТЭС 34 зависит от характеристик пары металлов M1 и М2, из которых изготовлены ТЭП 35, их числа в одной ТЭС 34. Требуемые напряжение U и силу тока I ТЭГИЭС получают путем установки соответствующего числа ТЭС 34, суммирования и трансформации получаемого ими тока.The value of the initial temperature of the flue gases t _ГH is determined by the type of fuel and the design of the furnace, their final temperature t _ГК - by the composition of the flue gases and the required temperature head. The values of the initial and final temperatures of the heated water t _BH and t _{BK are} determined by the area of the heat exchange surfaces of the heat generator and the requirements of the heat consumer. The magnitude of the difference in electric potential and current strength at terminals 38 and 39 of one TPP 34 depends on the characteristics of the metal pair M1 and M2 of which TEP 35 is made, their number in one TPP 34. The required voltage U and current I TEGIES are obtained by setting the corresponding number TPP 34, summing and transforming the current they receive.

При этом конструкция универсальной топки ТЭГИЭС позволяет использовать газообразное, жидкое и твердое топливо. Для перехода на твердое топливо снимается люк 15, в топке 11 устанавливаются колосники, а на отверстие 14 навешивают загрузочную и зольниковую дверцы (на фиг.1-13 не показаны).At the same time, the design of the universal firebox TEGIES allows the use of gaseous, liquid and solid fuels. To switch to solid fuel, the hatch 15 is removed, grates are installed in the furnace 11, and loading and ash pan doors are hung on the hole 14 (not shown in FIGS. 1-13).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию теплоэлектрических секций (ТЭС) и сделать независимой выработку термоэлектричества в каждой ТЭС, интенсифицировать процесс теплопередачи от дымовых газов к нагреваемой воде и увеличить количество и параметры получаемой в каждом ТЭС электрической энергии, что повышает надежность и эффективность теплоэлектрогенератора для индивидуального энергоснабжения.Thus, the present invention allows to simplify the design of thermoelectric sections (TPPs) and to make independent generation of thermoelectricity in each TPP, to intensify the process of heat transfer from flue gases to heated water and to increase the amount and parameters of electric energy received in each TPP, which increases the reliability and efficiency of the heat generator for individual power supply.

Claims

A heat and power generator for individual power supply, containing outer and inner vertical rectangular boxes, overlapped with ends by covers and bottoms with the formation of a rectangular cavity between them - a water jacket with transverse gas-tight partitions forming primary and secondary circuits connected to each other by vertical pipes, a universal firebox with a gas duct in an internal vertical rectangular box connected to a gas pipe passed through the covers of the outer and inner boxes s, inlet and outlet nozzles of the primary and secondary circuits, fins made of a dielectric material with high thermal conductivity on heat exchange surfaces, in which there are thermionic converters, which are pairs of segments made of different metals M1 and M2, interconnected, the ends of which are connected interconnected by contact junctions and composed in thermoelectric sections, the free ends of the extreme rows of which are connected to collectors with the same charges connected to the current conclusions, characterized in that the gas duct consists of a gas manifold, which is a cavity in the form of a prism adjacent to the inlet of the gas pipe and a plate heat exchanger formed by vertical partitions with vertical gas channels and horizontal water channels connected through rectangular holes in the upper part of the front and the back walls of the inner box with the primary water circuit, the walls of the outer box are covered with a decorative box, the top cover is covered with a U-shaped th decorative cover with the formation of gaps between them with a width of Δ, the walls of the outer and inner boxes, covers, bottoms and vertical partitions in the zones of the primary and secondary circuits in contact with the heated water, are made with longitudinal vertical and horizontal grooves facing the hot side, in which inserted ribs, which are thermoelectric sections, consisting of series-connected thermionic transducers, the ends of which are interconnected by contact junctions, which p found on the rear of ribs along the length of the heating and cooling zones.