Термоэлектрическая установка захолаживания газа

 

Установка выполнена из разнесенных по ее объему теплообменных теплоизолированных проточных камер с теплообменными пластинами, которые могут быть расположены параллельно потоку охлаждаемого газа и заполнять весь объем камер. Пластины сопряжены с микротермопреобразователями, объединенными в электрическую цепь с возможностью регулирования напряжения на спаях. Камеры соединены между собой посредством гофрированных патрубков и снабжены входными и выходными коллекторами. Блоки охлаждения горячих спаев выполнены в виде съемных модулей, закрепленных на боковых поверхностях проточных камер посредством внешних стяжек. Использование изобретения позволит увеличить холодопроизводительность установки при ее минимальных габаритах и больших объемах охлаждаемого газа. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для охлаждения газов с использованием генераторов холода, основанных на эффекте Пельтье, и может быть использовано в холодильных камерах большой мощности, значительного перепада температур и величины захолаживания, например, при очистке газообразных продуктов на атомных электростанциях (АЭС) и в производствах, газовые выбросы которых содержат радиоактивные или иные экологически вредные компоненты.

Термоэлектрические холодильники нашли широкое применение в различных областях техники: радиоэлектроника, бытовая техника, автомобилестроение, медицина [1, 2, 3, 4]. Однако дальнейшее расширение областей их использования сдерживается из-за ограниченности их хладопроизводительности и затрат на потребляемую электроэнергию [1]. Одним из направлений по устранению этих недостатков является разработка многокаскадных термоэлектрических холодильников [5, 6]. Следует иметь в виду, что при прохождении охлаждаемого газа через термобатареи между каскадами возникает разность температур и за счет теплопроводности деталей теплообменных камер происходит выравнивание температур охлаждаемого воздуха в этих камерах. Различного рода усовершенствования термоэлектрических установок представлены в патентах США [7, 8, 9, 10].

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является холодильник [11], содержащий герметичную термоизолированную проточную холодильную камеру с теплообменными пластинами, сопряженными с микротермопреобразователями, объединенными в электрическую цепь с возможностью регулирования напряжения на спаях, и блок охлаждения горячего спая.

Недостатками ближайшего аналога являются: низкая хладопроизводительность и значительные потери тепла за счет теплопроводности элементов конструкции.

Задача, решаемая изобретением, заключается в увеличении хладопроизводительности установки и глубины захолаживания при минимальных габаритах установки, применительно к решению проблемы захолаживания большого объема газа, например, на АЭС перед очисткой радиоактивных продуктов на сорбентах.

Сущность изобретения состоит в том, что в термоэлектрической установке захолаживания газа, включающей герметичную термоизолированную проточную камеру с теплообменными пластинами, сопряженными с микротермопреобразователями, объединенными в электрическую цепь с возможностью регулирования напряжения на спаях, и блок охлаждения горячих спаев микротермопреобразователей, предложено выполнить установку из разнесенных по ее объему теплообменных камер, сопряженных между собой посредством гофрированных патрубков, и снабдить их общими входными и выходными коллекторами для охлаждаемого газа, а блоки охлаждения горячих спаев выполнить в виде съемных модулей, закрепленных на боковых поверхностях проточных камер посредством внешних стяжек и образованных каскадом переточных камер. Кроме того, по п. 2 предложено теплообменные пластины расположить параллельно потоку охлаждаемого газа и заполнить ими весь свободный объем камер.

Наличие распределенных по объему установки теплообменных камер, соединенных гофрированными патрубками, позволяет уменьшить объем, занимаемый установкой, при значительной глубине и объеме захолаживания газа. При этом, в пределах каждой проточной камеры обеспечивается оптимальный режим работы без потерь тепла из-за перепада температур и теплопроводности камер, так как гофрированные патрубки имеют более высокое тепловое сопротивление на переходе от камеры к камере. Это объясняется тем, что гофры изготовлены из тонкого стального листа, имеющего малое эффективное сечение как проводника тепла и длину в 2-3 раза больше длины негофрированного патрубка в пределах той же базы. Таким образом, при заданных исходных конструктивных размерах патрубка гофрированный патрубок оказывает большее тепловое сопротивление. Наличие параллельно и последовательно установленных проточных камер, объединенных общими входными и выходными коллекторами, позволяет оперативно управлять хладопроизводительностью и величиной захолаживания путем простого переключения направления движения охлаждаемого газа.

Один из возможных вариантов выполнения термоэлектрической установки захолаживания газа (ТЭУЗГ) представлен на фиг. 1 - 7, где на фиг. 1 представлен общий вид сборки, состоящей из проточных камер (в оксанометрии). На фиг. 2 представлен общий вид проточной камеры в оксанометрии с частично снятым фрагментом кожуха и сечениями. На фиг. 3 схематично проиллюстрирован принцип компоновки ТЭУЗГ. На фиг. 4 дан поперечный разрез проточной камеры по входному патрубку, на фиг. 5 - поперечный разрез теплоизолированной проточной камеры (ТПК). На фиг. 6 изображено несколько последовательно расположенных проточных камер (линейка) с арматурой подвода и отвода охлаждающей горячий спай жидкости. На фиг. 7 дан вариант соединения двух ТЭУЗГ с целью увеличения суммарной производительности.

Термоэлектрическая установка захолаживания газа (фиг. 1-7) состоит из набора последовательно установленных ТПК 1, образованных наружным кожухом 2 с входным и выходным конусами 3, 4 (фиг. 2, 3, 4, 6). Внутри кожуха 2 параллельно друг другу размещены теплосъемные пластины 5 (фиг. 2, 5), выполненные из теплоемкого, теплопроводного материала, например меди. Боковые торцы пластин 5 имеют тепловой контакт с одним из спаев термоэлектрического преобразователя 6, к которому с помощью стяжек 7 прижаты блоки охлаждения 8 горячих спаев, выполненные в виде переточных камер 9 (фиг. 2, 3, 5). Каждый блок охлаждения горячего спая снабжен входным 10 и выходным 11 патрубками. Микротермопреобразователи объединены в электрическую цепь 12 (фиг. 3, 4, 5), снабженную регулятором напряжения на спаях микротермопреобразователя 6 (на фигурах не показана). В ТПК 1, соединенных последовательно (фиг. 6), обеспечивается ступенчатое захолаживание при переходе от одной проточной камеры к другой. Камеры соединены между собой посредством гофрированных теплоизолированных патрубков 13 (фиг. 2, 3, 6). В одном из вариантов выполнения (фиг. 7) установка образована несколькими параллельными линейками ТПК 1, снабженными общими входными 14 и выходными 15 коллекторами. Несколько параллельно установленных линеек образуют секцию (фиг. 7). Входы и выходы охлаждаемого газа подсоединены к общим подводящим 16 и отводящим 17 коллекторам.

Работа термоэлектрической установки заключается в следующем (фиг. 1, 2, 3, 4, 6, 7). Захолаживаемый газ через коллекторы 14, 16 и входные патрубки 2 поступает внутрь проточной камеры 1, дросселируется между теплосъемными пластинами 5 и поступает через входной патрубок 4 на вход 3 следующей камеры. В процессе прохождения охлаждаемого газа через камеры 1 он отдает тепло пластинам 5, с торца которых производится отвод тепла на один из контактов спаев микропреобразователей 6, а с другого контакта спая термоэлектрического преобразователя 6 отводится охлаждающей средой (водой), циркулирующей в блоке охлаждения 8, подводимой через патрубки 10 и отводимой через патрубки 11. Охлажденный газ выводится через патрубки 15, 17.

Список использованной литературы 1. Соколов Е. Я. и Бродянский В.Н. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. - М.: Энергоатомиздат, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 794311.

3. Авторское свидетельство СССР N 861869.

4. Авторское свидетельство СССР N 1763841.

5. Авторское свидетельство СССР N 225285.

6. Авторское свидетельство СССР N 561854.

7. Патент США N 4375157.

8. Патент США N 4634803.

9. Патент США N 443650.

10. Патент США N 444991.

11. Патент США N 465895.

Формула изобретения

1. Термоэлектрическая установка захолаживания газа, включающая последовательно соединенные между собой посредством теплоизолированных гофрированных патрубков герметичные теплоизолированные проточные камеры с теплообменными пластинами внутри, сопряженными со спаями микротермопреобразователей, объединенных в электрическую цепь, и блоки охлаждения горячих спаев микротермопреобразователей, отличающаяся тем, что установка снабжена дополнительными последовательно соединенными между собой посредством теплоизолированных гофрированных патрубков герметичными теплоизолированными проточными камерами, установленными параллельно с образованием каскада, с общими входными и выходными коллекторами охлаждаемого газа и внешними стяжками, при этом блоки охлаждения горячих спаев выполнены в виде съемных модулей, закрепленных на боковых поверхностях проточных камер посредством внешних стяжек, а электрическая цепь выполнена с возможностью регулирования электрического напряжения на спаях.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена несколькими дополнительными каскадами, установленными параллельно, и общим входным коллектором, при этом теплообменные пластины расположены по всему объему каждой камеры параллельно потоку охлаждаемого газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7