Термоэлектрический теплообменник

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (Д

Q0 фь

° еей g (21) 4883512/06 (22) 21,11,90

{46) 23.09.92, Бюл. М 35 (71) Дагестанский политехнический институт (72) T.À,Èñìàèëîâ, Ю,Н.Цветков, А.Б.Сулин, А.Б,Гусейнов, Н.P.ÑàëìàíîB и И,Р.Каримов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1483234, кл. F 28 F 13/14, 1989.

Патент США N 4634803, кл, H 01 1

35/28, опублик. 1987.

Авторское свидетельство СССР

К 439252, кл. Н 01 1 35/02, 1973.

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано для интенсификации теплопередачи.

В теплообменнике передача тепла осуществляется через стенку, разделяющую потоки двух сред, эффективность теплопередачи при этом определяется коэффициентом теплопередачи и располагаемым температурным напором.

Известны устройства, в которых для интенсификации теплопередачи используются различные механические воздействия на процесс истечения теплоносителя путем изменения проходного сечения каналов, со- общения потоку пульсирующего движения, создания в стенках каналов зон с различной теплопроводностью и т.п, Все эти воздействия направления на увеличение коэффициента теплопроводности, как, например, в

Я2„„1763841 А1 (я)5 F 28 0 7/10, Р 28 F 13/00 (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛООБМЕННИК (57) Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: теплообменник содержит коаксиально расположенные внешнюю и внутреннюю трубы. Последняя снабжена продольными ребрами 2, каждое из которых имеет теплоизолированный участок, размещенный внутри внешней трубы, и участок, расположенный снаружи внешней трубы, Последняя выполнена с радиальными отверстиями под ребра, имеющими наружные отбортовки 4, а между ними и ребрами 2 размещены термоэлектрические элементы.

5 ил.

Известны также технические решения. в которых интенсификация достигается за счет изменения температурного напора между потоками двух сред, разделенных стенкой, Одним из таких решений является устройство, описанное в (21, Это устройство содержит несколько термоэлектрических модулей (ТЭ М), на одной стороне каждого из которых имеется рабочий канал, куда поступает рабочая жидкость с заданной начальной температурой, а на другой теплообменник, куда поступает вторая жидкость при заданной начальной температуре, протекающая в заданном направлении по отношению к потоку рабочей жидкости, Наиболее близким к предлагаемому решению является теплообменник (3), используемый в генераторе для термоэлектрического преобразования энергии.

17б3841

Этот теплообменник содержит коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы, по которым протекают потоки сред с различной температурой, термоэлектрические элементы, расположенные на внешней поверхности внутренней трубы и защищенные от потока чехлом, и турбулизатор потока во внешней трубе, выполненный в виде проволочной спирали.

Недостатками указанного устройства являются недостаточные эффективность теплообмена и эксплуатационная надежность, т,к. термоэлектрические элементы расположены внутритрубы, кним нетдоступа, что исключает возможность замены отдельных испортившихся элементов.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. интенсификация теплообмена и повышение эксплуатационной надежности.

Для достижения этой цели предлагается теплообменник, в котором внутренняя труба выполнена с продольными ребрами, выходящими на поверхность внешней трубы через выполненные в последней радиальной щели (отверстия), снабженные отбортовками. Термоэлектрические элементы расположены между отбортовками и ребрами в тепловом контакте с ними своими первыми и вторыми спаями. Причем, участки ребер, расположенные внутри внешней трубы, теплоизолированы, На фиг,1 изображен предлагаемый теплообменник; на фиг.2 — изменение температур потоков Т1 и Tz по длине обычного прямоточного теплообменника; на фиг.3— то же, по длине предлагаемого теплообменника; на фиг.4 — применение изобретения в прямоточном теплообменнике; на фиг.5 — то

>ке, в противоточном, На этих фиг. 1 — температура, 1 — длина теплообменника, L — длина участка теплообменника, на котором внутренняя труба снабжена продольными ребрами и установлены термоэлектрические элементы.

Предлагаемое устройство представляет собой теплообменник типа "труба в трубе", в котором происходит передача тепла между потоками с температурами Т и Tz, На стенке 1, разделяющей потоки теплоносителей Т1 и Тг, установлены продольные ребра

2, имеющие тепловой контакт с потоком Т1 и теплоизолированный от потока Tz. На участке выхода ребер 2 на поверхности внешней трубы через выполненные в последней радиальные отверстия с ними контактируют первые спаи ТЭМ 3, вторые спаи которых через отбортовки 4 радиальных отверстий и стенку внешней трубы находятся в тепловом контакте с потоком Т, 20

Устройство работает следующим образом, Если тепло передается от потока, протекающего по внутренней трубе, к потоку во внешней трубе, т.е, Т1 > Тг, то для интенсификации теплопередачи включают ток питания ТЭМ 3 такой полярности, чтобы тепло поглощалось первыми спаями ТЭМ, находящимися в тепловом контакте с ребрами 2, При этом понижается температура стенки 1, что увеличивает температурный напор от потока с температурой Т> и, следовательно, интенсифицируется теплопередача, Тепло, выделяемое на вторых спаях Т3М, через отбортовки 4 передается стенке внешней трубы, увеличивая ее температуру относительно температуры Tz, что включает эту стенку в теплообмен, также интенсифицируя теплопередачу. Сила тока питания ТЭМ выбирается такой, чтобы температура стенки 1 не становилась ниже температуры потока во внешней трубе, т.е, Т, В случае, если тепло передается от потока во внешней трубе к потоку во внутренней, т.е. если Т < Tz, то полярность тока питания меняется и его сила выбирается таким образом, чтобы температура стенки 1 не становилась выше температуры Tz, Как известно, в прямоточном теплообменнике наиболее эффективно работают участки теплообменной поверхности со стороны входа потоков теплоносителей (фиг.2), далее теплопередача менее эффективна.

Поэтому применение предлагаемого изобретения в таких теплообменниках целесообразно в зоне низких температурных напоров, т.е. ближе к выходу теплоносителей (фиг,3 и 4). Для противоточных теплообменников целесообразно выполнить внутреннюю трубу с продольными ребрами по всей длине (фиг,5).

Интенсификация теплопередачи при применении предлагаемого изобретения достигается, как за счет использования термоэлектрических модулей, так и за счет включения в теплообмен стенки внешней трубы, а эксплуатационная надежность увеличивается за счет расположения термоэлектрических элементов на поверхности теплообменника, что обеспечивает надежную их работу и возможность быстрой замены отдельных испортившихся элементов.

Формула изобретения

Териоэле ктрическ ий теплообме н ник, содержащий коаксиально расположенные внутреннюю и внешнюю трубы и термоэлектрические элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсификации теплообменника и эксплуатационной

1763841 надежности, внутренняя труба выполнена с продольными ребрами, каждое из которых имеет теплоизолированный участок, расположенный внутри внешней трубы, и участок. расположенный снаружи внешней трубы, причем последняя выполнена с радиальными отверстиями под ребра, имеющими наружные отбортовки, а термоэлектрические элементы расположены между отбортовка5 ми и ребрами.

Составитель О.Анимова

Техред M.Moðãåèòàë

Корректор З.Салко

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3447 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5