Термоелектричний генератор для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату

Реферат: Термоелектричний генератор для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату містить термоелектричні модулі, зовнішній корпус, теплову трубу для підведення теплової енергії та систему відведення тепла, крім того, на одному із торців теплової труби встановлено вертикальний відросток, розміщений під кутом 90° до основної частини труби і є її продовженням, на якому монтуються теплообмінні площадки та термоелектричні модулі. UA 81189 U (12) UA 81189 U UA 81189 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв генерації електричної енергії та знайде застосування в техніці, де має місце перетворення теплової енергії в електричну. Вона може бути використана для отримання електричної енергії шляхом термоелектричного перетворення в сфері використання двигунів внутрішнього згоряння, цементній промисловості, металургії, хімічній промисловості та ін. Відомі термоелектричні генератори для рекуперації відпрацьованого тепла [1-3]. Такі пристрої у вигляді термоелектричних генераторів розробляються багатьма фірмами для використання поряд з автомобільними двигунами [3], що виділяють тепло вихлопними газами. Під час своєї роботи газові турбіни двигунів газоперекачувальних (ГПА) обертаються під дією продуктів згоряння природного газу [4]. У цьому варіанті газоперекачувальний агрегат потребує при експлуатації наявності джерела електричної енергії, яка використовується при підготовці ГПА до пуску, при роботі та під час зупинки агрегату. Максимальна потужність споживання ГПА становить 136.73 кВт в режимі запуску [4]. В режимі роботи сумарне споживання складає 78.33 кВт (63.33 кВт при оточуючій температурі Т>15 °C). У віддалених від електромережі пунктах газотранспортної мережі використовуються автономні електростанції, що забезпечують відповідну потужність для потреб ГПА. У випадку аварійного відключення від електромережі, передбачено резервне живлення відповідальних вузлів ГПА від дизельних двигунів [5]. Проте їх підключення займає певний час, що може призвести до аварійних режимів роботи газових турбін і виходу їх із ладу. До таких відповідальних вузлів ГПА, що потребують надійного електропостачання, належать системи автоматичного керування, пожежної безпеки, контролю рівня загазованості й вібрації та автоматичного керування. їх сумарна потужність електроспоживання становить 7.7 кВт. Із існуючих аналогів енергетичних установок для живлення ГПА найбільш близьким за технічною суттю є енергетична установка з термоелектричним генератором [2], у якому для генерування електричної енергії використовується тепло вихлопних газів турбіни газоперекачувального агрегату. Такий термоелектричний генератор розміщується на поверхні блока випрямляючого ГПА (фіг. 1), а теплова енергія передається на термоелектричні модулі за допомогою теплових труб. Проте у даній корисній моделі зона конденсації теплових труб, на якій розміщуються термоелектричні модулі, розміщені під кутом до бічної поверхні блока випрямляючого, а теплообмін здійснюється за допомогою індивідуальних теплообмінників з вентиляторами, що є не достатньо ефективним. Задача рекуперації тепла викидних газів для енергопостачання ГПА або направлення електроенергії у зовнішню електромережу розв'язується тим, що термоелектричний генератор в складі ГПА містить теплові труби, причому на одному із торців теплової труби встановлено вертикальний відросток, розміщений під кутом 90° до основної частини труби і є її продовженням, на якому монтуються теплообмінні площадки та термоелектричні модулі; теплова труба всередині короба блока випрямляючого розміщена горизонтально; ребра повітряних радіаторів системи відведення тепла розміщені горизонтально, а потік тепла вентиляторами формується до зовнішньої частини короба; що зовнішня частина короба блока випрямляючого охоплена стінками, які разом з зовнішніми стінками блока випрямляючого формують короб, через який проходить створений вентилятором потік повітря. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано принципово нове рішення для газоперекачувальних агрегатів, яке полягає в тому, що термоелектричний генератор в складі ГПА містить теплові труби, причому на одному із торців теплової труби встановлено вертикальний відросток, розміщений під кутом 90° до основної частини труби і є її продовженням, наякому монтуються теплообмінні площадки та термоелектричні модулі; теплова труба всередині короба блока випрямляючого розміщена горизонтально; ребра повітряних радіаторів системи відведення тепла розміщені горизонтально, а потік тепла вентиляторами формується до зовнішньої частини короба; що зовнішня частина короба блока випрямляючого охоплена стінками, які разом з зовнішніми стінками блока випрямляючого формують короб, через який проходить створений вентилятором потік повітря. Тому ознака, яка заявляється - термоелектричний генератор в складі ГПА містить теплові труби, причому на одному із торців теплової труби встановлено вертикальний відросток, розміщений під кутом 90° до основної частини труби і є її продовженням, на якому монтуються теплообмінні площадки та термоелектричні модулі; теплова труба всередині короба блока випрямляючого розміщена горизонтально; ребра повітряних радіаторів системи відведення тепла розміщені горизонтально, а потік тепла вентиляторами формується до зовнішньої частини короба; що зовнішня частина короба блока випрямляючого охоплена стінками, які 1 UA 81189 U 5 10 15 20 25 30 35 40 разом з зовнішніми стінками блока випрямляючого формують короб, через який проходить створений вентилятором потік повітря. На фіг. 1 представлено схему ГПА [4]: 1 - вихлопна труба, 2 - термоелектричний генератор, 3 - блок випрямляючого, 4 - газова турбіна. На фіг. 2 представлено схему перерізу короба блока випрямляючого з розміщеними у ньому первинними блоками термоелектричного генератора: 1 - внутрішня стінка блока випрямляючого, 2 - теплова ізоляція, 3 - зовнішня стінка блока випрямляючого, 4 - прямокутні пластини, розміщені на вертикальних поверхнях теплової труби, і формують теплосприймальний радіатор, 5 - частина теплової труби, розміщена в блоці випрямляючому, 6 - стінки, які разом з зовнішніми стінками блока випрямляючого формують короб, через який проходить створений вентилятором 9 потік повітря, 7 - частина теплової труби, розміщена за межами блока випрямляючого (зона конденсації) і формує вертикальний відросток, розміщений під кутом 90° до основної частини труби і є її продовженням, на якому монтуються теплообмінні площадки та термоелектричні модулі 8, 10 - повітряні теплообмінники. Запропонована схема працює наступним чином. При включенні газової турбіни 4 на фіг. 1, потік нагрітих вихлопних газів потрапляє у блок випрямляючого 3 на фіг. 1, у якій розміщено гарячі теплообмінні поверхні теплової труби 4 на фіг. 2, що здійснюють відбір теплової енергії вихлопних газів. Теплова енергія від гарячих теплообмінних поверхонь передається тепловим трубам 5 на фіг. 2, які передають її до термоелектричних модулів 8 на фіг. 2 у яких відбувається пряме термоелектричне перетворення теплової енергії вихлопних газів у електричну енергію. Відвід тепла з термоелектричних модулів відбувається за допомогою вентиляторів 9, які створюють потік повітря у зовнішньому коробі блока випрямляючого 6 на фіг. 2. У блоці термогенератора знаходиться також електричний комутатор, який забезпечує включення ТЕГ у коло живлення ГПА або зовнішньої електромережі. Теоретичні оцінки показали, що за допомогою термоелектричного генератора, розміщеного у блоці випрямляючому ГПА, можна отримати електричну потужність до 100 кВт. Запропонований варіант електрозабезпечення може знайти активне використання в газотранспортній сфері та інших галузях техніки та промисловості, його застосування дозволить значно покращити характеристики різних агрегатів, в котрих використовується спалювання газів або рідинних палив. Список використаної літератури: 1. Заявка на корисну модель u201210353 від 03.09.2012 р. Енергетична установка для резервного живлення газоперекачувального агрегату. Анатичук Л.І., Прибила А.В. 2. Заявка на корисну модель u201213112 від 19.11.2012 р. Енергетична установка для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату. Анатичук Л.І., Прибила А.В. 3. Anatychuk L.I., Luste O.J., Kuz R.V. Theoretical and experimental studies of thermoelectric generator for vehicles // Journal of Electronic Materials, Vol. 40, Issue 5, 2011. 4. Аверьянов А.А., Лебедев Н.М. Газоперекачивающие агрегаты с приводом авиационного типа. - М.: Недра, 1983 - С. 70. 5. Общесоюзные нормы технологического проектирования. Магистральные трубопроводы. Часть 1. Газопроводы. ОНТП 51-1-85. Мингазпром, М.: 1985. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Термоелектричний генератор для рекуперації відпрацьованого тепла газоперекачувального агрегату, що містить термоелектричні модулі, зовнішній корпус, теплову трубу для підведення теплової енергії та систему відведення тепла, який відрізняється тим, що на одному із торців теплової труби встановлено вертикальний відросток, розміщений під кутом 90° до основної частини труби і є її продовженням, на якому монтуються теплообмінні площадки та термоелектричні модулі. 2. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що теплова труба всередині короба блока випрямляючого розміщена горизонтально. 3. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що ребра повітряних радіаторів системи відведення тепла розміщені горизонтально, а потік тепла вентиляторами формується до зовнішньої частини короба. 4. Термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішня частина короба блока випрямляючого охоплена стінками, які разом з зовнішніми стінками блока випрямляючого формують короб, через який проходить створений вентилятором потік повітря. 2 UA 81189 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3