МОБИЛЬНАЯ АВТОНОМНАЯ ОТОПИТЕЛЬНО-ВЕНТИЛЯЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2023 года по МПК F28F9/13 F25B21/02 F24H3/08 F24F7/06 H10N10/13 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике для обеспечения тепловой и электрической энергией небольших помещений, мест временного проживания, путем одновременного получения тепловой и электрической энергии в одном устройстве, при этом устройство имеет простую и надежную конструкцию.

Известна отопительно-вентиляционная установка ОВ-65Б, которая применяется на транспортных средствах и состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого расположены все основные узлы и детали: электродвигатель, с одной стороны которого закреплен вентилятор подачи воздуха для нагрева, а с другой стороны - топливный насос, на котором закреплены нагнетатель воздуха для горения и распылитель топлива. Топливный насос, нагнетатель и распылитель находятся внутри теплообменника, кроме них в теплообменнике имеются камера сгорания и камера догорания.

Недостатком установки ОВ-65Б является потребление электроэнергии от внешнего источника - аккумуляторной батареи или бортовой электросети транспортного средства, и, как следствие невозможность длительного автономного использования в связи с интенсивным разрядом батареи. Кроме того, в процессе работы установки в качестве генератора теплоты (отопителя) большое количество тепловой энергии выбрасывается в атмосферу с продуктами сгорания. Использование такой установки малоэкономично.

Известен также мобильный автономный теплоэлектрогенератор (свидетельство на изобретение №2762930 МПК F24H 1/00, H01L 35/00, H01L 35/28, F24H 5/06, опубл. 23.12.2021 г. Бюл. №36). Мобильный автономный теплоэлектрогенератор, содержащий вертикальный короб, перекрытый с торцов крышкой, снабженной газовым патрубком, соединенным с дымовой трубой и днищем, с образованием между ними внутренней полости, в которой расположена топка, причем днище снабжено снизу опорами высотой Δ_l, сам короб по всей высоте с боковых сторон окружен вертикальным ограждением, образующим наружную полость, в нижней части короба и ограждения пропущен горизонтальный короб, образующий загрузочное отверстие, соединенное внутри с внутренней полостью и закрытое снаружи загрузочным люком, который снабжен монтажными отверстиями для горелки и средств автоматики, в наружной полости размещены N плоских термоэлектрических преобразователей, закрытых радиатором, соединенных с коллекторами одноименных зарядов, образуя теплоэлектрические секции, соединенные между собой перемычками, образуя теплоэлектрический блок, который, в свою очередь, соединен с преобразователем, аккумулятором и потребителем, отличающийся тем, что дымовая труба съемная, в топке помещена колосниковая решетка, в нижнюю часть короба и ограждения пропущен горизонтальный короб, образующий зольниковое отверстие, соединенное внутри с внутренней полостью и закрытое снаружи люком, к внутренней стороне вертикального ограждения прикреплены зажимами теплоэлектрические секции, каждая из которых представляет собой радиатор, изготовленный из N тавровых балок, выполненных из материала с высокой теплопроводностью, кромки основания которых снабжены зажимами, в которые вставлены N плоских термоэлектрических преобразователей, и прорезями для токовыводов, сами зажимы прижаты к наружной поверхности короба с образованием зазора шириной Δ₂ между поверхностью короба и плоского термоэлектрического преобразователя.

Основным недостатком известного устройства являются громоздкость его конструкции, применение твердого топлива в устройстве снижает его мобильность. Устройство не имеет стабильную работу из-за неравномерного прогорания твердого топлива. Также существенным недостатком является относительно невысокая мощность теплоэлектрогенратора, так как охлаждение радиаторов термоэлектрических элементов осуществляется за счет омывания их потоком воздуха, движущегося в полости за счет естественной тяги, что обуславливает низкую скорость охлаждения радиаторов термоэлектрических элементов. При этом прослеживается снижение КПД теплоэлектрогенератора по мере нагревания установки, в связи с тем, что нижние секции радиаторов, установленных на термоэлектрических преобразователях, охлаждаются первичным холодным воздухов, а последующие радиаторы охлаждаются подогретым воздухом от предыдущих, что уменьшает разницу температуры между нагреванием и охлаждением сторон термоэлектрических преобразователей, а соответственно существенно снижает КПД установки.

Более близким к предлагаемому изобретению являются «Автономная отопительно-вентиляционная установка» свидетельство на полезную модель №182334 МПК В60Н 1/22, опубл. 15.08.2015 г. Автономная отопительно-вентиляционная установка, содержащая корпус, в котором размещены электродвигатель, топливный насос с распылителем топлива, нагнетатель воздуха и теплообменник, содержащий камеры сгорания и догорания и тепловую трубу, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена теплоэлектрогенератором, соединенным с тепловой трубой.

Основным недостатком известного устройства является несовершенный теплоэлектрогенератор, который сконструирован таким образом, что радиаторы охлаждающие термоэлектрические преобразователи охлаждаются естественным способом, соответственно при таких условиях создаваться минимальная разница температуры на термоэлектрических преобразователях, в следствии чего теплоэлектрогенератор не будет выдавать достаточной мощности электроэнергии для питания энергоемких элементов и узлов устройства. Для того чтобы обеспечить достаточную мощность вырабатываемой электроэнергии, в представленной схеме, теплоэлектрогенератор должен быть значительно больших размеров, что соответственно ведет к увеличению размеров и массы, а в целом к снижению мобильности предлагаемой установки. При этом замечается недостаточное количество подводимой тепловой энергии, чтобы обеспечить достаточную работу теплоэлектрогенератора, так как значительная часть тепла будет рассеивается. Применение большого количества электромеханических узлов в устройстве снижает надежность работы установки.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности работы теплоэлектрогенератора автономной отопительно-вентиляционной установки с максимально полезным использованием тепловой энергии, при этом при этом устройство имеет простую и надежную конструкцию.

Технический результат достигается тем, что мобильная автономная отопительно-вентиляционная установка содержит корпус, который является корпусом воздушного теплообменника. В корпус установки встроен вентилятор и теплоэлектрогенератор.

Теплоэлектрогенератор состоит из фронтального, бокового и нижнего расположения термоэлектрических преобразователей с радиаторами нагрева, расположенными внутри теплообменника и радиаторами охлаждения под непосредственным потоком воздуха, создаваемого вентилятором. Корпус снабжен патрубком для отвода продуктов горения через съемную трубу, окошком контроля горения. Установка имеет съемную горелку с рассеивателем пламени, с газогенератором, соплом и краником регулировки подачи топлива. Горелка смонтирована на топливном бачке, который имеет встроенный насос и предохранительный клапан избыточного давления.

Эффективность теплового обогрева достигается благодаря тому, что встроенный вентилятор в термоэлектрогенераторе осуществляет принудительный тепловой съем горячего воздуха с теплообменника, обеспечивает конвекцию теплого воздуха внутри используемого помещения. Вентилятор в свою очередь осуществляет питание от встроенного термоэлектрогенератора, построенного на полупроводниковых термоэлектрических элементах, которые преобразуют тепловую энергию в электроэнергию, выработка электроэнергии, которых основана на термоэлектрическом эффекте Зеебека. Вырабатываемой электроэнергии оказывается достаточно, чтобы обеспечить непрерывную работу вентилятора для снятия тепла воздушным потоком с теплообменника и обеспечить непрерывное принудительное охлаждение радиаторов, которые выполнены из материалов с высокой теплопроводностью, термоэлектрических элементов, расположенных в холодной области термоэлектрогенератора. Термоэлектрогенератор сконструирован таким образом, что в нем используется сразу три способа расположения термоэлектрических элементов: фронтальный - с непосредственным расположением нагреваемой стороны радиатора термоэлектроэлемента в горячей зоне и фронтальным расположением охлаждаемой стороны радиатора термоэлемента под непосредственным потоком охлаждаемого воздуха; нижний - с расположением нагреваемой стороны радиатора термоэлектроэлемента в специальной отводящей горячей камере и боковым расположением радиатора охлаждения под потоком охлаждаемого воздуха; боковой - с расположением нагреваемой стороны термоэлектроэлемента на корпусе и боковым расположением радиатора охлаждения под потоком охлаждаемого воздуха. Внутренние нагреваемые поверхности в холодной зоне теплоэлектрогенератора, кроме радиаторов охлаждения, обложены высокотемпературным термоизолирующим материалом. В результате такого расположения термоэлектрических элементов это позволяет принудительным потоком воздуха, создаваемого вентилятором, достаточно эффективно, одновременно по всей площади термоэлектрогенератора охлаждать радиаторы первичным холодным потоком воздуха, тем самым получать наибольшую разность температур между зонами нагрева и охлаждения, сразу на всех термоэлектроэлементах и соответственно получать достаточно высокую мощность электроэнергии от термоэлектрогенератора, чтобы обеспечить электропитание вентилятора охлаждения, подзарядку внешнего аккумулятора, а весь подогретый воздушный поток от радиаторов охлаждения направить в теплообменник, для дальнейшего съема тепла и передачи наибольшего тепла в воздух отапливаемого помещения.

Сущность предложенной отопительно-вентиляционной установки поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен разрез мобильной автономной отопительно-вентиляционная установки, на фиг. 2 - узел термоэлектрогенератора и его разрез.

Предлагаемое устройство содержит: корпус теплообменника 1 с трубками 2, патрубком отвода продуктов горения 3, с окошком контроля пламени горелки 4. Внутри корпуса теплообменника встроен термоэлектрогенератор, который состоит из радиаторов нагревания (горячей зоны) 5, радиаторов охлаждения (холодной зоны) 6, термоэлектрических элементов 7, электровентилятор 8, термоизолирующий материал 9. Корпус топливного бачка 10, в который встроен насос 11 и предохранительный клапан избыточного давления 12. Газогенераторную трубку 13, краник регулировки подачи топлива 14, сопло 15, горелку 16.

Работает мобильная автономная отопительно-вентиляционная установка следующим образом. В топливном бачке 10, имеющего предохранительный клапан избыточного давления 12, создается избыточное давление встроенным насосом 11. Вытесняемое жидкое топливо в газогенераторной трубке 13 под действием пламени горелки преобразуется в газообразное, и через сопло 15 с высокой скоростью впрыскивается в нижнюю камеру горелки 16, инжектирует необходимое количество воздуха и смешивается, горелка представляет из себя газовую конфорку с рассеивателем пламени, где подготовленная топливная смесь, выходя через отверстия разбивается и сгорает, регулировка количества подаваемого топлива в горелку осуществляется с помощью краника 14, наступает режим устойчивого горения, контроль за пламенем горелки осуществляется через стеклянное окошко 4. Пламя из горелки и горячие газы с продуктами горения нагревают корпус теплообменника 1, трубки теплообменника 2, пластинчатые радиаторы горячей зоны термоэлектрогенератора 5, в дальнейшем горячие газы с продуктами горения за счет естественной тяги выходят через патрубок 3 далее по трубе в атмосферу, при этом отдав значительную часть тепла. Между радиаторами нагревания (горячей зоны) термоэлектрогенератора 5 и радиаторами охлаждения (холодной зоны) термоэлектрогенератора 6 расположены термогенерирующие элементы (элементы Пельтье) 7. Все нагреваемые поверхности в холодной зоне термоэлектрогенератора покрыты термостойким теплоизолирующим материалом 9. При этом выполняется условие нагревание одной стороны термогенерирующего элемента и охлаждение другой, при котором вырабатывается электроэнергия, которая питает вентилятор 8, вентилятор в свою очередь эффективно охлаждает пластинчатые радиаторы холодной зоны термоэлектрогенератора нагнетаемым потоком воздуха, который в свою очередь в дальнейшем проходит по трубкам теплообменника, снимает тепло и разогретый воздух, выходит в обогреваемое помещение. В комплексе установка самостоятельно поддерживает свою стабильную работу и при этом осуществляется нагревание воздуха с его конвекцией в используемом помещении.

Изобретение относится к теплоэнергетике для обеспечения тепловой и электрической энергией небольших помещений, мест временного проживания, путем одновременного получения тепловой и электрической энергии в одном устройстве, при этом устройство имеет простую и надежную конструкцию. Мобильная автономная отопительно-вентиляционная установка содержит корпус, который является корпусом воздушного теплообменника. В корпус установки встроен вентилятор и теплоэлектрогенератор. Теплоэлектрогенератор состоит из фронтального, бокового и нижнего расположения термоэлектрических преобразователей с радиаторами нагрева, расположенными внутри теплообменника и радиаторами охлаждения под непосредственным потоком воздуха, создаваемого вентилятором. Корпус снабжен патрубком для отвода продуктов горения через съемную трубу, окошком контроля горения. Установка имеет съемную горелку с рассеивателем пламени, с газогенератором, соплом и краником регулировки подачи топлива. Горелка смонтирована на топливном бачке, который имеет встроенный насос и клапан избыточного давления. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности работы мобильной автономной отопительно-вентиляционной установки с максимально полезным использованием тепловой энергии. 2 ил.

Мобильная автономная отопительно-вентиляционная установка, содержащая корпус с газовым патрубком, соединенным со съемной трубой, в который размещены воздушный теплообменник со встроенным вентилятором, отличается тем, что установка имеет встроенные в корпус окошко контроля горения и термоэлектрогенератор, состоящий из фронтального, бокового и нижнего расположения термоэлектрических преобразователей с радиаторами охлаждения под непосредственным потоком воздуха, создаваемого вентилятором, и съемную горелку с рассеивателем, с газогенератором, соплом и краником регулировки подачи топлива, смонтированную на топливном бачке, который имеет встроенный насос и клапан избыточного давления.