ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована в системах отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений общественно-бытового и производственного значения.
В качестве аналогов предлагаемой полезной модели рассмотрим некоторые разновидности конструкций теплообменников.
Известен теплообменник (см. патент РФ на изобретение №2133004, кл. МПК 6 F28D 7/00, опубл. 1998.04.20), содержий идентичные теплообменные секции в виде заключенных в кожухи пучков труб, подключенных к коллекторным камерам, выполненным в виде обечаек с фланцами, скрепленными с расположенной между ними трубной решеткой. Каждая обечайка имеет форму участка цилиндра с поперечным сечением в виде сегмента или полукруга, имеющего диаметр, не менее диаметра кожуха теплообменной секции. Перегородки в поперечном сечении могут иметь ступенчатую форму с более широким участком, примыкающим к решетке. Теплообменник может иметь шарниры, снижающие трудоемкость при ремонте и чистке теплообменных труб.
Известен кожухотрубный теплообменник (см. патент РФ на изобретение №2109241, кл. МПК 6 F28D 7/00, опубл. 1999.10.07), содержащий идентичные теплообменные секции, каждая из которых выполнена в виде заключенных в цилиндрический кожух пучка теплообменных труб, поддерживаемых от прогиба перегородками и закрепленных обоими концами в двух общих для всех секций трубных решетках. Вместо соединительных калачей смежные секции сообщены коллекторными камерами трубной среды. Вместо соединения смежных секций по межтрубной среде коллекторной камерой, сложной в изготовлении, применены коллекторы с каналами незначительной длины, чем достигается снижение удельной металлоемкости и технологичность изготовления.
Известен также теплообменник (см. патент РФ на изобретение №2122165, кл. МПК 6 F28D 7/00, F28F 9/12, опубл. 1998.11.20), содержащий идентичные теплообменные секции, состоящие из заключенного в кожух пучка теплообменных труб, которые подключены к общим коллекторам трубного и межтрубного пространства. Коллекторная камера трубной среды снабжена шарнирным устройством, позволяющим ей в процессе демонтажа теплообменника для очистки труб поворачиваться относительно трубной доски. Теплообменные секции, подключенные к коллекторным камерам, могут образовывать один или несколько независимых контуров сред, имеющих индивидуальные патрубки входа и выхода сред. Для избежания прогибов при работе теплообменника и снижения металлоемкости трубная доска может быть закреплена в центральной части резьбовыми соединениями к кольцевой пластине внутреннего цилиндра коллекторной камеры межтрубного пространства. В верхней части коллекторных камер может быть расположен штуцер для выпуска воздуха, а в нижней части - штуцер для спуска воды. Предложенное выполнение теплообменника позволяет снизить металлоемкость и трудоемкость демонтажа и монтажа коллекторных камер
Недостатками известных устройств является высокая удельная металлоемкость и сложность проведения монтажно-демонтажных работ.
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является теплообменник (Бойлер - опубликовано в сети Интернет http://www.ystm.ru/products/?top=14).
Известный теплообменник (Бойлер) состоит из корпуса, изготовленного из бесшовной трубы с приваренными к ней стальными трубными досками, и пучка латунных трубок, концы которых в трубных решетках вальцуются. По длине латунных трубок расположены опорные перегородки, которые исключают возможность провисания трубок в пучке и их преждевременного износа.
Такие теплообменники могут быть односекционными и многосекционными. Секции соединяются между собой калачами.
Теплообменник, принятый за прототип обладает рядом преимуществ, главные среди них высокие эффективность теплообмена и механическая надежность.
Однако, несмотря на несомненные достоинства известного теплообменника, следует отметить и недостаток, присущий анализируемому техническому решению. Недостатком известного теплообменника является возможность использования его только для нагрева жидкости и для охлаждения рабочего тела, например для охлаждения конденсата пароводяных подогревателей.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей, за счет получения непосредственно в теплообменнике электрической энергии, обеспечивающей возможность работы источников освещения, например, светодиодных ламп и других электроприборов с низким энергопотреблением.
Для достижения поставленной задачи предлагается теплообменник который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, содержит корпус с теплообменными трубками, расположенными в межтрубной среде и соединенными с коллекторными камерами, а также, патрубки подвода и отвода теплообменных сред.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного, принятого за прототип теплообменника, является то, что на поверхности теплообменных трубок установлены термоэлектрические преобразователи с электроизолирующим и защитным герметичным покрытием, при этом термоэлектрические преобразователи выполнены в виде последовательно соединенных в электрическую сеть параллельных рядов термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводников n- и p-типа.
Технический результат, достигаемый при создании предлагаемой полезной модели заключается в том, что помимо своей основной функции теплообмена, теплообменник является самостоятельным, не связанным с городской электросетью, альтернативным источником получения электрической энергии, что позволяет обеспечивать работу электроприборов с низким энергопотреблением, например, светодиодных ламп для освещения подъездов многоквартирных домов, различных помещений, а также наружного освещения, а это, в свою очередь, позволит значительно сократить энергопотребление.
Решение задачи, поставленной при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря тому, что на поверхности теплообменных трубок установлены термоэлектрические преобразователи с электроизолирующим и защитным герметичным покрытием, при этом, термоэлектрические преобразователи выполнены в виде последовательно соединенных в электрическую сеть параллельных рядов термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводников n- и p-типа.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлен один из конкретных примеров реализации предлагаемого теплообменника.
На фиг.1 изображен предлагаемый теплообменник.
На фиг.2 представлено сечение по А-А.
На фиг.3 изображен узел крепления трубной доски к коллектору межтрубной среды (сечение по В-В).
На фиг.4 представлена трубка с термоэлектрическими преобразователями.
Теплообменник (Фиг.1) состоит из корпуса 1, с расположенными в нем теплообменными трубками 2 в межтрубной среде 3, устройства 4 коммутации и распределения электроэнергии, коллекторных камер 5, и трубной доски 6. Коллекторные камеры 5 и трубные доски 6 крепятся к кольцевым пластинам 7 таким образом, что между ними образуется промежуток 12 (Фиг.3) для вывода проводников 18. Коллекторные камеры имеют в верхней части штуцера 8 для выпуска воздуха, а в нижней части штуцера 9 для спуска воды. Для отвода и подвода теплоносителя имеются патрубки 10 и 11.
На каждую теплообменную трубку 2 (фиг.4) нанесено покрытие 13 из электроизолирующего материала, на котором по длине и радиально расположены термоэлектрические преобразователи 14, соединенные последовательно и параллельно электропроводящим материалом 15. Снаружи элементы термоэлектрических преобразователей 14 покрыты слоем из электроизолирующего материала 16 и защитным герметичным покрытием 17. Полости, образуемые между теплообменными трубками 2 и защитным герметичным покрытием 17 герметичны. Термоэлектрические преобразователи 14, через проводники 18 соединены с устройством 4 коммутации и распределения электроэнергии.
Термоэлектрические преобразователи 14 могут быть выполнены в виде последовательно соединенных в электрическую сеть параллельных рядов термоэлементов 19, каждый из которых представляют собой пару полупроводников n- и p-типов, соединенных последовательно.
В качестве материалов термоэлементов могут быть использованы составы на основе теллурида висмута n-типа и p-типа проводимости. Наружные поверхности термоэлементов охвачены сплошным защитным покрытием 17 из силиконового герметика, например, марки ВГО-1, который обеспечивает наиболее эффективную защиту термоэлектрического преобразователя, работающего в условиях цикличного изменения температур в широком диапазоне.
Корпус теплообменника может быть изготовлен из бесшовной трубы с приваренными к ней стальными трубными досками, и пучка латунных трубок диаметром 16 мм×1 мм, концы которых в трубных решетках вальцуются. По длине латунных теплообменных трубок расположены опорные перегородки (на чертеже не обозначены), которые исключают возможность провисания трубок в пучке и их преждевременный износ. Теплообменники могут быть односекционными и многосекционными. Секции, при этом, соединяют калачами. Теплоносителем является горячая вода с температурой 150°С, поступающая в межтрубное пространство.
В процессе работы теплообменника теплоноситель проходит через входной патрубок 11 в межтрубное пространство, и, пройдя его, выводится через выходной патрубок 10. Подогреваемая вода последовательно проходит коллекторную камеру через теплообменные трубки, поступает в противоположную коллекторную камеру и выводится из теплообменника.
Нагрев воды в трубках осуществляется в межтрубном пространстве теплоносителем из системы теплоцентрали с максимальной температурой до 150°С.
В процессе нагрева воды, вследствие разницы температур, между трубным и межтрубным пространствами, в результате действия известного эффекта Пельтье возникает Термо ЭДС, которая посредством термоэлектрических преобразователей преобразуется в электроэнергию.
Устройство коммутации и распределения электроэнергии позволяет перераспределять электрическую энергию в зависимости от заданного потребления.
2
2
Существующие термоэлектрические преобразователи позволяют получать с поверхности площадью 0,0016 м до 3 Вт электроэнергии при разнице температур горячей и холодной сторон 100°. При применении в разработанном теплообменнике 7 трубок сечением 16 мм тепловая мощность теплообменника составит 10-12 кВт, а эффективная общая поверхность теплообмена при длине равной 2 метрам будет составлять 0,65 м. С этой площади возможно получить не менее 160 Вт электроэнергии при разнице температур нагреваемой и греющей среды в 45°.
Эту энергию можно использовать для освещения, например, с помощью светодиодных ламп. Светодиодный светильник со световым потоком, равным световому потоку 40 ваттной лампы накаливания, потребляет 4 Вт электроэнергии. Следовательно, только односекционный теплообменник позволит обеспечить подключение до 40 светодиодных ламп.
Таким образом, предлагаемый теплообменник, помимо своей основной функции теплообмена, является самостоятельным, не связанным с городской электросетью, альтернативным источником получения электрической энергии, обеспечивающей возможность работы электроприборов с низким энергопотреблением, например, светодиодных ламп для освещения подъездов многоквартирных домов, различных помещений, а также наружного освещения, а это позволит значительно экономить электроэнергию.