RU2599087C1

RU2599087C1 - Heat and electric generator for autonomous power supply

Info

Publication number: RU2599087C1
Application number: RU2015112084/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Ежов; Сергей Владимирович Березин
Original assignee: Владимир Сергеевич Ежов
Priority date: 2015-04-02
Filing date: 2015-04-02
Publication date: 2016-10-10

Abstract

FIELD: thermoelectric-power industry.

SUBSTANCE: invention can be used to provide heat and electric energy supply of individual houses and apartments by simultaneous production of heat and electric energy in a single apparatus. Result is achieved by the fact, that gas collector and plate heat exchanger are placed in gas duct in the heat and electric generator, walls of outer and inner ducts, of the lids, of the bottoms and the vertical partitions in contact with heated water, are made with longitudinal vertical and horizontal cogged slots facing the hot side, wherein the toothed ribs consisting of series-connected thermal emission converters are inserted, ends of which are connected to each other by the contact junctions, pairs of which are connected to each other in cooling zone through capacitors and crowbar switches forming thermoelectric sections and thermoelectric units, free ends with terminals of which are connected to collectors with like charges, connected with current terminals.

EFFECT: technical result of the invention is improvement of reliability and efficiency of the heat and electric generator for autonomous power supply.

1 cl, 11 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, выполненный из диэлектрического материала с низкой теплопроводностью, соединенный с газоходом и камерой сгорания, внутри которого помещены ряды теплоэлектрических звеньев, представляющих собой металлические трубы теплоносителя, покрытые несколькими кольцевыми изоляционными слоями, выполненные из диэлектрических материалов с высокой и низкой теплопроводностью, покрытых металлическими обечайками, в которых вокруг металлической трубы теплоносителя расположены 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 F24Н 3/00, 2011].A thermoelectric generator is known, comprising a vertical casing made of a dielectric material with low thermal conductivity, connected to a gas duct and a combustion chamber, inside which are placed rows of thermoelectric links, which are metal coolant pipes coated with several ring insulating layers made of high and low dielectric materials thermal conductivity, coated with metal shells, in which around the metal coolant pipe are located thermionic transducers, 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, the free ends of the thermionic converters of the last upper and first lower thermoelectric connection They are connected to collectors with the same charges connected to current outputs. [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, в которой расположены первичный и вторичный контуры, подключенные друг к другу вертикальными трубами, во внутреннем вертикальном прямоугольном коробе расположена 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 [Патент РФ №2493504, МПК F24Н 1/00, 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 to form a rectangular cavity between them, in which primary and secondary circuits are connected, connected to each other by vertical pipes, in an internal vertical rectangular box a universal firebox with a gas duct is located, a gas pipe is passed through the upper bottoms of the outer and inner ducts, primary and the 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 in contact with the heated water are covered with a finned layer of dielectric material with high thermal conductivity with vertical and horizontal ribs, inside which thermoelectric sections are placed, consisting of several adjacent vertical or horizontal ribs, each of which contains a series of thermionic precursors developers, 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 strips of the same metals M1 and M2, tightly pressed against each other, which are located along the lengths of vertical and horizontal fins in the heating and cooling zones, the free ends of the extreme rows of each thermoelectric section are connected to collectors with the same charges connected to current leads [RF Patent No. 2493504, IPC F24H 1/00, 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, соприкасающееся с горячим потоком, что является причиной небольшой разности температур между горячими и холодными концами термоэмиссионных преобразователей и малому количеству вырабатываемого термоэлектричества, наличие свободного пространства в газоходе теплоэлектрогенератора, 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 not participating 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 теплоэлектрогенератора для автономного энергоснабжения.The technical result of the invention is to increase the reliability and efficiency of the heat generator for autonomous power supply.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый теплоэлектрогенератор для автономного 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 вертикальными 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 с продольными вертикальными и горизонтальными зубчатыми пазами, обращенными в горячую сторону, в которые вставлены зубчатые ребра, состоящие из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей, покрытых слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, причем 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 зубчатых ребер в их зубьях в зонах нагрева и охлаждения, контактные спаи каждой пары зубчатых ребер с одного торца соединены между собой перемычками, а с противоположного торца контактные спаи зубчатых ребер этих же пар соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы, образуя теплоэлектрические секции, которые через перемычки последовательно соединены между собой, образуя теплоэлектрические блоки, размещенные на всех теплообменных поверхностях, а именно на стенках наружного и внутреннего коробов, крышках, днищах и вертикальных перегородках, а свободные концы с клеммами последовательно соединенных теплоэлектрических секций каждого теплоэлектрического блока присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с токовыводами.The technical result is achieved by the fact that the proposed heat and power generator for autonomous power supply contains external and internal vertical rectangular boxes, overlapped from the ends by lids 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, connecting the gas duct with the atmosphere, the primary and secondary circuits are equipped with inlet and outlet nozzles, and the duct consists of a gas manifold, which is 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 holes in the upper part of the front and back walls of the inner box with the primary water circuit, the walls of the outer of the box are 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 zones of the primary and secondary circuits in contact with the heated water are made with with longitudinal vertical and horizontal toothed grooves facing the hot side, into which are inserted ribs consisting of series-connected thermionic transducers coated with a layer a dielectric material with high thermal conductivity, and each thermionic converter 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 gear ribs in their teeth in the heating and cooling zones, contact junctions of each pairs of gear ribs from one end are connected by jumpers, and from the opposite end, contact junctions of gear ribs of the same pairs are connected to each other in the cooling zone through condensers, forming thermoelectric sections, which are connected in series through jumpers, forming thermoelectric blocks located on all heat-exchange surfaces, namely on the walls of the outer and inner boxes, covers, bottoms and vertical partitions, and the free ends with the terminals of the thermoelectric sections of each thermoelectric unit connected in series connected to collectors with the same charges connected to current outputs.

На фиг. 1-7 представлены общий вид и разрезы теплоэлектрогенератора для автономного энергоснабжения (ТЭГАЭС), на фиг. 8-10 - теплоэлектрические секции (ТЭС) и термоэмиссионные преобразователи (ТЭП), на фиг. 11 - компановка теплоэлектрического блока (ТЭБ).In FIG. 1-7 are a general view and sections of a thermoelectric generator for autonomous power supply (TEGAES), in FIG. 8-10 - thermoelectric sections (TES) and thermionic converters (TEC), in FIG. 11 - the layout of the thermoelectric unit (TEB).

Предлагаемый ТЭГАЭС 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, 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) зубчатыми пазами 32, обращенными в горячую сторону, в которые вставлены зубчатые ребра 33, состоящие из последовательно соединенных термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 34, покрытых слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 35, причем каждый ТЭП 34 состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов M1 и М2, концы которых соединены между собой контактными спаями 36, которые расположены вдоль длины зубчатых ребер 33 в их зубьях 37 в зонах нагрева и охлаждения (в зубчатых пазах 32 и наружной кромки зубчатых ребер 33), контактные спаи 36 каждой пары 38 зубчатых ребер 33 с одного торца соединены между собой перемычками 39, а с противоположного торца контактные спаи 36 зубчатых ребер 33 этих же пар 38 соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы 40, образуя теплоэлектрические секции (ТЭС) 41, которые через перемычки 42 последовательно соединены между собой, образуя теплоэлектрические блоки (ТЭБ) 43, размещенные на всех теплообменных поверхностях, а именно на стенках наружного и внутреннего коробов 1, 2, крышках 3, 4, днищах 5, 6 и вертикальных перегородках 25, а свободные концы с клеммами 44 и 45 последовательно соединенных ТЭС 41 каждого ТЭБ 43 присоединены к коллекторам с одноименными зарядами, соединенными с токовыводами (на фиг. 1-11 не показаны).The proposed TEGAES 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 Rob 13, forming a loading hole 14, connected internally to the furnace 11 and closed on the outside by a hatch 15, equipped with mounting holes for the burner and automation equipment (not shown in Fig. 1-13), the box 13, in turn, is closed from above and from the side П -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 above and below the cavity of the secondary circuit, and through the covers 3 and 4 of the outer and inner boxes 1 and 2 are missing gas the outlet pipe 18 connecting the gas duct 12 to the atmosphere, 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 gas duct 12 consists of a gas manifold 23, which is a cavity in the form of a prism adjacent to the inlet of the gas pipe 18 and a plate heat exchanger 24 formed by vertical partitions 25 with vertical gas channels 26 and horizontal water channels 27 connected through rectangular holes 28 in the upper part of the front and back 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 slots 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) with grooves 32 facing the hot side, into which gear ribs 33 are inserted, consisting of series-connected thermionic transducers (TECs) 34 coated with a layer of dielectric material with high thermal conductivity 35, Moreover, each TEC 34 consists of a pair of segments made of different metals M1 and M2, the ends of which are connected by contact junctions 36, which are located along the length of the gear ribs 33 in their teeth 37 in the heating and cooling zones (in the gear grooves 32 and the outer edge gear ribs 33), contact junctions 36 of each pair 38 of gear ribs 33 are connected at one end by jumpers 39, and from the opposite end, contact junctions 36 of gear ribs 33 of the same pairs 38 are connected to each other in the cooling zone via capacitors 40, forming a thermoelectric sections (TPP) 41, which are connected in series through jumpers 42, forming thermoelectric blocks (TEB) 43, placed on all heat-exchange surfaces, namely on the walls of the outer and inner boxes 1, 2, lids 3, 4, bottoms 5, 6 and vertical partitions 25, and the free ends with terminals 44 and 45 of series-connected TPPs 41 of each TEB 43 are connected to collectors with the same charges connected to current leads (in FIG. 1-11 are not shown).

Предлагаемый ТЭГАЭС, представленный на фиг. 1-11, работает следующим образом. После заполнения первичного и вторичного контуров водой, создания в них ее циркуляции и начала горения топлива в топке 11 ТЭГАЭС дымовые газы, поднимаясь снизу вверх, с начальной температурой t_ГН, 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. 1-12 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. 1-12 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. 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. 1-11 не показан). Одновременно, в результате процесса конвективной теплопередачи от дымовых газов, нагреваются зоны нагрева, состоящие из зубчатых пазов 32 в стенках внутреннего короба 2, его крышки 4, днища 5 и вертикальных перегородок 25 и вставленных туда кромок зубчатых ребер 33, выполненных из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью 35, от которого основной поток тепла передается за счет теплопроводности двухслойным контактным спаям 36, выполненным из металлов M1 и М2, плотно прижатых друг к другу, расположенных в зубьях 37 зубчатых ребер 33, 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. Кроме того, процесс теплообмена от материала 35 к спаям металлов M1 и М2 36 ТЭП 34 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 36, выполненных из металлов M1 и М2, и конденсаторов 36, расположенных параллельно у кромки вертикальных зубчатых ребер 33 в холодной зоне за счет передачи тепла теплопроводностью через слой материала 35, 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 36, состоящих из плотно соединенных между собой слоев металлов M1 и М2, расположенных в зонах нагрева и охлаждения спаев 36 и конденсаторов 40, расположенных в зонах охлаждения каждой ТЭС 41, возникает значительная разность температур на противоположных спаях 36 каждого ТЭП 34, что создает эмиссию электронов во всех ТЭП 34 и соответственно возникновение в них термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506]. Полученное термоэлектричество каждой ТЭС 41 направляется в конденсаторы 40, соединенные с холодными спаями 36 двух конечных ТЭП 34 каждой пары 38, которые аккумулируют его. При этом каждый конденсатор 40 обслуживает свою пару 38 (ТЭС 41), а так как конденсаторы 40 соединены между собой последовательно через перемычки 42, то термоэлектричество предыдущих ТЭС 41 не проходит через последующие ТЭС 41, а движется только через последовательно соединенные конденсаторы 40, что существенно снижает потери мощности на преодоление сопротивлений электричеству при прохождении по многочисленным ТЭП 34, нагреваемых в топке 11 и газоходе 12 до значительной температуры (температура дымовых газов в топке 11 может быть больше 800-1000°C). Эффективная работа конденсаторов 40 обеспечивается также тем, что они постоянно охлаждаются потоками сетевой и водопроводной воды в первичном и вторичном контурах и воздухом в щелях 31. Полученное электричество каждого блока 43 суммируется на коллекторах с одноименными зарядами, соединенных с токовыводами (на фиг. 1-11 не показаны), поступает на трансформаторы, где создается требуемое напряжение и сила тока (на фиг. 1-11 не показаны) и подается потребителю.The proposed TEGAES shown in FIG. 1-11, works as follows. After filling the primary and secondary circuits with water, creating its circulation in them and starting fuel combustion in the TEGAES 11 furnace, flue gases, rising from the bottom up, with the initial temperature t _GN , wash the inner surface of the inner box 2, pass through the gas channels 26, giving off their heat the 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 into the chimney (not shown in Fig. 1-12) and further into 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 Fig. 1-12) 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. Parallel to the heating process of the mains water in the primary circuit, in the secondary circuit (in the pipes 10 and the cavities between the caps 3, 4 and the bottoms 5, 6), tap water is supplied 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 covers 4 and 6), is heated by heat exchange with hot mains water through the walls of the pipes 10, and through the cover 4 and the bottom 5 of the inner duct 2 with flue gases, after which hot water is supplied to the consumer through the pipe 22 (in FIG. 1-11 not shown). At the same time, as a result of the process of convective heat transfer from flue gases, the heating zones are heated, consisting of gear grooves 32 in the walls of the inner box 2, its lid 4, bottom 5 and vertical partitions 25 and the edges of the gear ribs 33 inserted therein made of high-density dielectric material thermal conductivity 35, from which the main heat flux is transmitted due to thermal conductivity to two-layer contact junctions 36 made of metals M1 and M2, tightly pressed against each other, located in the teeth 37 of the gear ribs 33, con whose structure allows to increase the amount of perceived heat due to the increased area of their contact with the heating zone and the high contact area of the layers of the metals M1 and M2 themselves, which are heated in this case. In addition, the heat transfer process from material 35 to the junctions of metals M1 and M2 36 TEC 34 is intensified by the transfer of its 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, p. 195-1981]. At the same time, the contact junctions 36 made of metals M1 and M2 and the condensers 36 located parallel to the edge of the vertical gear ribs 33 in the cold zone are cooled by heat transfer through the thermal conductivity through a layer of material 35 with high thermal conductivity, and from it convection to the core of the heated stream network water (heated water in the primary circuit and air moving in slots 31 due to natural convention). The result of these processes is the heating of contact junctions 36, consisting of layers of metals M1 and M2 tightly interconnected, located in the heating and cooling zones of junctions 36 and condensers 40, located in the cooling zones of each TPP 41, a significant temperature difference occurs on opposite junctions 36 each TEC 34, which creates the emission of electrons in all TEC 34 and, accordingly, the occurrence of thermoelectricity in them [S.G. Kalashnikov. Electricity. - M: "Science", 1970, p. 502-506]. The obtained thermoelectricity of each TPP 41 is sent to capacitors 40 connected to cold junctions 36 of two final TEC 34 of each pair 38 that accumulate it. Moreover, each capacitor 40 serves its own pair 38 (TPP 41), and since the capacitors 40 are connected to each other in series through jumpers 42, the thermoelectricity of the previous TPP 41 does not pass through the subsequent TPP 41, but only moves through the series-connected capacitors 40, which is essential reduces the power loss to overcome the resistance to electricity when passing through numerous TEC 34, heated in the furnace 11 and the duct 12 to a significant temperature (the temperature of the flue gases in the furnace 11 may be more than 800-1000 ° C). The effective operation of the capacitors 40 is also ensured by the fact that they are constantly cooled by the flows of mains and tap water in the primary and secondary circuits and by the air in the slots 31. The received electricity of each block 43 is summed up on collectors with the same charges connected to current leads (in Fig. 1-11 not shown), enters the transformers, where the required voltage and current are created (not shown in Fig. 1-11) 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 с декоративными ограждением 29 и крышкой 30 с образованием между ними щелей 31 шириной 9 (ширину 9 выбирают исходя из условий свободной конвекции воздуха в них). Дополнительные теплообменные поверхности позволяют значительно увеличить количество ТЭС и соответственно количество образующегося термоэлектричества в ТЭГАЭС, а декоративные короб 29 и крышка 30 одновременно создают циркуляцию воздуха в обогреваемом помещении. Кроме того, выполнение теплообменных поверхностей с зубчатыми пазами 32, которые обращены в сторону горячего потока (газов или воды) и находятся ближе к его ядру, обеспечивает нагрев контактных спаев 36 также до более высокой температуры, что в соответствии с законами теплопередачи увеличивает скорость теплообмена. При этом нагрев контактных спаев 36 в зоне нагрева до более высокой температуры увеличивает разность температур между горячими и холодными спаями 36, что увеличивает количество образующегося термоэлектричества в ТЭС 41. Кроме того, установка в каждой ТЭС 41 конденсаторов 40 и их последовательное включение в цепь между торцевыми холодными контактными спаями 36 с образованием отдельных ТЭБ 43 позволяет многократно снизить потери мощности на преодоление сопротивлений электричеству при прохождении по многочисленным ТЭП 34, а выполнение 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 coating of the outer duct 2 and cover 3 with a decorative fence 29 and cover 30 with the formation of slots 31 of width 9 between them (width 9 is selected 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 TEGAES, and decorative box 29 and cover 30 simultaneously create air circulation in the heated room. In addition, the implementation of heat-exchange surfaces with serrated grooves 32, which are turned toward the hot stream (gases or water) and are closer to its core, ensures that contact junctions 36 are also heated to a higher temperature, which, in accordance with the laws of heat transfer, increases the rate of heat transfer. Moreover, heating the contact junctions 36 in the heating zone to a higher temperature increases the temperature difference between hot and cold junctions 36, which increases the amount of thermoelectricity generated in the TPP 41. In addition, the installation of capacitors 40 in each TPP 41 and their sequential connection in the circuit between the end cold contact junctions 36 with the formation of individual thermopiles 43 allows you to significantly reduce power losses to overcome the resistance to electricity when passing through numerous TEP 34, and the implementation of the thermal power plant 34 in de removable ribs 33 provides the ability to replace failed TPP 34 without destroying adjacent TPP 34.

Величина начальной температуры дымовых газов t_ГН 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_ВК определяются площадью теплообменных поверхностей теплоэлектрогенератора и требованиями потребителя тепла. Величина разности электрического потенциала и силы тока на клеммах 44 и 45 каждого ТЭБ 43 зависит от характеристик пары металлов M1 и М2, из которых изготовлены ТЭП 34, их числа в одной ТЭС 41, разности температур холодных и горячих контактных спаев 36 и характеристик конденсаторов 40. Требуемые напряжение U и силу тока I ТЭГАЭС получают путем установки соответствующего числа ТЭС 41 в каждом ТЭБ 43, суммирования и трансформации получаемого ими тока.The value of the initial temperature of the flue gases t _GN is determined by the type of fuel and the design of the furnace, their final temperature t _GK is 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 _{VK 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 44 and 45 of each TEB 43 depends on the characteristics of the metal pair M1 and M2 from which the TEC 34 is made, their number in one TPP 41, the temperature difference between the cold and hot contact junctions 36, and the characteristics of the capacitors 40. The required voltage U and current strength I of the TEGAES are obtained by setting the corresponding number of TPP 41 in each TEB 43, summing and transforming the current they receive.

При этом, конструкция универсальной топки ТЭГАЭС 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. 1-11 не показаны).At the same time, the design of the TEGAES universal firebox 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 Fig. 1-11).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию теплоэлектрических секций (ТЭС), интенсифицировать процесс теплопередачи от дымовых газов, воды, воздуха к спаям ТЭП, значительно снизить потери электрической мощности и увеличить количество и параметры получаемой электрической энергии, что повышает надежность и эффективность теплоэлектрогенератора для автономного энергоснабжения.Thus, the present invention allows to simplify the design of thermoelectric sections (TPPs), to intensify the process of heat transfer from flue gases, water, air to TEC junctions, significantly reduce the loss of electric power and increase the number and parameters of the received electric energy, which increases the reliability and efficiency of the heat generator for stand-alone power supply.

Claims

A thermoelectric generator for autonomous 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, in primary and secondary circuits inlet and outlet, ribs made of dielectric material with high thermal conductivity on heat exchange surfaces, in which thermionic converters are located, which are pairs of segments made of different metals M1 and M2, interconnected, the ends of which are interconnected 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 odes, 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 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 areas of the primary and secondary circuits in contact with the heated water, made with longitudinal vertical and horizontal toothed grooves facing the hot side, which gear ribs are inserted, consisting of series-connected thermionic transducers coated with a layer of dielectric material with high thermal conductivity, the contact junctions of which are p They are arranged along the length of the gear ribs in their teeth in the heating and cooling zones, the contact junctions of each pair of gear ribs are connected at one end by jumpers, and from the opposite end, the contact junctions of the gear ribs of the same pairs are connected to each other in the cooling zone via condensers, forming thermoelectric sections, which are connected in series through jumpers, forming thermoelectric blocks located on all heat-exchange surfaces.