Термоэлектрический кожух для трубопровода



Термоэлектрический кожух для трубопровода
Термоэлектрический кожух для трубопровода

 


Владельцы патента RU 2578736:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе транспортирования в трубах различных теплоносителей (газов, жидкостей) путем непосредственной трансформации части их тепловой энергии в электрическую. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического кожуха для трубопровода. Технический результат достигается термоэлектрическим кожухом для трубопровода, содержащим два полуцилиндрических кожуха с продольными щелями, снабженные торцевыми кольцами, продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого материала, закрывающих участок трубопровода, с созданием между внутренней поверхностью полуцилиндров и наружной поверхностью трубопровода зазора шириной ∆, причем в продольные щели полуцилиндрических кожухов вставлены продольные ребра, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, внутри которых по всей их длине помещены зигзагообразные ряды, состоящие, из соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей. 7 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе транспортирования в трубах различных теплоносителей (газов, жидкостей) путем непосредственной трансформации части их тепловой энергии в электрическую.

Известно термоэлектрическое звено (источник ЭДС), содержащее трубу теплоносителя, покрытую слоем диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, выполненным из отдельных кольцевых зубчатых ребер с зубцами, плотно прижатых друг к другу, внутри каждого из которых помещены кольцевые зигзагообразные ряды термоэлектрических секций, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зонах нагрева и охлаждения, вблизи кромки зубца ребра и наружной поверхности трубы теплоносителя, соответственно, причем свободные концы зигзагообразных кольцевых рядов каждой термоэлектрической секции соединены между собой перемычками, а свободные концы кольцевых рядов крайних термоэлектрических секций, в свою очередь, соединены электропроводами с коллекторами и токовыводами [Патент РФ№2509266, МПК F24 Н1/00, F24 J3/00, 2014].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность его монтажа на действующем трубопроводе и замены вышедших из строя термоэмиссионных преобразователей или термоэлектрических секций на действующем трубопроводе без разрушения покрытия из диэлектрического материала и смежных термоэлектрических секций и значительные потери вырабатываемого электричества из-за большого электрического сопротивления, соединенных последовательно термоэлектрических секций, что, в конечном счете, снижает его надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является источник ЭДС в устройстве для термоэлектрической защиты трубопровода от коррозии, представляющий собой два полукольца (полукожуха), оребренных продольными ребрами и снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала, покрывающих часть защищаемого трубопровода, причем внутри продольных ребер по всей их длине помещены зигзагообразные ряды теплоэлектрических секций, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки продольных ребер и поверхности участка трубопровода параллельно их поверхности, при этом свободные концы теплоэлектрических секций каждого ребра с одной стороны соединены через токовыводы с одноименными зарядами с регулирующим блоком, с противоположной - через коллекторы, токовыводы с одноименными противоположными зарядами и кабель с анодным заземлителем [Заявка на изобретение №2013130437, МПК С23 F13/00, 2015].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность замены вышедших из строя термоэмиссионных преобразователей или термоэлектрических секций на действующем трубопроводе, без разрушения покрытия из диэлектрического материала и смежных или термоэлектрических секций значительные потери вырабатываемого электричества из-за большого электрического сопротивления, соединенных последовательно термоэлектрических секций, что в конечном счете снижает его надежность и эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического кожуха для трубопровода.

Технический результат достигается термоэлектрическим кожухом для трубопровода, содержащим два полуцилиндрических кожуха с продольными щелями, снабженные торцевыми кольцами, продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого материала, закрывающих участок трубопровода, с созданием между внутренней поверхностью полуцилиндров и наружной поверхностью трубопровода зазора шириной ∆, причем в продольные щели полуцилиндрических кожухов вставлены продольные ребра, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, внутри которых по всей их длине помещены зигзагообразные ряды, состоящие, из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, состоящих из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены вблизи кромки ребер, прижатых в зоне нагрева к поверхности трубопровода и в зоне охлаждения в окружающей среде (воде, грунте и т. д.), соответственно, свободные концы зигзагообразных рядов каждой пары ребер с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками, покрытыми слоем гидростойкого диэлектрического материала, а с противоположного торца свободные концы зигзагообразных рядов этих же пар в ребрах соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы, покрытые слоем гидростойкого диэлектрического материала, образуя теплоэлектрические секции, причем конденсаторы каждого полуцилиндрического кожуха через перемычки последовательно соединены между собой, образуя теплоэлектрические блоки, а крайние конденсаторы каждого теплоэлектрического блока снабжены токовыводами с одноименными зарядами.

На фиг. 1 представлены общий вид и разрез термоэлектрического кожуха для трубопровода (ТЭКТ), на фиг. 2 - общий вид и разрез кожуха без термоэлектрических секций (ТЭС), на фиг. 3-5 - разрезы ТЭКТ, на фиг. 6,7 - узлы соединения ТЭС.

Предлагаемый термоэлектрический кожух для трубопровода содержит два полуцилиндрических кожуха 1 с продольными щелями 2, снабженные торцевыми кольцами 3, продольными фланцами 4 с крепежными отверстиями 5, выполненными из гидростойкого материала, закрывающих участок трубопровода 6, с созданием между внутренней поверхностью полуцилиндров 1 и наружной поверхностью трубопровода 6 зазора 7 шириной ∆, причем в продольные щели 2 полуцилиндрических кожухов 1 вставлены продольные ребра 8, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, внутри которых по всей их длине помещены зигзагообразные ряды 9, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 10. Каждый ТЭП 10 состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены вблизи кромки ребер 8, прижатых в зоне нагрева к поверхности трубопровода 6 и в зоне охлаждения в окружающей среде (воде, грунте и т. д.), соответственно, свободные концы зигзагообразных рядов 9 каждой пары ребер 6 с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками 11, покрытыми слоем гидростойкого диэлектрического материала, а с противоположного торца свободные концы зигзагообразных рядов 9 этих же пар в ребрах 8 соединены между собой в зоне охлаждения через конденсаторы 12, покрытые слоем гидростойкого диэлектрического материала, образуя теплоэлектрические секции (ТЭС) 13, причем конденсаторы 12 каждого полуцилиндрического кожуха 1 через перемычки 14 последовательно соединены между собой, образуя теплоэлектрические блоки 15, а крайние конденсаторы 12 каждого теплоэлектрического блока 15 снабжены токовыводами с одноименными зарядами 16, 17.

Предлагаемый ТЭКТ (источник ЭДС), представленный на фиг. 1-7, работает следующим образом.

ТЭКТ устанавливается в процессе монтажа или реконструкции трубопровода 6, для чего два полуцилиндра 1 с продольными щелями 2, снабженные торцевыми кольцами 3, продольными фланцами 4 с крепежными отверстиями 5, накладываются на участок трубопровода 6 и крепятся к нему посредством стяжки через крепежные отверстия 5 таким образом, чтобы между внутренней поверхностью полуцилиндров 1 и наружной поверхностью трубопровода 6 оставался зазор шириной ∆ (ширина зазора ∆ выбирается из условия создания надежного контакта нижних кромок ребер 8 с наружной поверхностью трубопровода 6 и устойчивости ребер 8). После монтажа полуцилиндров 1 в продольные щели 2 вставляются продольные ребра 8 таким образом, чтобы их нижние кромки соприкасались с наружной поверхностью трубопровода 6, а их наружные торцы соединяют перемычками 11, 14 и конденсаторами 12, после чего токовыводы 16, 17 соединяют с регулирующим блоком и потребителем(на фиг.1-7 не показаны).

После заполнения трубопровода 6 и начала движения в нем потока газа (жидкости) с температурой tП, например, ниже, чем температура грунта (воды) tС, который соприкасается с поверхностью ребер 8, выполненных из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала, в результате разности температур tП - tС происходит теплообмен между холодным газом (жидкостью), движущимся по трубе 4, и окружающим грунтом (водой), нагреваются и охлаждаются зоны нагрева и охлаждения продольных ребер 8, расположенные в зазоре между трубопроводом 6 и полуцилиндрическими кожухами 1, внутри которых помещены спаянные двухслойные расплющенные концы ТЭП 10, выполненные из металлов М1 и М2, расположенные параллельно поверхности трубы 1. Конструкция двухслойных концов ТЭП 10 позволяет увеличить количество переходящего тепла за счет повышенной площади их контакта с зонами нагрева и охлаждения и высокой площади контакта слоев самих металлов М1 и М2, соединенных между собой (например, спайкой), Кроме того, процесс теплообмена от материала ребер 8 к спаям металлов М1 и М2 ТЭП 17 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. 195-198]. В результате теплообменных процессов создается разность температур между спаянными двухслойными расплющенными, плотно прижатыми друг к другу, соединенными между собой концами ТЭП 10, выполненными из металлов М1и М2, расположенными в кромках ребер 8 и противоположными им спаянными концами этих же отрезков металлов М1 и М2, расположенных в зигзагообразных рядах 9. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения вызывает эмиссию электронов во всех ТЭП 10 и, соответственно, возникновение в зигзагообразных рядах ТЭС 9 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506]. Полученное термоэлектричество каждой пары зигзагообразных рядов 9, соединенных попарно между собой перемычками 11, образующих ТЭС 13, направляется в конденсаторы 12, соединенные с холодными свободными концами двух конечных ТЭП 10 каждой ТЭС 13, которые аккумулируют его. При этом каждый конденсатор 12 обслуживает свою ТЭС 13, а так как конденсаторы каждого ТЭБ 15 соединены между собой последовательно через перемычки 14, то термоэлектричество предыдущих ТЭС 13 не проходит через последующие ТЭС 13, а движется только через последовательно соединенные конденсаторы 12, что существенно снижает потери мощности на преодоление сопротивлений электричеству при прохождении по многочисленным ТЭП 10. Эффективная работа конденсаторов 12 обеспечивается также тем, что они постоянно охлаждаются в зоне охлаждения водой или грунтом. Полученное электричество каждого блока 15 через токовыводы 16,17, поступает в блок регулирования, где создается требуемое напряжение и сила тока и подается потребителю (на фиг. 1-11 не показаны).

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 16, 17 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества ТЭП 10 в ТЭС 13 и их числа. При необходимости устанавливают несколько ТЭКТ. Требуемые напряжение U и силу тока I в зависимости от расхода газа (жидкости) и величины разности температур (tП- tС) регулируют в блоке регулирования. Полученное электричество можно использовать, например, для электрохимической защиты трубопровода или электропривода задвижек.

Таким образом, конструкция предлагаемого ТЭКТ (источника ЭДС) обеспечивает возможность замены вышедших из строя термоэмиссионных преобразователей или термоэлектрических секций на действующем трубопроводе, без разрушения покрытия из диэлектрического материала и смежных термоэлектрических секций и снизить электрическое сопротивление установки, что повышает ее надежность и эффективность.

Термоэлектрический кожух для трубопровода, содержащий два полукожуха с продольными ребрами, снабженные продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого диэлектрического с высокой теплопроводностью материала, покрывающих часть трубопровода, внутри продольных ребер по всей их длине помещены зигзагообразные ряды, образующие теплоэлектрические секции, состоящие из размещенных по очередности и соединенных между собой термоэмиссионных преобразователей, выполненных из пары отрезков разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены и плотно прижаты друг к другу и расположены в зоне нагрева и охлаждения, вблизи кромки продольных ребер и поверхности участка трубопровода параллельно их поверхности, свободные концы теплоэлектрических секций каждого ребра снабжены токовыводами с одноименными зарядами, отличающийся тем, что полуцилиндрические кожухи выполнены с продольными щелями и торцевыми кольцами, обеспечивающими зазор между внутренней поверхностью полуцилиндрических кожухов и наружной поверхностью трубопровода шириной ∆, в продольные щели полуцилиндрических кожухов вставлены продольные ребра, внутри которых помещены зигзагообразные ряды, состоящие из термоэмиссионных преобразователей, свободные концы зигзагообразных рядов каждой пары ребер с одного торца в зоне охлаждения соединены перемычками, покрытыми слоем гидростойкого диэлектрического материала, а с противоположного торца свободные концы зигзагообразных рядов этих же пар соединены между собой тоже в зоне охлаждения через конденсаторы, покрытые слоем гидростойкого диэлектрического материала, образуя теплоэлектрические секции, причем конденсаторы каждого полуцилиндрического кожуха через перемычки последовательно соединены между собой, образуя теплоэлектрические блоки, а токовыводы присоединены к крайним конденсаторам каждого теплоэлектрического блока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области производства водогрейных котлов, в частности к котлам наружного размещения, и может быть использовано в автономных системах отопления с принудительной и естественной циркуляцией теплоносителя.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при изготовлении конденсационных котлов наружного размещения. Технический результат, который может быть получен с помощью изобретения, сводится к упрощению конструкции и уменьшению габаритов и веса котла.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к котлам для нагрева воды, работающим на твердом топливе. Котел стальной водогрейный твердотопливный содержит камеру топочную, элементы корпуса которой выполнены с двойными стенками и объединены в единую полость водяной рубашки.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в конструкциях водогрейных котлов малой мощности. Над топочной решеткой топки водогрейного котла на протяжении участка активного горения топлива сформированы нависающие продольные топочные пороги, выполненные в виде гнутых труб боковых экранов, при этом гнутые трубы выполнены Г-образными и чередуются с прямыми, вертикальные участки которых расположены параллельно, а горизонтальные отгибы обращены друг к другу и расположены над топочной решеткой, их концы сообщены друг с другом, а торцы заглушены, при этом пространство между нижними гнутыми трубами заполнено огнеупорным шамотобетоном, кроме того, нижняя сторона горизонтальных отгибов футерована огнеупорной мастикой, при этом топка водогрейного котла дополнительно снабжена системой подачи вторичного дутьевого воздуха, содержащей горизонтальные дутьевые каналы, выполненные по обеим сторонам топки, сообщенные друг с другом поперечным воздухогазопроводом, причем один из горизонтальных дутьевых каналов сообщен с источником дутья, при этом над горизонтальными дутьевыми каналами параллельно им размещены дополнительные продольные горизонтальные каналы, сообщенные с ними вертикальными патрубками, расположенными у конца продольных топочных порогов, кроме того, дополнительные продольные горизонтальные каналы снабжены горизонтальными патрубками, снабженными дутьевыми соплами, ориентированными над топочной решеткой непосредственно над слоем горящего топлива.

Изобретение относится к котельной технике, в частности к котлам малой мощности с тепловой производительностью до 4,0 МВт с топочным устройством в виде наклонной переталкивающей решетки, может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий. Котел включает фундамент, на котором смонтированы топка и конвективный блок, при этом пространство топки, соответственно снизу, спереди, с боков и сверху, ограничено наклонной переталкивающей топочной решеткой, фронтовым, боковыми и потолочным топочными экранами, выполненными в виде трубных панелей, гидравлически связанных с соответствующими двумя верхними и двумя нижними продольными коллекторами котла.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в водогрейных котлах, технике. Предложен конвективный блок водогрейного котла, содержащий конвективные газоходы, снабженные теплообменными поверхностями, содержащими поперечно обтекаемые трубные пучки, гидравлически связанные с продольными коллекторами котла.

Изобретение относится к котельной технике, в частности к водотрубным водогрейным котлам с тепловой производительностью до 4 мВт, и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий.

Изобретение относится к оборудованию для нагрева воды путем сжигания твердых видов топлива, таких как уголь, дрова, пеллеты, опилки, щепа и может быть использовано в теплоэнергетике.

Изобретение относится к котельной технике, в частности к водотрубным водогрейным котлам, с тепловой производительностью до 4 мВт, и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения производственных и жилых зданий. Котел содержит корпус с топкой и соосной с ней конвективной камерой. На переднем фронте топки установлена горелка, а у заднего фронта - рассекатель дымовых газов. Параллельно поверхности топки размещена экранная поверхность нагрева. Водогрейный котел выполнен разъемным в вертикальной продольной плоскости, Верхний и нижний коллекторы, размещенные с одной стороны от плоскости разъема, на участке топки сообщены дугообразными трубами, образующими топочные экраны, а поверхности нагрева конвективной камеры содержат поперечно обтекаемые трубные пучки. Тепловая изоляция котла выполнена с разъемом по стыку половин корпуса котла, снабжена снаружи газоплотной металлической обшивкой. В полости конвективной камеры размещены две разъемные цилиндрические обечайки. Диаметр большей обечайки соответствует диаметру рассекающего конуса, а меньшей - соответствует диметру отводящего газового канала. Задний фронт топки сообщен с кольцевым газовым коллектором посредством газоотборных труб, размещенных с обеих сторон вертикальной диаметральной плоскости котла, в футерованном поде. Технический результат: снижение себестоимости, повышение КПД и ремонтопригодности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к теплообменным устройствам для подогрева жидких или газообразных сред и может быть использовано в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Теплогенератор содержит металлические корпус с воздухозаборниками и хотя бы одним смотровым отверстием, змеевик для теплоносителя, кожух змеевика, а также установленное в корпусе практически соосно устройство горелочное, содержащее канал подачи топлива и оголовок, выполненный с возможностью подключения к системе подачи топлива в горелочное устройство и системе подачи теплоносителя в змеевик. При этом упомянутый змеевик установлен снаружи корпуса и закрыт упомянутым кожухом змеевика, в качестве горелочного устройства использовано горелочное устройство диффузионно-инжекционного типа, установленное с возможностью перемещения вдоль оси корпуса посредством регулирующего механизма, вокруг оголовка установлен кожух горелочного устройства с образованием радиальных зазоров с корпусом и горелочным устройством, при этом в упомянутый канал подачи топлива практически соосно установлен рассекатель с множеством форсуночных отверстий, а в корпусе выполнено хотя бы одно отверстие для гибкого соединения горелочного устройства с системой подачи топлива. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области отопления, в частности к водонагревателям, и может быть использовано для отопления жилых помещений и снабжения горячей водой. Твердотопливный отопительный аппарат верхнего горения содержит корпус с продольно гофрированной конвективной стенкой, образующей полость с патрубками подвода и отвода теплоносителя, съемной крышкой, камерой сгорания с дымоходом, вертикальной топкой и зольником. Топка выполнена отдельной камерой. В камере сгорания размещены рекуператор с поперечно гофрированной стенкой и коллектор воздуха, выполненный с конусной головкой и с каналами под углом к топливу, с кольцевым зазором к стенкам топки, соединенный телескопическим воздуховодом с конусообразным рефлектором рекуператора. В крышке корпуса установлен патрубок забора наружного воздуха, над которым установлена заслонка, внутри рекуператора - патрубок подвода воздуха в телескопический воздуховод, а в полости - терморегулятор с выдвижным штоком, опирающимся в подпружиненное плечо коромысла, противоположное заслонке, с возможностью автоматического регулирования забора воздуха путем перекрытия заслонкой полости патрубка. Топка в поперечном сечении может иметь как круглую, так и прямоугольную форму, образующую с конвективной стенкой корпуса каналы рециркуляции с сегментным профилем, сообщающие камеру сгорания с топкой через колосниковую решетку. Для водяного отопления корпус снаружи закрыт теплоизолирующим кожухом. Для воздушного отопления кожух выполнен с зазором к корпусу, разделенным на каналы с отверстиями вверху и внизу кожуха. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

Компоновка теплообменника, в частности, для отопительного устройства транспортного средства, содержащая: внутренний корпус (12) теплообменника в виде горшка с первой стенкой (16) дна и с присоединенной к первой стенке (16) дна, охватывающей продольную ось (L) первой стенкой (18) по периферии; внешний корпус (14) теплообменника в виде горшка со второй стенкой (20) дна и с присоединенной ко второй стенке (20) дна, охватывающей продольную ось (L) второй стенкой (22) по периферии; проточное пространство (24) текучей среды, образованное между внутренним корпусом (12) теплообменника и внешним корпусом (14) теплообменника; первую направляющую поток структуру (40), продолжающуюся, по существу, в направлении продольной оси (L) вдоль первой стенки (18) по периферии и второй стенки (22) по периферии, и вторую направляющую поток структуру (42), продолжающуюся, по существу, в направлении продольной оси (L) вдоль первой стенки (18) по периферии и второй стенки (22) по периферии с зазором по окружности к первой направляющей поток структуре (40), причем первая направляющая поток структура (40) и вторая направляющая поток структура (42) делят образованную между первой стенкой (18) по периферии и второй стенкой (22) по периферии часть (28) текучего проточного пространства (24) на первую часть (44) проточного пространства и на вторую часть (46) проточного пространства; по меньшей мере, одно входное отверстие (49) для текучей среды, открытое к первой части (44) проточного пространства, и, по меньшей мере, одно выходное отверстие (51) для текучей среды, открытое ко второй части (46) проточного пространства; структуру (94) прессовой посадки для фиксирования внутреннего корпуса (12) теплообменника относительно внешнего корпуса (14) теплообменника, причем структура (94) прессовой посадки включает первую направляющую поток структуру (40) и вторую направляющую поток структуру (42) и/или структура (94) прессовой посадки предусмотрена в находящейся на расстоянии от первой стенки (16) дна и второй стенки (20) дна конечной области (32) стенок (18, 22) по периферии. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх