Автономный термоэлектрогенератор на трубопроводе



Автономный термоэлектрогенератор на трубопроводе
Автономный термоэлектрогенератор на трубопроводе
H01L35/00 - Термоэлектрические приборы, содержащие переход между различными материалами, т.е. приборы, основанные на эффекте Зеебека или эффекте Пельтье, с другими термоэлектрическими и термомагнитными эффектами или без них; способы и устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; холодильное оборудование, в котором используются электрические или магнитные эффекты, F25B 21/00; измерение температуры с использованием термоэлектрических и термомагнитных элементов G01K 7/00; получение энергии от радиоактивных источников G21H)

Владельцы патента RU 2676551:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 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, в частности для защиты трубопровода от электрохимической коррозии или электропривода задвижек. Термоэлектрогенератор содержит участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине окружные теплоэлектрические секции, цилиндрический кожух, состоящий из двух полуцилиндрических кожухов, снабженных продольными фланцами из гидростойкого материала, закрывающими участок трубопровода, с созданием между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью трубопровода зазора, по всей длине участка трубопровода 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, соединены между собой с образованием спаев и расположены вблизи зоны нагрева у поверхности трубопровода и в зоне охлаждения у окружающей среды, соответственно, свободные концы зигзагообразных рядов в холодной зоне соединены между собой перемычками и конденсаторами, образуя теплоэлектрические секции, также соединенные между собой, образуя термоэлектрический блок, снабженный токовыводами с одноименными зарядами, при этом теплоэлектрические секции выполнены окружными, термоэлектрический блок расположен в зазоре между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью участка трубопровода, каждая секция состоит из нескольких окружных параллельных рядов, составленных из термоэмиссионных преобразователей, верхние и нижние спаи которых продольно соединены между собой и зажаты двумя парными верхними и нижними продольными полосами, покрытыми слоем диэлектрического материала, причем плотный контакт торцов спаев обеспечивается сжатием двух полуцилиндрических кожухов. Технический результат: повышение надежности и эффективности термоэлектрогенератора. 6 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.

Известен 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 [Патент №2550073, МПК С23 F13/00, 2015].

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

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрический кожух для трубопровода, содержащий два полуцилиндрических кожуха с продольными щелями, снабженных 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, покрытыми 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.

Основными недостатками известного устройства являются громоздкая конструкция полуцилиндрических кожухов, усложняющая его монтаж на действующем трубопроводе, расположение термоэмиссионных преобразователей в последовательно соединенных рядах, снижающее возможность получения существенной силы тока непосредственно при его генерации из– за высоких потерь в каждом ряду, помещение рядов термоэмиссионных преобразователей в ребра, выполненные из гидростойкого диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, непосредственно соприкасающиеся с окружающей средой (грунтом, водой, что увеличивает вероятность их механического или коррозионного повреждения, воздухом), что, в конечном счете, снижает его надежность и эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности автономного термоэлектрогенератора на трубопроводе.

Технический результат достигается автономным термоэлектрогенератором на трубопроводе, содержащим участок трубопровода, на котором расположены по всей его длине окружные теплоэлектрические секции, снабженные электрическими конденсаторами и соединенные между собой перемычками, образуя термоэлектрический блок, снабженный токовыводами с одноименными зарядами, каждая окружная теплоэлектрическая секция состоит из нескольких окружных параллельных рядов, составленных из размещенных зигзагообразно по очередности друг за другом термоэмиссионных преобразователей, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и соединены между собой (сваркой или спайкой), образуя верхние и нижние спаи, которые в каждом окружном параллельном ряду продольно соединены между собой и зажаты двумя парными верхними и нижними параллельными продольными крепежными полосами, покрытыми совместно со спаями с наружных продольных торцов слоем диэлектрического материала, причем участок трубопровода, на котором расположены окружные теплоэлектрические секции закрыт цилиндрическим кожухом, выполненным из коррозионноустойчивого материала с высокой теплопроводностью и состоящим из двух полуцилиндрических кожухов, снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, которые обеспечивают плотное прижатие торцов спаев термоэмиссионных преобразователей совместно с наружными продольными торцами верхних и нижних крепежных полос к наружной поверхности участка трубопровода и внутренней поверхности цилиндрического кожуха.

На фиг. 1–6 представлен автономный термоэлектрогенератор на трубопроводе (АТЭГТ) (фиг. 1–4 – общий вид и разрезы АТЭГТ, фиг. 5–6 – узел теплоэлектрической секции (АТЭС) и термоэмиссионных преобразователей (ТЭП).

Предлагаемый автономный термоэлектрогенератор на трубопроводе (АТЭГТ) включает участок трубопровода 1, на котором расположены по всей его длине окружные теплоэлектрические секции (ОТЭС) 2, снабженные электрическими конденсаторами 3 и соединенные между собой перемычками 4, образуя термоэлектрический блок (ТЭБ) 5, снабженный токовыводами с одноименными зарядами 6, каждая ОТЭС 2 состоит из нескольких окружных параллельных рядов 7, составленных из размещенных зигзагообразно по очередности друг за другом термоэмиссионных преобразователей (ТЭП) 8, каждый из которых состоит из пары отрезков, выполненных из разных металлов М1 и М2, концы которых расплющены, плотно прижаты друг к другу и соединены между собой (сваркой или спайкой), образуя верхние и нижние спаи 9 и 10, которые в каждом окружном параллельном ряду 7 продольно соединены между собой и зажаты двумя парными верхними и нижними параллельными продольными крепежными полосами 11 и 12, покрытыми совместно с со спаями 9 и 10 с наружных продольных торцов слоем диэлектрического материала 13 (например, выполненными из слюды или термостойкого герметика), причем участок трубопровода 1, на котором расположены ОТЭС 2 закрыт цилиндрическим кожухом 14, выполненным из коррозионноустойчивого материала с высокой теплопроводностью и состоящим из двух полуцилиндрических кожухов 15 и 16, снабженных продольными фланцами 17 с крепежными отверстиями (на фиг. 1–6 не показаны), которые обеспечивают плотное прижатие торцов спаев 9 и 10 совместно с наружными продольными торцами крепежных полос 11 и 12 к наружной поверхности участка трубопровода 1 и внутренней поверхности цилиндрического кожуха 14 (узлы фиксации крайних верхних и нижних параллельных продольных крепежных полос 11 и 12 ОТЭС 2 ТЭБ 5 к наружной и внутренней поверхности участка трубопровода 1 и кожуха 14, соответственно, на фиг. 1–6 не показаны).

Предлагаемый АТЭГТ, представленный на фиг. 1–6, работает следующим образом.

АТЭГТ устанавливается в процессе монтажа или реконструкции трубопровода, для чего, предварительно собранные ОТЭС 2, устанавливают в продольные пазы (на фиг. 1–6 не показаны) на наружной поверхности участка трубопровода 1, соединяют их электрическими конденсаторами 3 и перемычками 4, далее торцы ТЭП 8 ОТЭС 2 прижимают посредством стяжки фланцев 17 к внутренней поверхности пазов на внутренней поверхности кожуха 14 (на фиг. 1–6 не показаны), после чего токовыводы 6 соединяют с регулирующим блоком и потребителем (на фиг.1–6 не показаны).

После заполнения трубопровода и начала движения в нем потока газа (жидкости) с температурой tП выше, чем температура грунта (воздуха, воды) tС, который соприкасается с наружной поверхностью кожуха 14, выполненного из гидростойкого с высокой теплопроводностью материала, в результате разности температур (tП – tС) происходит теплообмен между горячим газом (жидкостью), движущимся по участку трубы 1 и холодной окружающей средой (грунтом, водой, воздухом), спаи 9 и 10, выполненные из металлов М1 и М2, совместно с продольными крепежными полосами 11 и 12, нагреваются и охлаждаются спаи. При этом, конструкция верхних и нижних кромок ОТЭС 2, выполненная из нескольких окружных параллельных рядов 7. соединенных параллельно через свои спаи 9 и 10 сплошными крепежными полосами 11 и 12, выполненными из материала с высокой теплопроводностью, 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 или сваркой) и, в тоже время, в результате их параллельного соединения увеличить силу тока. Создаваемая разность температур (tП – tС) между зонами нагрева и охлаждения вызывает эмиссию электронов во всех ТЭП 8 и, соответственно, возникновение в зигзагообразных рядах АТЭС 2 термоэлектричества [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506]. При этом параллельное соединение окружных рядов 7 верхними и нижними крепежными полосами 11 и 12 в каждой АТЭС 2 позволяет увеличить силу тока без использования преобразователя, что увеличивает КПД АТЭГТ.

В ТЭБ 4 каждый конденсатор 3 обслуживает свою АТЭС 2, а так как конденсаторы каждой АТЭС 2 соединены между собой последовательно, то термоэлектричество предыдущих АТЭС 2 не проходит через последующие АТЭС 2, а движется только через последовательно соединенные конденсаторы 3, что существенно снижает потери мощности на преодоление сопротивлений электричеству при прохождении по многочисленным ТЭП 8. Эффективная работа конденсаторов 3 обеспечивается также тем, что они находятся вблизи зоны охлаждения наружной средой. Полученное термоэлектричество через токовыводы 6 поступает в блок регулирования, где создается требуемое напряжение и сила тока и подается потребителю (на фиг. 1–6 не показаны).

Наличие кожуха 14 АТЭГТ предохраняет ТЭП 8 от механических повреждений окружающей средой, от ее коррозионного воздействия и утечки полученного электричества.

Величина разности электрического потенциала и силы тока на токовыводах 6 зависит от разности температур на спаях металлов М1 и М2, их характеристик, количества ТЭП 8 в АТЭС 2 и их числа. При необходимости устанавливают несколько ТЭБ 4. 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 защиты трубопровода от электрохимической коррозии или электропривода задвижек.

Таким образом, конструкция предлагаемого АТЭГТ предохраняет термоэлектрические преобразователи от механических повреждений и коррозии, снижает электрическое сопротивление установки, повышая коэффициент полезного действия, а также обеспечивает возможность замены вышедших из строя термоэмиссионных преобразователей или теплоэлектрических секций на действующем трубопроводе, без разрушения смежных термоэлектрических секций, что повышает его надежность и эффективность.

Автономный термоэлектрогенератор на трубопроводе, содержащий цилиндрический кожух, состоящий из двух полуцилиндрических кожухов, снабженных продольными фланцами с крепежными отверстиями, выполненными из гидростойкого материала, и закрывающих участок трубопровода, с созданием между внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью трубопровода зазора, по всей длине участка трубопровода 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, соединены между собой с образованием спаев и расположены вблизи зоны нагрева у поверхности трубопровода и в зоне охлаждения у окружающей среды, соответственно, свободные концы зигзагообразных рядов в холодной зоне соединены между собой перемычками и конденсаторами, образуя теплоэлектрические секции, также соединенные между собой, образуя термоэлектрический блок, снабженный токовыводами с одноименными зарядами, отличающийся тем, что теплоэлектрические секции выполнены окружными, термоэлектрический блок расположен в зазоре между внутренней поверхностью цилиндрического кожуха, выполненного из коррозионноустойчивого материала с высокой теплопроводностью, и наружной поверхностью вышеупомянутого участка трубопровода, каждая окружная теплоэлектрическая секция состоит из нескольких окружных параллельных рядов, составленных из термоэмиссионных преобразователей, верхние и нижние спаи которых в каждом окружном параллельном ряду продольно соединены между собой и зажаты двумя парными верхними и нижними параллельными продольными крепежными полосами, покрытыми совместно со спаями с наружных продольных торцов слоем диэлектрического материала, причем плотный контакт торцов спаев термоэмиссионных преобразователей совместно с наружными продольными торцами верхних и нижних крепежных полос с наружной поверхностью участка трубопровода и внутренней поверхностью цилиндрического кожуха обеспечивается сжатием двух полуцилиндрических кожухов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к обнаружению неисправности в термоэлектрическом генераторе, который содержит модуль (14) термоэлектрических преобразователей, включающий в качестве множества термоэлектрических преобразователей (12) множество полупроводниковых монокристаллов, в которых ширина запрещенной зоны в части собственного полупроводника (12с) меньше ширины запрещенной зоны в части (12а) полупроводника n-типа и части (12b) полупроводника р-типа.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для частотной погрешности бесконтактных термоэлектрических преобразователей, применяемых для измерения высокочастотного тока, наведенного в цепях электрического задействования пиротехнических и взрывных устройств объекта при испытаниях его на воздействие высокочастотного электромагнитного поля.

Изобретение относится к вакуумной изоляции. Тело вакуумной изоляции содержит оболочку, включающую в себя высокобарьерную пленку или являющуюся высокобарьерной пленкой, определяющую область вакуума.

Предлагаемое устройство для соединения полупроводниковых термоэлементов в батарею может быть использовано для построения термоэлектрических батарей, которые применяются в энергетике как источники тока.

Изобретение относится к электротехнике и нанотехнологиям, в частности к способу изготовления термоэлектрического элемента для термоэлектрических устройств, например термоэлектрической батареи, и может быть использовано в потребительской электронике, медицине, лабораторном оборудовании и других областях.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для прямой трансформации тепловой энергии в электрическую. Теплотрубная гелиотермоэлектростанция включает поддон с отверстием в днище, закрытый сверху крышкой, покрытой фотоэлементами, внутренняя сторона которой покрыта решеткой, выполненной из полос пористого материала, отверстие поддона соединено с верхним торцом заглушенной снизу вертикальной трубы, погруженной в грунт на глубину Н, в центре которой помещена подъемная труба, заполненная также пористым материалом, между верхним и нижним торцами подъемной трубы и нижним торцом вертикальной трубы и внутренней поверхностью крышки поддона устроены щели шириной ∆, пространство которых заполнено пористым материалом, внутри каждого гофра вертикальной трубы размещены вертикальные пазы длиной L, в которые вставлены вертикальные термоэлектрические преобразователи, в массиве которых помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов.

Использование: для получения электрической энергии. Сущность изобретения заключается в том, что электрогенерирующая теплозащитная оболочка содержит гибкий лист, состоящий из гибкого теплоизоляционного материала–диэлектрика, покрытого с обеих сторон пленкой, выполненной из влагозащитного и герметизирующего материала–диэлектрика, причем в массе теплоизоляционного материала–диэлектрика помещены термоэлектрические секции, представляющие собой П–образные ряды, выполненные из стекловолокнистых полос, поверхности парных перпендикулярных отрезков которых поочередно покрыты напылением порошком разных металлов М1 и М2, концы вышеупомянутых отрезков согнуты под углом 90°, соединены между собой и также покрыты напылением эквимолярной смесью порошков металлов М1 и М2, образуя отдельные термоэмиссионные преобразователи, и располагаются на противоположных поверхностях слоя теплоизоляционного материала–диэлектрика параллельно им, крайние перпендикулярные отрезки каждого П–образного ряда соединены между собой перемычками, а крайние перпендикулярные отрезки крайних П–образных рядов каждой термоэлектрической секции соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с токовыводами.

Изобретение относится к устройствам вакуумной СВЧ-электроники и может быть использовано в устройствах коммутации тока, в смесителях и в других приборах и устройствах силового сектора СВЧ-электроники.

Изобретение относится к системам теплообмена. Технический результат - повышение эффективности термоэлектрического теплового насоса за счет уменьшения выделения паразитного тепла Джоуля в полупроводниковых ветвях и создание условий для возникновения дополнительного термоэффекта между горячими и холодными спаями, изготовленными из разных металлов.

Изобретение относится к термоэлектрической энергетике и может быть использовано для преобразования тепла отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию.

Изобретение относится к строительству и ремонту подземных металлических сооружений для защиты их от электрохимической коррозии в условиях катодной поляризации. Способ противокоррозионной защиты заключается в катодной поляризации от внешнего источника постоянного тока сооружения с формированным на нем изоляционным покрытием в виде адгезионно взаимодействующих между собой слоев на основе праймера.

Изобретение относится к области электроустановок, используемых с целью производства, преобразования и распределения электрической энергии, содержащих металлические конструктивные детали с металлическим покрытием.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для получения электрической энергии в процессе транспортирования в трубах различных теплоносителей.

Изобретение относится к защите подземных трубопроводов от коррозии, а именно к способам диагностики целостности изоляции трубопроводов, оборудованных установками катодной защиты.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты подземных сооружений от блуждающих токов, вызываемых рельсовым электротранспортом.

Изобретение относится к области научного приборостроения и предназначено для использования в качестве электрода сравнения при электрохимических исследованиях. Электродное устройство содержит токоотводящий элемент, диэлектрический пористый корпус, поры которого заполнены металлическими наночастицами и пропитаны гелевым электролитом, а металлические наночастицы покрыты солью данного металла, при этом диэлектрический пористый корпус выполнен в виде сосуда с заостренной нижней донной частью, поры верхней части корпуса заполнены металлическими наночастицами, покрытыми солью этого металла, и пропитаны гелевым электролитом, наружная поверхность верхней части корпуса покрыта сначала слоем серебра, а затем слоем изолирующего материала за исключением небольшого участка в нижней донной части, не заполненного наночастицами и не пропитанного гелевым электролитом, при этом токоотводящий элемент выполнен в виде покрытой серебром металлической крышки корпуса с металлическим выводом, имеющей электрический контакт со слоем серебра на наружной поверхности верхней части корпуса и снабженной отверстием с пробкой для заполнения корпуса в виде сосуда жидким равнопереносящим электролитом.

Изобретение относится к защите от коррозии подземных металлических сооружений и может быть использовано для измерения потенциала защищаемых сооружений и анодных заземлителей.

Изобретение относится к области защиты подземных металлических сооружений, например трубопроводов, от коррозии, а именно к устройству элементов станции катодной защиты.

Изобретение относится к способу и устройству для защиты от коррозионного растрескивания сварной металлоконструкции. Способ включает заваривание приповерхностных трещин путем пошагового воздействия импульсом тока в зоне растягивающих остаточных сварочных напряжений и обжатие упомянутой зоны динамическими ударами.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для определения технического состояния изоляционного покрытия подземного трубопровода.
Наверх