ОТОПИТЕЛЬНО-ВАРОЧНАЯ ПЕЧЬ Российский патент 2001 года по МПК F24B5/06 

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию и может быть использовано в отопительно-варочных печах для обеспечения работы термоэлектрического генератора (ТЭГ) в автономном режиме.

В качестве прототипа выбрана отопительно-варочная печь, содержащая топочную камеру с верхней частью и воздушными каналами (см. RU 2097660, кл. F 24 В 5/06, оп. 1997).

Недостатком прототипа является отсутствие возможности прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию для обеспечения работы печи в автономном режиме.

Для достижения указанного технического результата в отопительно-варочной печи, содержащей топочную камеру с верхней частью и воздушными каналами, печь дополнительно содержит теплоизолирующие экраны, в верхнюю часть топочной камеры плотно встроен ТЭГ, его нижняя поверхность с горячими спаями опущена внутрь топочной камеры, а холодные спаи охлаждаются водой, циркулирующей по термосифонному контуру, снабженному аккумулирующим баком. Кроме того, ТЭГ снабжен со стороны горячих спаев термостабилизирующим покрытием, в качестве которого использован материал с температурой фазового перехода ниже максимально допустимой температуры горячих спаев.

Кроме того, теплоизолирующие экраны выполнены в виде регулируемых по сечению воздушных каналов.

На фиг. 1 представлена общая схема печи с ТЭГ.

На фиг. 2 представлена термобатарея с термостабилизирующим покрытием.

На фиг. 3 представлена печь с регулируемым и воздушными каналами.

Печь содержит опоры 1, ТЭГ 2, термобатарею 3, холодные спаи 4, горячие спаи 5, термостабилизирующее покрытие 6, топочную камеру 7, емкость 8 с водой, гибкие шланги 9, аккумулирующий водяной бак 10, печной кожух 11, теплоизолирующие экраны, выполненные в виде воздушных каналов 12 и заслонки 13.

ТЭГ 2 плотно вставлен в верхнюю часть топочной камеры 7 так, что нижняя поверхность ТЭГ 2 с горячими спаями 5 опущена внутрь топочной камеры 7. Между горячими спаями 5 ТЭГ и топочной камерой 7 находится термостабилизирующее покрытие 6, которым служит слой эвтектического сплава цинк-магний толщиной не менее 1 см. Над поверхность ТЭГ с холодными спаями 4 находится емкость 8, заполненная водой или другим теплоносителем. С помощью гибких шлангов 9 эта емкость 8 образует термосифонный контур, в который входит бак 10 объемом несколько десятков литров, расположенный на 60 см выше емкости 8. Боковые стенки печи окружены кожухом 11, образуя воздушный канал 12, выполняющий роль термоизолирующих экранов. С помощью заслонок 13 воздушный канал 12 может перекрываться, уменьшая теплопередачу и повышая температуру в топке печи.

Печь с термоэлектрическим генератором работает следующим образом.

В режиме растопки печи заслонками 13 полностью открывают воздушный канал 12, проходящий вдоль наружных стенок печи. Холодный воздух от пола, пройдя по каналам 12, нагревается и движется вверх, быстро нагревая помещение. Стенки топочной камеры 7 не перегреваются за счет интенсивного охлаждения воздухом. Горячие спаи ТЭГ защищает от перегрева термостабилизирующее покрытие 6 из сплава цинк-свинец, имеющий температуру плавления около 340^oC. Фазовый переход этого сплава из твердого состояния в жидкость требует очень больших затрат тепла, которых не бывает в обычном режиме растопки. ТЭГ начинает вырабатывать электричество сразу после появления перепада температуры между холодными 4 и горячими 5 спаями. Вода в емкости 8 над холодными спаями 4 начинает медленно нагреваться и одновременно возникает циркуляция воды в термосифонном контуре. Теплая часть воды поднимается вверх в аккумулирующий бак 10, а холодная вода из нижней части этого бака 10 опускается в емкость 8, снижая температуру холодных спаев 4 и повышая электрическую мощность ТЭГ.

После растопки для экономии топлива печь переводится в режим медленного, но длительного горения. Поскольку в этом режиме температура горения топлива снижается, с помощью заслонок 11 необходимо перекрыть воздушный канал 12, чтобы сохранить достаточно высокую температуру на горячих спаях ТЭГ. Вода в термосифонном контуре продолжает циркулировать. За счет потерь тепла в термосифонном контуре, по высоте аккумулирующего бака 10 и емкости 8, всегда существует градиент температуры, направленный снизу вверх. Нагретая вода из аккумулирующего бака 10 термосифонного контура может отбираться для бытовых нужд: умывание, стирка, мойка посуды и т.д. использование уровнемера позволяет поддерживать заданный уровень воды в баке. Вырабатываемое ТЭГ электричество может запасаться аккумуляторной батареей.

Таким образом удается в длительном режиме поддерживать в доме тепло, вырабатывать электричество и теплую воду. После сгорания топлива печь вместе ТЭГ медленно остывает. Отсутствие резких перепадов температуры способствует увеличению срока службы ТЭГ, который предназначен для прямого преобразования тепловой энергии в электричество. Принцип работы генератора основан на появлении термоэлектродвижущей силы при создании перепада температур между холодными и горячими спаями термобатареи. Получаемая мощность пропорциональна перепаду температур на спаях термобатареи. Для работы ТЭГ в номинальном режиме достаточно создать разность температур 250^oC между холодными и горячими спаями. Температуру холодных спаев легко поддерживать с помощью воды, кипящей при температуре 100^oC. Горячие спаи достаточно нагреть до 300-350^oC с помощью любого нагревательного устройства. Источниками тепла могут быть: костер, печь, примус, газовая плита, керосинка и т.п. Электрическая мощность ТЭГ прямо пропорциональна перепаду температуры и площади поверхности спаев. С площади 30 см² реально можно получать 12-15 Вт. При площади ТЭГ 15х20 см² мощность ТЭГ составит 120-150 Вт. КПД ТЭГ обычно не превышает 10%. Если емкость с охлаждающей водой сделать из нержавеющей стали или пищевого алюминия, то охлаждающую воду можно использовать для приготовления пищи.

Срок службы ТЭГ составляет свыше 1000 циклов нагрев-охлаждение. Герметизация термобатареи и заполнение объема инертным газом увеличивают срок службы в 10 раз.

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию и может быть использовано в отопительно-варочных печах для обеспечения работы термоэлектрического генератора в автономном режиме. Этот технический результат достигается тем, что в отопительно-варочной печи, содержащей топочную камеру с верхней частью и воздушными каналами, согласно изобретению печь дополнительно содержит теплоизолирующие экраны, в верхнюю часть топочной камеры плотно встроен термоэлектрический генератор, его нижняя поверхность с горячими спаями опущена внутрь топочной камеры, а холодные спаи охлаждаются водой, циркулирующей по термосифонному контуру, снабженному аккумулирующим баком. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Отопительно-варочная печь, содержащая топочную камеру с верхней частью и воздушными каналами, отличающаяся тем, что печь дополнительно содержит теплоизолирующие экраны, в верхнюю часть топочной камеры плотно встроен термоэлектрический генератор, его нижняя поверхность с горячими спаями опущена внутрь топочной камеры, а холодные спаи охлаждаются водой, циркулирующей по термосифонному контуру, снабженному аккумулирующим баком. 2. Печь по п. 1, отличающаяся тем, что термоэлектрический генератор снабжен со стороны горячих спаев термостабилизирующим покрытием. 3. Печь по п.2, отличающаяся тем, что в качестве термостабилизирующего покрытия использован материал с температурой фазового перехода ниже максимально допустимой температуры горячих спаев. 4. Печь по п.1, отличающаяся тем, что теплоизолирующие экраны выполнены в виде регулируемых по сечению воздушных каналов.