RU2610819C1 - Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки - Google Patents

Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки Download PDF

Info

Publication number
RU2610819C1
RU2610819C1 RU2015156561A RU2015156561A RU2610819C1 RU 2610819 C1 RU2610819 C1 RU 2610819C1 RU 2015156561 A RU2015156561 A RU 2015156561A RU 2015156561 A RU2015156561 A RU 2015156561A RU 2610819 C1 RU2610819 C1 RU 2610819C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
temperature
thermoelectric
heat source
power
Prior art date
Application number
RU2015156561A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Степанович Шаклеин
Елена Анатольевна Ленкова
Original Assignee
Елена Анатольевна Ленкова
Сергей Степанович Шаклеин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Елена Анатольевна Ленкова, Сергей Степанович Шаклеин filed Critical Елена Анатольевна Ленкова
Priority to RU2015156561A priority Critical patent/RU2610819C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2610819C1 publication Critical patent/RU2610819C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00Hot-water central heating systems
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией устройств автоматики и исполнительных органов. Сущность: система включает высокотемпературный и низкотемпературный источники тепла, тепловой сток во внешнюю среду, блок автоматики, высокотемпературные и низкотемпературные термоэлектрические преобразователи (ТЭП), горячие спаи которых приведены в тепловой контакт с высокотемпературными и низкотемпературными источниками тепла соответственно, а холодные спаи - в тепловой контакт с внешней средой. Электрические выходы термоэлектрических преобразователей подключены через коммутационный щит к входу одного или нескольких электрических аккумуляторов. В термоэлектрический преобразователь между источником тепла и блоком термоэлементов может быть введен медиатор с амортизирующими элементами в месте его соприкосновения с источником тепла и сменный 3D-адаптер для точного геометрического совмещения поверхностей источника тепла и блока термоэлементов. Медиатор в термоэлектрическом преобразователе может быть изготовлен из металла или керамики. В качестве амортизирующих элементов может быть использована резина техническая пористая листовая. Технический результат: обеспечение возможности наращивания суммарной электрической мощности ТЭП без демонтажа котла, трубопроводов и/или его агрегатов и бесперебойность электроснабжения агрегатов и автоматики котла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для обеспечения электрической энергией устройств автоматики и исполнительных органов (насосов, электроклапанов и т.д.) и системы обеспечения безопасности теплоэнергетической установки в условиях отсутствия, дефицита или низкого качества электрической энергии от внешнего источника.
Под теплоэнергетической установкой здесь и далее понимается комплекс технических устройств, содержащий:
- устройство для сжигания или каталитического окисления твердого, жидкого или газообразного вида топлива с целью получения тепловой энергии (условное название устройства - котел);
- устройства для подачи топлива в камеру сгорания котла (например, топливный насос и газовая горелка);
- устройства для подачи и циркуляции теплоносителя в системе обогрева (питающий насос, циркуляционный насос);
- устройства для удаления отходящих газов и продуктов сгорания топлива (например, дымоотводная труба);
- устройства для использования созданного тепла (например, батареи отопления, калориферы и т.д.);
- система управления котлом и агрегатами, обеспечивающими его работу;
- система обеспечения безопасности и аварийного управления работой котла.
Известны способ работы автономной энергетической установки на возобновляемом источнике энергии, описанный в патенте РФ №2095913, система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений, описанная в патенте РФ №2535899, и система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии, описанная в патенте РФ №2350847. Общими недостатками указанных аналогов являются:
- широкая номенклатура разнотипных устройств для утилизации энергии от возобновляемых источников (солнечных коллекторов, фотоэлементов, ветрогенераторов, микрогидроэлектростанции, тепловых насосов и т.д.);
- высокая стоимость закупки и эксплуатации применяемых устройств;
- генерация тепловой энергии с помощью маломощных источников, что требует для получения практически значимой тепловой и электрической мощности агрегирования большого количества таких источников;
- необходимость привлечения квалифицированного обслуживающего персонала;
- зависимость получаемых тепловой и электрической мощности от сезона и погодных условий;
- необходимость использования электроэнергии от дополнительного источника (в случае продолжительной пасмурной погоды или малого количества часов солнечного сияния зимой).
Следует отметить, что существует достаточно широкий класс практических задач, когда возможно создание достаточно мощного источника тепловой энергии на местных видах топлива, однако источник электрической энергии для обеспечения работы агрегатов такой теплоэнергетической установки либо не отвечает требованиям по качеству электропитания, либо вовсе отсутствует. В этой ситуации проблема обеспечения потребителей теплом становится либо неразрешимой, либо требует больших капитальных затрат на подвод линии электропередач и ее техническое обслуживание. В качестве примера можно привести котельную газораспределительной станции на отводе от магистрального газопровода, удаленного от населенных пунктов, когда недостатка в топливе нет, а линию электропередачи для обеспечения работы агрегатов и автоматики котла приходится тянуть за десятки километров.
Известно техническое решение, раскрытое в патенте РФ №119860 на полезную модель, в котором описан отопительный котел, содержащий изолированный корпус с размещенной в нижней его части топочной камерой с газовыми горелками, над которыми расположен теплообменник в виде совокупности металлических труб с отражательными пластинами и входом и выходом для воды, а также коллектор дымовых газов, отличающийся тем, что дополнительно оснащен термоэлектрическими преобразователями в виде батареи термопар, размещенных в топочной камере между газовыми горелками и теплообменником, выход которых через инвертор напряжения связан с электродвигателем нагнетающего насоса и озонатором, соединенным посредством воздуховода через нагнетательный насос с топочной камерой.
Недостатки технического решения по патенту РФ №119860 заключаются в следующем:
1. Термопары металлические высокотемпературные дают на выходе малую электрическую мощность;
2. Батарея термопар находится в топочной камере, что существенно снижает ремонтопригодность конструкции;
3. Высокая стоимость батареи металлических термопар;
4. Невозможность увеличить количество батарей из-за ограничений по геометрии топочной камеры.
Известно техническое решение, раскрытое в патенте РФ №2197054 на изобретение «Термоэлектрический генератор», рассматриваемое нами в качестве ближайшего аналога. Термоэлектрический генератор работает на жидком или газообразном топливе и включает камеру каталитического сжигания топлива. Последняя содержит катализатор и термоэлектрические преобразователи, причем термоэлектрические преобразователи выполнены из множества термоэлементов, заключенных между двумя керамическими или металлическими пластинами. Камера каталитического сжигания образована, по крайней мере, одним термоэлектрическим преобразователем. Катализатор нанесен либо на высокотемпературную поверхность термоэлектрического преобразователя, либо на трехмерную структуру, расположенную на высокотемпературной поверхности термоэлектрического преобразователя и заполняющую внутреннее пространство камеры сжигания. Каталитическое сжигание топлива осуществляется на поверхности термоэлектрического преобразователя либо в непосредственной близости от нее. Для сжигания различных топлив подобраны оптимальные составы каталитических материалов, а также соотношение топливо/воздух таким образом, что температура в каталитической камере сжигания регулируется в пределах 105-600°C. Конструкция генератора выполнена компактной и позволяет осуществить непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую энергию.
Недостатки технического решения по патенту РФ №2197054 в следующем:
1. Существует ограничение по виду топлива (используется жидкое и газообразное);
2. Применяются драгоценные металлы;
3. Специальный канал сжигания топлива;
4. Отсутствует описание регулировки соотношения топливо/воздух.
Задачей настоящего изобретения является создание системы локальной электрической генерации для обеспечения работы теплоэнергетической установки мощностью свыше 20 кВт (тепловых).
Технические результаты заявляемого изобретения:
1. Утилизация тепловой энергии с целью производства электрической энергии;
2. Прямое преобразование тепловой энергии в электрическую энергию без промежуточного преобразования в механическую, химическую или любой другой вид энергии;
3. Применение в качестве преобразователя тепла в электрическую энергию термоэлектрического преобразователя (ТЭП);
4. Унификация конструкторских решений по способам установки ТЭП на различных источниках тепла;
5. Обеспечение возможности наращивания суммарной электрической мощности ТЭП без демонтажа котла, трубопроводов и/или его агрегатов;
6. Обеспечение бесперебойности электроснабжения агрегатов и автоматики котла.
Заявляется термоэлектрический генератор, преобразующий тепловую энергию в электрическую посредством термоэлектрических преобразователей, включающий высокотемпературный и низкотемпературный источники тепла, тепловой сток во внешнюю среду, блок автоматики, отличающийся тем, что содержит высокотемпературные и/или низкотемпературные термоэлектрические преобразователи, горячие спаи которых приведены в тепловой контакт с высокотемпературными и низкотемпературными источниками тепла, соответственно, а холодные спаи - в тепловой контакт с внешней средой, электрические выходы термоэлектрических преобразователей подключены через коммутационный щит к входу одного или нескольких электрических аккумуляторов.
В термоэлектрический преобразователь между источником тепла и блоком термоэлементов введен медиатор с амортизирующими элементами в месте его соприкосновения с источником тепла и сменный 3D-адаптер для точного геометрического совмещения поверхностей источника тепла и блока термоэлементов.
Медиатор в термоэлектрическом преобразователе может быть изготовлен из металла или керамики.
В качестве амортизирующих элементов может быть использована резина техническая пористая листовая.
Изобретение поясняется иллюстрациями.
На Фиг. 1 показана общая блок-схема заявляемой системы, где:
1 - теплоэнергетическая система; 2 - высокотемпературный источник тепла; 3 - низкотемпературный источник тепла; 4 - устройства - преобразователи электрической энергии в механическую (ПЭМ); 5 - блок автоматики; 6 - высокотемпературный термоэлектрический преобразователь (ВТЭП); 7 - низкотемпературный термоэлектрический преобразователь (НТЭП); 8 - тепловой сток (тепловая нагрузка); 9 - коммутационный щит; 10 - электрический аккумулятор.
Теплоэнергетическая система 1 (ТЭС) содержит высокотемпературный источник тепла 2 (область сгорания топлива) и низкотемпературный источник тепла 3 (область транспорта теплоносителя). Динамика работы ТЭС обеспечивается различными устройствами - преобразователями электрической энергии в механическую энергию (ПЭМ) 4, электродвигателями, клапанами, регуляторами и т.д. ПЭМ 4 работают под управлением блока автоматики 5.
Электрическая энергия для ПЭМ 4 и блока автоматики 5 вырабатывается из тепла, производимого при сжигании топлива, с помощью высокотемпературного ТЭП 6, а также из тепла нагретой воды с помощью низкотемпературного ТЭП 7. В качестве теплового стока (тепловой нагрузки) для ТЭП 6 и 7 выступает внешняя среда 8 (атмосферный воздух, питающая вода, почва, стены здания котельной и т.д.).
Через коммутационный щит 9 выработанная электрическая энергия поступает в аккумулятор 10, служащий источником электропитания для ПЭМ 4 и блока автоматики 5.
Для производства электроэнергии используются только беспламенные источники тепла. Беспламенными источниками тепла в теплоэнергетической системе являются:
- высокотемпературные источники, прилегающие к области сгорания топлива, такие как поверхности котла и дымохода;
- низкотемпературные источники, прилегающие к области транспорта теплоносителя, такие как поверхность магистрали нагретой воды, поверхность радиаторов отопления и т.д.
В качестве термоэлектрических преобразователей, использующих высокотемпературное тепло, применяются металлические модули Пельтье (термопары), а с низкотемпературными источниками тепла наиболее эффективно применение полупроводниковых модулей Пельтье (http://izobreteniya.net/modul-pelte-tec1-12706-harakteristiki/; http://alcx-exe.ru/radio/different-radio/peltier/ http://www.symmetron.ru/suppliers/kryotherm/append3.shtml; http://itc.ua/articles/moduli_pelte_v_pk_teoriya_i_praktika_41408/).1
Независимо от способов реализации, модули Пельтье могут быть скомпонованы в конструктивно обособленные блоки (блоки ТЭП), адаптированные к максимальной утилизации тепла с поверхностей различной формы. Используется ТЭП, в котором между источником тепла и блоком термоэлементов введен медиатор, изготовленный из материала с высокой теплопроводностью и теплоемкостью, при этом медиатор имеет амортизирующие элементы в месте его соприкосновения с источником тепла, в него введен сменный 3D-адаптер для точного геометрического совмещения поверхностей источника тепла и блока термоэлементов. В качестве амортизирующих элементов может быть использована резина техническая пористая листовая. Использование такого ТЭП позволяет, во-первых, повысить эффективность блока термоэлементов за счет введения медиатора, обеспечивающего улучшение теплового контакта с источником тепла; во-вторых, продлить срок службы термоэлементов за счет минимизации вредных воздействий (перепадов температур, вибрации и механического резонанса). При этом:
- Работа ТЭП не зависит от вида топлива, применяемого для работы отопительного котла.
- В качестве источника энергии используется тепло котла и воды, нагреваемой котлом.
- Конструктивно ТЭП располагается вне объемов котла, что обеспечивает беспрепятственный доступ персонала для ремонта и обслуживания.
- Количество ТЭП, присоединяемых к водяной магистрали котла, ограничивается только производительностью котла.
Электрические выходы блоков ТЭП выполнены в виде разъемов, обеспечивающих возможность их последовательно-параллельного соединения с целью создания источников электрической энергии с необходимыми показателями выходного напряжения и мощности. Для выполнения этой задачи в систему введен коммутационный щит 9, задачами которого является:
- объединение в единую электрическую цепь всех источников производимой в системе электроэнергии;
- коммутация источников электроэнергии и их нагрузок в зависимости от режимов работы теплоэнергетической системы, включая ремонтно-профилактические работы, плановый и аварийный режимы сети;
- подключение электрической нагрузки к одному или нескольким буферным аккумуляторам;
- защита источников электроэнергии от перегрузки и короткого замыкания;
- индикация актуальной топологии сети и режимов ее работы, включая индикацию аварийных сигналов.
Предположим, что теплоэнергетическая система производит некоторое количество тепла Q, часть из которого отдается потребителям тепла (Qпотр), а другая часть рассеивается (Qpacc), т.е.
Q=Qпотр+Qpacc.
При утилизации рассеиваемой теплоты часть ее преобразуется в электрическую энергию
W=k*Qpacc,
где k - коэффициент полезного действия блоков ТЭП.
Пусть Wmax - максимально необходимая для функционирования ТЭС потребляемая мощность, очевидно, что Wmax≤W, или
Wmax≤k(Q-Qпотр).
После преобразований мы получим, что
Q≥Wmax/k+Qпотр.
Таким образом, если производства тепла Q в системе достаточно, чтобы покрыть потребности в тепловой энергии и обеспечить лимит производства электрической энергии, то теплоэнергетическая система способна функционировать независимо от внешних источников электроснабжения.

Claims (3)

1. Термоэлектрический генератор, преобразующий тепловую энергию в электрическую посредством термоэлектрических преобразователей, включающий высокотемпературный и низкотемпературный источники тепла, тепловой сток во внешнюю среду, блок автоматики теплоэнергетической установки, отличающийся тем, что содержит высокотемпературные и низкотемпературные термоэлектрические преобразователи, горячие спаи которых приведены в тепловой контакт с высокотемпературными и низкотемпературными источниками тепла соответственно, а холодные спаи - в тепловой контакт с внешней средой, электрические выходы термоэлектрических преобразователей подключены через коммутационный щит к входу одного или нескольких электрических аккумуляторов, от которых осуществляется электрическое питание блока автоматики теплоэнергетической установки.
2. Термоэлектрический генератор по п. 1, отличающийся тем, что в термоэлектрический преобразователь между источником тепла и блоком термоэлементов введен медиатор с амортизирующими элементами в месте его соприкосновения с источником тепла.
3. Термоэлектрический генератор по п. 1, отличающийся тем, что в термоэлектрический преобразователь введен сменный 3D-адаптер для точного геометрического совмещения поверхностей источника тепла и блока термоэлементов.
RU2015156561A 2015-12-28 2015-12-28 Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки RU2610819C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156561A RU2610819C1 (ru) 2015-12-28 2015-12-28 Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156561A RU2610819C1 (ru) 2015-12-28 2015-12-28 Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610819C1 true RU2610819C1 (ru) 2017-02-15

Family

ID=58458709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156561A RU2610819C1 (ru) 2015-12-28 2015-12-28 Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610819C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725303C1 (ru) * 2019-10-22 2020-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Термоэлектрический источник электроснабжения для автономного теплогенератора
RU2751924C1 (ru) * 2021-01-11 2021-07-20 Дмитрий Владимирович Белов Дирижабль

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11201475A (ja) * 1998-01-20 1999-07-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱搬送装置
RU2197054C1 (ru) * 2001-04-26 2003-01-20 Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Термоэлектрический генератор (варианты)
RU44895U1 (ru) * 2004-12-22 2005-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ямбурггаздобыча" Устройство для получения электрической энергии
RU2279558C2 (ru) * 2004-05-24 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Установка для преобразования низкопотенциального тепла в электрическую энергию
RU101163U1 (ru) * 2010-05-06 2011-01-10 Игорь Викторович Быстров Термоэлектрический генератор
RU105409U1 (ru) * 2011-01-11 2011-06-10 Сергей Васильевич Демин Система централизованного теплоснабжения
RU142270U1 (ru) * 2013-12-06 2014-06-27 Виталий Николаевич Вепрев Теплоэнергетическое устройство
WO2014130428A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-28 Gmz Energy Inc. Self-powered boiler using thermoelectric generator

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11201475A (ja) * 1998-01-20 1999-07-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱搬送装置
RU2197054C1 (ru) * 2001-04-26 2003-01-20 Институт катализа им. Г.К.Борескова СО РАН Термоэлектрический генератор (варианты)
RU2279558C2 (ru) * 2004-05-24 2006-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Установка для преобразования низкопотенциального тепла в электрическую энергию
RU44895U1 (ru) * 2004-12-22 2005-03-27 Общество с ограниченной ответственностью "Ямбурггаздобыча" Устройство для получения электрической энергии
RU101163U1 (ru) * 2010-05-06 2011-01-10 Игорь Викторович Быстров Термоэлектрический генератор
RU105409U1 (ru) * 2011-01-11 2011-06-10 Сергей Васильевич Демин Система централизованного теплоснабжения
WO2014130428A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-28 Gmz Energy Inc. Self-powered boiler using thermoelectric generator
RU142270U1 (ru) * 2013-12-06 2014-06-27 Виталий Николаевич Вепрев Теплоэнергетическое устройство

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725303C1 (ru) * 2019-10-22 2020-06-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Термоэлектрический источник электроснабжения для автономного теплогенератора
RU2751924C1 (ru) * 2021-01-11 2021-07-20 Дмитрий Владимирович Белов Дирижабль

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU101163U1 (ru) Термоэлектрический генератор
CN111219697A (zh) 一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法
Kuvshinov et al. The use of solar power plants to provide energy security of the crimean region
DK0671058T3 (da) Integration af termisk udstråling med regenerativ opvarmning i en elektrokemisk højtemperaturomformer
CN103618479B (zh) 基于南极天文观测站柴油发电机组余热的发电及蓄能系统
Urbaneck et al. Solar district heating in East Germany–transformation in a cogeneration dominated city
RU2610819C1 (ru) Система автономного электрообеспечения агрегатов теплоэнергетической установки
Li et al. Strategy analysis of demand side management on distributed heating driven by wind power
Qadourah et al. Economic feasibility of heating source conversion of the swimming pools
Olczak et al. The ecological impact of using photothermal and photovoltaic installations for DHW preparation
CN204244112U (zh) 一种设有温差发电装置的服务器机房
AU2020103807A4 (en) Thermoelectric Generation Device
WO2020063224A1 (zh) 耦合动态储能的固体蓄热电锅炉供热制冷系统
CN106786760A (zh) 一种分布式电‑热耦合蓄能供热系统
RU2539875C2 (ru) Система электроснабжения потребителей в сетях напряжения с использованием возобновляемых и невозобновляемых источников энергии и управлением генерацией электроэнергии
CN206313462U (zh) 一种分布式电‑热耦合蓄能供热系统
KR20210004944A (ko) 에너지 그리드의 향상된 활용 방법
US20180306451A1 (en) The remote control of networks of heat-pump systems for the purpose of demand side management
Zuhud et al. Thermoelectric application in energy conservation
SU1726922A1 (ru) Солнечна комбинированна электрическа станци
Olczak The influence of excessive solar heat gains on heat loss in the hot water tank–case study
CN112113197A (zh) 一种利用电加热熔盐进行光热电站深度调峰的系统
RU2233387C2 (ru) Система энергообеспечения
RU209922U1 (ru) Мобильная автономная энергоустановка
CN109114647A (zh) 一种发电厂储热发电供暖系统

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20181114

PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20181114