ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВЕНЕЦ ДЛЯ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
THERMOELECTRIC RIM FOR STACK

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в конструкциях головки дымовых труб, а именно для утилизации тепла дымовых газов котельных агрегатов, промышленных печей при их выбросе в атмосферу с получением электричества.
Известна дымовая труба, ствол которой выполнен из коаксиально размещенных гофрированных оболочек, соединенных между собой [Патент РФ №2010932, МПК E04H 12/28, 1994].
Основным недостатком известной дымовой трубы является невозможность осуществления в ней утилизации тепла дымовых газов с целью получения электричества, что снижает ее эффективность.
Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является комплексный утилизатор тепла сбросных газов, содержащий корпус, внутри которого помещены перфорированные пластины, образующие между собой газовые и воздушные каналы. В перфорационных щелях пластин помещены термоэлектрические звенья, состоящие из овальных вставок, внутри которых помещены зигзагообразные ряды, состоящие из термоэмиссионных преобразователей, представляющих собой пару проволочных отрезков, выполненную из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой, установленных в щелях таким образом, что продольные половины каждого из них находятся в газовом и воздушном каналах, при этом зигзагообразные ряды термоэлектрических звеньев последовательно соединены между собой, также с коллекторами одноименных электрических зарядов и токовыводами [Патент РФ №2523521, МПК F22В 1/18, 2014].
Основными недостатками известного комплексного утилизатора являются невозможность его установки на дымовой трубе, овальная форма вставок и зигзагообразная компоновка рядов термоэмиссионных преобразователей в термоэлектрических звеньях, что снижает его надежность и эффективность.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэлектрического венца для дымовой трубы.
Технический результат достигается предлагаемым термоэлектрическим венцом для дымовой трубы, содержащим цилиндрический корпус, выполненный из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, разделенный внешним опорным кольцом на верхнюю рабочую часть, опирающуюся на торец трубы, и нижнюю опорную часть, пропущенную вовнутрь дымовой трубы, причем рабочая часть корпуса выполнена с вертикальными гофрами, образующими вертикальные прямоугольные гнезда, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья, состоящие из прямоугольных вставок, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала (например, резины или пластмассы), внутри которых помещены ряды, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых представляет собой пару параллельных проволочных отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием некоторого зазора шириной Δ, вставки термоэлектрических звеньев установлены в гнездах таким образом, чтобы большая часть каждого термоэмиссионного преобразователя каждого ряда омывалась наружным воздухом, при этом термоэлектрические звенья вверху рабочей части корпуса термоэлектрического венца попарно соединены между собой перемычками, снизу рабочей части корпуса соединены электрическим конденсатором, образуя термоэлектрические секции, которые, в свою очередь, последовательно соединены между собой через электрические конденсаторы, при этом первый и последний из кондесаторов соединены с токовыводами.
На фиг. 1, 2 представлены общий вид и разрез термоэлектрического венца для дымовой трубы (ТЭВДТ), на фиг. 3-5 - узлы термоэлектрического звена и стыковка ТЭВДТ с верхним торцом дымовой трубы.
Предлагаемый ТЭВДТ содержит цилиндрический корпус 1, выполненный из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, разделенный внешним опорным кольцом 2 на верхнюю рабочую часть 3, опирающуюся на верхний торец трубы 4, и нижнюю опорную часть 5, пропущенную вовнутрь трубы 4, причем рабочая часть 3 корпуса 1 выполнена с вертикальными прямоугольными гофрами, образующими вертикальные прямоугольные гнезда 6, в которые частично утоплены термоэлектрические звенья (ТЭЗ) 7, состоящие из прямоугольных вставок 8, выполненных из упругого диэлектрического коррозионностойкого материала (например, резины или пластмассы), внутри которых помещены ряды 9, состоящие из расположенных параллельно термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 10. Каждый ТЭП 10 представляет собой пару параллельных проволочных отрезков 11 и 12, выполненных из разных металлов М1 и М2, спаянных на концах между собой с образованием некоторого зазора шириной Δ (значение Δ выбирается из условий надежной изоляции отрезков 11 и 12), причем ТЭЗ 7 установлены в гнездах 6 таким образом, чтобы большая часть каждого ТЭП 10 рядов 9 омывалась наружным воздухом, причем каждая ТЭЗ 7 вверху корпуса 1 попарно соединены между собой перемычкой 13, снизу электрическим конденсатором 14, образуя термоэлектрические секции (ТЭС) 15, которые, в свою очередь, последовательно соединены между собой через электрические конденсаторы 14, образуя термоэлектрический блок (ТЭБ) 16 в форме разомкнутого кольца, первый и последний из вышеупомянутых конденсаторов 14 ТЭБ 16 соединены с токовыводами 17 и 18 соответственно.
В основу работы предлагаемого ТЭВДТ положено использование эффекта термоэлектричества. Так как в ТЭЗ 8 помещены ряды 10, состоящие из ТЭП 11, изготовленных из проволочных отрезков 11 и 12, выполненных из металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой, то при нагреве одних спаянных концов, помещенных в гнезда 6, уходящими горячими дымовыми газами и охлаждении других наружным воздухом, в ТЭЗ 7 возникает термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с. 502-506].
Термоэлектрический венец для дымовой трубы (ТЭВДТ), представленный на фиг. 1-5, работает следующим образом. Горячие дымовые газы, выходящие из ствола дымовой трубы 4, нагревают вертикальные прямоугольные гнезда 6 корпуса 1, выполненного из коррозионностойкого материала с высокой теплопроводностью, и соответственно, спаи термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 10 ТЭЗ 7, противоположные концы которых охлаждаются наружным воздухом атмосферы. В результате нагрева спаянных концов проволочных отрезков 11 и 12 ТЭП 10 в рядах 9 ТЭЗ 7, расположенных в гнездах 6, горячими дымовыми газами и охлаждении других спаянных концов ТЭП 10, расположенных снаружи, холодным воздухом, в рядах 9 ТЭЗ 7 каждой ТЭС 15 образуется термоэлектричество, которое суммируется в ТЭБ 16 и через токовыводы 17 и 18 подается потребителю. При этом проволочные отрезки 11 и 12 ТЭП 10 рядов 9 изолированы от непосредственного контакта с дымовыми газами и воздухом слоем диэлектрического коррозионностойкого материала прямоугольных вставок 8, что предохраняет металлы М1 и М2 пар 11 и 12 ТЭП 10 от коррозии и появления между ними короткого замыкания. Выполнение вставок 8 прямоугольной формы, утопленной в прямоугольные гнезда 6, обеспечивает их прочную стыковку с поверхностью гнезд 6. Кроме того, включение в конструкции ТЭС 15 и ТЭБ 16 ТЭВДТ последовательно соединенных между собой через конденсаторы 14, значительно снижает электрическое сопротивление ТЭВДТ и, соответственно, увеличивает силу тока на токовыводах 17 и 18.
Величина разности электрического потенциала на токовыводах 17 и 18 ТЭВДТ зависит от характеристик пар металлов М1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 11 и 12 ТЭП 10, числа их в ТЭЗ 7, числа ТЭС 15 в ТЭБ 16 и количества ТЭБ 16. Полученный электрический ток можно использовать для внутрицеховых нужд, например для освещения головки дымовой трубы 4.
Таким образом, предлагаемый термоэлектрический венец для дымовой трубы обеспечивает утилизацию тепла сбросных дымовых газов на выходе из дымовой трубы с получением термоэлектричества, что повышает его надежность и эффективность.