СЭНДВИЧ-ДЫМОХОД-ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к универсальным фасонным элементам для установки в стальные модульные системы трубных дымоходов, преимущественно с естественной тягой, изначально или при модернизации. Устройство предназначено для утилизации тепла продуктов сгорания путем его преобразования в электрическую энергию.
Известен термоэлектрогенератор, предназначенный для получения электрической энергии для питания радиоприемников, вместо сухих батарей или аккумуляторов (Журнал «Радио», 1956, 2). В известном термоэлектрогенераторе тепловая энергия от керосиновой лампы преобразуется в электрическую. Для повышения эффективности работы тепловоспринимающих термобатарей на стекло лампы крепят металлическую трубу, на которую устанавливают термоэлектрогенератор.
Известный термоэлектрогенератор оригинален, но предназначен для узкого направления использования термоэлектрической энергии при применении всей системы внутри помещений с изменением баланса состава воздуха при длительном использовании.
Известно электрогенерирующее отопительно-варочное устройство (Пат. РФ №9823, опубл. 10.10.2010), содержащее бытовую печь с вертикальной дымовой трубой, рекуператор и емкость для воды установленные соосно на трубу, этажами, по ходу движения дымовых газов. В зазор между рекуператором и емкостью плотно установлен термоэлектрогенератор. При этом горячие спаи находятся на корпусе рекуператора, а холодные спаи плотно прилегают ко дну емкости для воды.
Недостатками известного электрогенерирующего отопительно-варочного устройства, предназначенного и для использования обогрева помещений, приготовления пищи и нагрева воды являются громоздкость и сложность конструкции и необходимость дополнительного контроля за температурой и уровнем воды при использовании.
Наиболее близка по технической сущности к предлагаемой полезной модели дымовая труба-термоэлектрогенератор (Свидет. на ПМ РФ №6010, опубл. 16.02.1998). Труба-термогенератор содержит металлический ствол для прохода дымовых газов и наружный кожух, которые образуют между собой кольцевое пространство. В кольцевом пространстве на стенке (обечайке) внутреннего ствола укреплены "горячие" концы термоэлементов термоэлектрогенератора, "холодные" концы размещены в кольцевом пространстве, через которые проходит охлаждающий воздух в том же направлении, что и дымовые газы внутри ствола.
Недостатками известной трубы-термоэлектрогенератора являются ограничения по размещению и применению только в вертикальном положении, стационарность использования, необходимость значительных габаритов устройства конструкции, недостаточно высокая эффективность утилизации тепла.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи по универсализации использования термоэлектрогенераторов в широком спектре теплогенераторов, независимо от положения по углам наклона участков дымовых каналов при размещении, облегчению монтажа, повышению эффективности теплосъема.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в реализации возможности универсального встраивания сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора в дымовой канал стальных модульных дымоходов, повышении эффективности утилизации тепловой энергии сжигающих топливо агрегатов.
Для достижения указанного технического результата в сэндвич-дымоходе-термоэлектрогенераторе, содержащем металлический ствол для прохода дымовых газов от топливосжигающего агрегата, термоэлементы с «горячими» и «холодными» концами, металлический ствол выполнен в форме треугольной призмы, на боковых гранях которой «горячими» концами прикреплены термоэлементы, к «холодным» концам термоэлементов прикреплены игольчатые радиаторы, внутри ствола соосно размещена перфорированная цилиндрическая гильза, отверстия которой выполнены с выступами от поверхности гильзы и которая прикреплена к стволу с помощью теплопередающих креплений, при этом диаметр цилиндрической перфорированной гильзы соответствует внутреннему диаметру труб типовых сэндвич-дымоходов, по концам гильзы расположены стартовый и финишный участки для встраивания в трубы типовых сэндвич-дымоходов.
Отличительными признаками предлагаемого сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора от прототипа являются следующие:
- устройство универсально за счет использования перфорированной гильзы с диаметром, соответствующим диаметру труб типовых сэндвич-дымоходов; его можно использовать при встраивании в линии типовых металлических дымоходов, как при их монтировании, так и в действующие, путем замены используемых в сборке фасонных сэндвич-элементов;
- металлический ствол для прохода дымовых газов выполнен в виде треугольной призмы с боковыми гранями для обеспечения максимальной площади теплопередачи к плоским типовым термоэлементам при размещении их на стволе;
- металлический ствол для прохода дымовых газов увеличен в размерах, в том числе за счет дополнения внутри соосно размещенной перфорированной гильзой с диаметром, соответствующим диаметру применяемых дымоходов. Это не создает повышенного сопротивления движению дымового потока, увеличивает площадь теплообмена и из-за увеличения проходного сечения снижает скорость движения дымовых газов и повышает теплоотдачу;
- отверстия перфорированной гильзы выполнены с выступами краев от поверхности гильзы, что обеспечивает турбулизацию дымовых газов и увеличивает эффективность утилизации тепла;
- «холодные» концы термоэлементов укреплены к игольчатым радиаторам для их более эффективного охлаждения, а также обеспечивает независимое размещение в пространстве радиаторов относительно движения конвекционных или искусственных потоков окружающего воздуха.
Благодаря наличию этих признаков реализуется устройство универсального сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора с повышенной эффективностью утилизации тепла от отходящих дымовых газов типовым термоэлементам для встраивания в монтируемые и существующие стальные дымоходные системы при любом угле наклона линии труб с эффективным теплосъемом.
Предлагаемый сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез.
На фиг. 1, 2 позициями обозначены следующие элементы:
1 - металлический ствол в виде треугольной призмы, с закрепленной внутри металлической цилиндрической перфорированной гильзой, для прохода дымовых газов, которые поступают в ствол через перфорации металлической гильзы;
2 - дымовые газы, подвергающиеся турбулизации за счет расширения, при увеличении общего проходного сечения призмы и гильзы, с искривлением потоков за счет прохождения через перфорации в полость призмы ствола и обратно;
3 - боковые грани призмы ствола обеспечивают лучший тепловой контакт с «горячими» концами типовых универсальных термоэлектрических генераторов;
4 - термоэлементы типовые универсальные термоэлектрические генераторы, например, Б4М - в виде правильных прямоугольников с плоскостями «горячих» и «холодных» концов; а - горячие концы термоэлементов, б - холодные концы термоэлементов,
5 - перфорированная цилиндрическая гильза в виде стальной дымоходной трубы типовых калибров дымоходных систем для прохода дымовых газов, с отверстиями для их захода в призму ствола с последующим выходом;
6 - стартовый участок, обеспечивающий сочленение сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора с сжигающим топливо агрегатом или встраивания в линию труб типовых сэндвич-дымоходов;
7 - финишный участок, обеспечивающий сочленение сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора, при встраивании в линию труб типовых сэндвич-дымоходов или перехода к дымовой трубе;
8 - теплопередающее крепление в виде металлических распорок для соосной фиксации призмы ствола и перфорированной гильзы и дополнительного контактного теплоперехода от гильзы к призме;
9 - отверстия перфораций, объединяющие объем гильзы и дополнительный объем призмы, для увеличения общего проходного сечения дымохода и снижения скорости движения дымовых газов, увеличивающих теплоотдачу;
10 - игольчатые радиаторы в отличие от радиаторов с продольными ребрами обеспечивают как вертикальную, так и горизонтальную ориентацию размещения сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора в системе дымоходов для прохода дымовых газов;
11 - выступы краев отверстий обеспечивают дополнительную турбулизацию и облегчают перетекание потоков дымовых газов в призму ствола с последующим выходом.
Устройство работает следующим образом.
Сэндвич-дымоход-термоэлектрогенератор в виде встраиваемого модуля устанавливают в стальную модульную систему трубного дымохода с подсоединением через стартовый участок 6 и финишный участок 7. Продукты сгорания в виде дымовых газов 2 от топливосжигающего агрегата теплогенератора проходят через трубный дымоход, нагревая металлический ствол 1 в виде призмы. На боковых гранях призмы 3 с внешней стороны (снаружи) «горячими» концами «а» укреплены термоэлементы 4, «холодные» концы «б» которых обращены наружу для охлаждения конвективным потоком окружающего воздуха. К «холодным» концам «б» термоэлементов 4 прикреплены игольчатые радиаторы 10. Призматическая форма металлического ствола 1 обеспечивает максимальное прилегание плоских поверхностей типовых сборок термоэлектрогенераторов к плоским поверхностям граней. Для увеличения теплоотдачи энергии дымовых газов на участке модуля сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора внутри металлического ствола 1 установлена с помощью теплопередающих креплений 8 перфорированная гильза 5 с отверстиями 9. Теплопередающие крепления 8 обеспечивают тепловыравнивание площади боковых граней 3 ствола 1 от перфорированной гильзы 5. Теплопередающие крепления 8 представляют собой металлические распорки. Уширение проходного сечения модуля за счет увеличенного сечения призмы и заполнения увеличенного внутреннего пространства движущимися дымовыми газами 2 за счет отверстий 9 перфорации в гильзе 5 снижает их скорость движения и создает турбулизацию, обеспечивая повышенную отдачу тепловой энергии стенкам ствола 1.
Для повышения эффективности теплосъема за счет создания усиленной турбулизации дымовых газов 2 на участке модуля сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора отверстия 9 гильзы 5 выполнены с выступами 11 краев отверстий 9 от поверхности гильзы 5. Для сохранения сечения дымового канала модульного дымохода всей системы гильза 5 выполнена цилиндрической, с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру линии типового сэндвич-дымохода. Для увеличения эффективности конвекционного охлаждения при наклонной или горизонтальной установке сэндвич-дымохода-термоэлектрогенератора металлический ствол 1 выполнен в виде трехгранной призмы с боковыми гранями 3 для размещения одной из граней параллельно или с наклоном к горизонтальной плоскости, а увеличение охлаждаемой поверхности «холодных» концов «б» производят с помощью игольчатых радиаторов 10. При этом в вертикальном положении модуля происходит естественное конвекционное движение охлаждающего воздуха и не исключается использование радиаторов с продольными плоскостными пластинами. В горизонтальном положении модуля при размещении, например, одной из граней параллельно к горизонтальной плоскости обеспечивается естественное конвекционное движение охлаждающего воздуха снизу вверх, охлаждая радиаторы боковых сторон и дополнительным охлаждением, за счет эжекции, его движением от верхней поверхности. Для обеспечения универсальности положения размещения, при использовании модуля, радиаторы выполнены игольчатыми, обеспечивающими увеличенную площадь охлаждения и конвекционный обдув в любом, отличающемся от вертикального, положении модуля.
В предлагаемом устройстве перфорированная цилиндрическая гильза может быть изготовлена любого необходимого диаметра для встраивания в любой калибр труб сэндвич-дымоходов, как и другие фасонные элементы дымового канала модульных дымоходов, а также может быть использовано с любыми теплогенераторами, использующими для отвода продуктов сгорания стальные цилиндрические трубные дымоходы.