ОТОПИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ С ЭЛЕМЕНТАМИ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА

Предложение относится к отопительным системам - печам и каминам, и обеспечивает получение дополнительных потребительских свойств этих систем.
Известны отопительные системы на твердом топливе, предназначенные для отопления помещений в городских домах и в домах сельской местности. Ряд таких известных отопительных систем - аналогов описан в книге "Шевелев А.М. Кладка печей своими руками. Москва, Россельхозиздат, 1983"
Кроме того, к таким системам относится известный Отопительный Камин Экономичный Деликатный Многофункциональный (ОК - ЭДМ), описанный в патенте Российской Федерации на изобретение №2261400 с приоритетом от 25.02.2004, автор - Эмдин Дмитрий Михайлович (ЭДМ). Эта отопительная система выбрана в качестве прототипа.
Для реализации настоящего предложения возникает необходимость в использовании известных генераторов электричества, в частности, термоэлектрических генераторов. Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются устройствами непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую. Принцип действия термоэлектрического генератора основан на применении эффекта Зеебека, открытого в 1821 г. Из-за низкого КПД (примерно 3-5%) эти генераторы не находили промышленного применения несмотря на то, что они обладают принципиальными преимуществами перед другими источниками электропитания:
- имеют длительный срок службы, практически неограниченный срок хранения при полной готовности к работе в любое время, не
требуют специального обслуживания;
- термобатареи устойчивы в работе, дают стабильное напряжение, не боятся короткого замыкания и режима холостого хода.
- ввиду отсутствия движущихся частей термоэлектрические генераторы полностью бесшумны в работе, что дает им преимущество перед машинными источниками постоянного напряжения.
Благодаря этим свойствам термоэлектрические генераторы находят применение в областях, где требуются сверхнадежные источники электроэнергии, обладающие длительным сроком эксплуатации и не требующие обслуживания: автоматические метеостанции, морские маяки, автономные космические аппараты.
В настоящее время, благодаря комплексному подходу к использованию тепловой энергии, вновь возник интерес к термоэлектрическим генераторам. Компания Термокластер разрабатывает и реализует термоэлектрические генераторы (ТЭГ) различных конструкций. Для дачников, рыбаков, охотников, геологов, туристов, альпинистов, предлагаются ТЭГ мощностью от 4,5 до 12 Вт, выполненные в виде настольной лампы или походных котелков, являющихся источниками постоянного тока. Их можно использовать для освещения, подзарядки аккумуляторов, питания радиоприемников, телевизоров, радиостанций, магнитофонов, компьютеров. Источниками тепла для них являются газовая горелка или плита, примус, печка, костер и т.д.
Для коттеджей и загородных домов на базе ТЭГ разработан источник бесперебойного электропитания мощностью до 200 Вт. Изделие позволяет обеспечить бесперебойное электропитание, что делает ее полностью независимой от внешней электросети.
Адрес Компании Термокластер: 107014, Москва, ул. Жебрунова д.6, офис 351. E-mail: thermocluster@land.ru или
Тел/Факс: (495)-269-0103
Приобрести указанную продукцию можно: в Москве - Шоссе Энтузиастов, 56, магазин "Электростанции", тел: (495)786-3705; в Сургуте - ул. Чехова, 10/3, Торговый центр "Колизей", тел: (3462) 28-0273: 8-(9-222)54-43-10; в Норильске - ул. Комсомольская. 49 Б, магазин "Охотничьи и рыболовные товары", тел: (3919)42-85.
Указанная ссылка приведена в связи с тем, что термоэлектрические генераторы могут использоваться в отопительных системах для выработки резервного электричества. Ограничивает внедрение этих генераторов то, что они не могут быть подключены к отопительным системам, выполненным из кирпича. Предлагаемое техническое решение не только улучшит потребительские свойства известных отопительных систем, но и существенно расширит рынок сбыта термоэлектрических генераторов, способствуя их широкому распространению.
Массив-корпус рассматриваемой отопительной системы выполнен из кирпича. Камин-прототип содержит массив-корпус, выполненный из кирпича или иного накопителя тепла, топку с дверцей, пустотелый дымоходный канал (далее по тексту - дымоходный канал), трубу. Выход топки соединен с нижней частью дымоходного канала, верхняя часть которого соединена с трубой.
Топка камина - прототипа выполнена в виде каминной кассеты, описание которой приведено патенте Российской Федерации на изобретение №2261400. В камине - прототипе каминная кассета расположена внутри кирпичного массива-корпуса. В отапливаемое помещение выведена лишь одна лицевая стенка каминной кассеты со стеклянной дверцей.
Недостатком отопительной системы, в качестве которой выбран камин-прототип с массивом-корпусом из кирпича, является отсутствие в его конструкции технической возможности подсоединения термоэлектрических генераторов для получения резервного электричества.
Цель заявляемой отопительной системы состоит в устранении вышеуказанного недостатка известного устройства, выбранного в качестве прототипа.
Заявляемая отопительная система, как и известная, выбранная в качестве прототипа, является камином (или печью), который содержит выполненный из кирпича или иного накопителя тепла массив-корпус, топку с дверцей, пустотелый дымоходный канал (далее по тексту - дымоходный канал), трубу. Выход топки соединен с нижней частью дымоходного канала, верхняя часть которого соединена с трубой.
Предлагаемая отопительная система позволяет достигнуть следующего положительного эффекта: создает условия для подсоединения к ней термоэлектрических генераторов.
Указанную цель по устранению названного недостатка отопительной системы - прототипа и получению вышеуказанного положительного эффекта удалось достигнуть благодаря тому, что в соответствии с п.1 формулы выполнено следующее:
- в отопительную систему введен металлический нагревательный элемент, установленный в массиве-корпусе так, что одна его часть расположена внутри пустотелого дымоходного канала, другая его часть расположена с внешней стороны массива-корпуса, т.е. со стороны отапливаемого помещения, а часть, находящаяся между ними, расположена в кирпиче массива-корпуса, при этом часть металлического нагревательного элемента, расположенная с внешней
стороны массива-корпуса, может быть конструктивно сопряжена с "горячим" электродом термоэлектрического генератора.
Примечание: вопрос о конструктивном сопряжении отопительной системы и "холодного" электрода термоэлектрического генератора не стоит, т.к. технических сложностей в таком сопряжении нет. Сопряжение "холодного" электрода" термоэлектрического генератора выполняется с алюминиевым или медным радиатором, расположенным или на внешней стороне массива-корпуса отопительной системы, или вне ее, а также может быть выполнено с емкостью с охлаждающей жидкостью или иным образом.
В соответствии с п.2 формулы выполнено следующее:
- в качестве вещества металлического нагревательного элемента выбрано вещество с высокой теплопроводностью, например медь или алюминий, а габаритные размеры металлического нагревательного элемента выбраны исходя из требуемой мощности термоэлектрического генератора.
Предлагаемая отопительная система имеет следующую совокупность основных элементов и связей между ними, которые можно охарактеризовать так:
В соответствии с п.1 формулы отопительная система на твердом топливе содержит выполненный из кирпича или иного накопителя тепла массив-корпус, топку с дверцей, пустотелый дымоходный канал и трубу. При этом выход топки соединен с нижней частью пустотелого дымоходного канала, верхняя часть которого соединена с трубой. В отопительную систему введен металлический нагревательный элемент, установленный в массиве-корпусе так, что одна его часть расположена внутри пустотелого дымоходного канала, другая его часть расположена с внешней стороны массива-корпуса, т.е. со стороны отапливаемого помещения, а часть,
находящаяся между ними, расположена в кирпиче массива-корпуса, при этом часть металлического нагревательного элемента, расположенная с внешней стороны массива-корпуса, является элементом сопряжения с термоэлектрическим генератором (с его "горячим" электродом - см. ниже).
В соответствии с п.2 формулы в качестве вещества металлического нагревательного элемента выбрано вещество с высокой теплопроводностью, например медь или алюминий, а габаритные размеры металлического нагревательного элемента выбраны исходя из требуемой мощности термоэлектрического генератора.
Примечание: очевидно, что чем больше площадь съема тепла, вырабатываемого отопительной системой, и чем выше его температура, тем большую мощность электроэнергии можно получить с помощью термоэлектрического генератора.
Достижение положительного эффекта основано на использовании разности температур "горячего" и "холодного" электродов термоэлектрического генератора, когда тепло для "горячего" электрода снимается с нагревательного элемента отопительной системы.
На Фиг.1 показана заявляемая отопительная система.
На Фиг.2 показан один из возможных вариантов реализации металлического нагревательного элемента.
На Фиг.3 показано подсоединение термоэлектрического генератора к заявляемой отопительной системе.
На Фиг.1 показана заявляемая отопительная система, содержащая выполненный из кирпича массив-корпус 1, топку 2 с дверцей 3, пустотелый дымоходный канал (далее по тексту - дымоходный канал) 4 с нижней своей частью 5 и с верхней своей частью 6. Верхняя часть 6 дымоходного канала 4 соединена с трубой 11. В отопительную систему введен металлический
нагревательный элемент 7, искусственно разбитый на три составные части. Одна часть 8 элемента 7 расположена внутри пустотелого дымоходного канала. Другая часть 9 элемента 7 расположена с внешней стороны массива-корпуса 1, т.е. со стороны отапливаемого помещения. Часть 10 элемента 7, находящаяся между частями 8 и 9. расположена в кирпиче массива-корпуса 1 (проходит через кирпичную кладку). Для конкретности будем считать, что в качестве вещества нагревательного элемента 7 выбрана медь, т.к. она обладает большей теплопроводностью, чем алюминий. Нагревательный элемент 7 выполнен в виде металлического уголка, плоскость расположения одной стороны которого (на Фиг.1 - часть 8) совпадает с плоскостью одной из сторон пустотелого дымоходного канала 4. Плоскость расположения другой стороны металлического уголка, состоящей из частей 10 и 9 - горизонтальная, параллельная полу отапливаемого помещения.
Элементы 12, 13 на Фиг.1 не показаны, их номера - зарезервированы.
На Фиг.2 показан один из возможных вариантов реализации нагревательного элемента 7. На Фиг.2 показаны три вида элемента 7: вид прямо (14), вид сверху (15) и вид сбоку (16). Часть 9 нагревательного элемента 7 соответствует на Фиг.2 закругленной части металлического угольника. Именно эта часть нагревательного элемента 7 и предназначена для сопряжения с "горячим" электродом термоэлектрического генератора.
Элементы 17 и 18 на Фиг.2 не показаны, их номера - зарезервированы.
На Фиг.3 показан термоэлектрический генератор, подключенный к заявляемой отопительной системе.
На Фиг.3 показан термоэлектрический генератор 19, подключенный своим "горячим" электродом 20 к нагревательному элементу 7, а своим "холодным" электродом 21 к медному радиатору 22 (этот радиатор, как и сам термоэлектрический генератор, в состав отопительной системы не входят).
Рассмотрим работу заявляемой отопительной системы.
Пользователь закладывает в топку 2 дрова и разжигает отопительную систему. Когда дрова разгорятся, в топке 2 будет создана температура 400-600
градусов по Цельсию. По пустотелому дымоходному каналу 4 пойдет горячий поток дыма, который начнет нагревать часть 8 металлического нагревательного элемента 7. В связи с тем, что в качестве металла нагревательного элемента 7 выбрана (в рассматриваемом примере) медь, имеющая высокую теплопроводность, через часть 10 в часть 9 будет передано тепло с небольшими потерями. Этого тепла достаточно для нагревания части 9 нагревательного элемента 7 до 300-350 градусов по Цельсию. При такой температуре нагревательного элемента отопительной системы к ней можно подсоединить термоэлектрический генератор 19 так как это показано на Фиг.3. При этом мощность термоэлектрического генератора 19 может составлять 10-15 Вт, чего вполне достаточно для питания радиоприемника, телевизора и осветительных приборов на сверхярких светодиодах.
Необходимо отметить, что в рамках настоящей заявки, в соответствии с вторым независимым п.3 формулы, приведено альтернативное техническое решение, позволяющее обеспечить возможность использования существенно более мощных термоэлектрических генераторов. Рассмотрим это более подробно.
Прототип, его недостатки и цель заявляемой отопительной системы были рассмотрены выше и остаются неизменными.
Заявляемая в соответствии с п.3 формулы отопительная система, как и известная, выбранная в качестве прототипа, является камином (или печью), который содержит выполненный из кирпича или иного накопителя тепла массив-корпус, топку в виде каминной кассеты с дверцей, пустотелый дымоходный канал (далее по тексту - дымоходный канал), трубу. Выход топки соединен с нижней частью дымоходного канала, верхняя часть которого соединена с трубой.
В настоящее время выпускаются высококачественные чугунные каминные кассеты повышенной мощности (10-12 КВт.), которые наиболее
подходят для использования в заявляемой по п.3 формулы отопительной системе благодаря высокой температуре нагрева их стенок и хорошей противопожарной безопасности.
Предлагаемая отопительная система позволяет достигнуть следующего положительного эффекта: создает условия для подсоединения к ней относительно мощных (до 200 Вт) термоэлектрических генераторов.
Указанную цель по устранению вышеуказанного недостатка отопительной системы - прототипа и получению упомянутого положительного эффекта удалось достигнуть благодаря тому, что в соответствии с п.3 формулы выполнено следующее:
- одна из сторон каминной кассеты выделена в качестве элемента сопряжения с термоэлектрическим генератором, каминная кассета установлена в массиве-корпусе так, что к упомянутой стороне каминной кассеты частично или полностью открыт доступ со стороны отапливаемого помещения (для сопряжения с термоэлектрическим генератором)
Предлагаемая отопительная система в соответствии с п.3 формулы имеет следующую совокупность основных элементов и связей между ними, которые можно охарактеризовать так:
Отопительная система многофункциональная, содержащая выполненный из кирпича массив-корпус, топку с дверцей, выполненную в виде каминной кассеты, а также пустотелый дымоходный канал и трубу, при этом выход каминной кассеты соединен с нижней частью пустотелого дымоходного канала, верхняя часть которого соединена с трубой. Одна из сторон (выделенная) каминной кассеты является элементом сопряжения с термоэлектрическим генератором, а сама каминная кассета установлена в массиве-корпусе так, что к выделенной стороне каминной кассеты частично или полностью открыт доступ со стороны отапливаемого помещения.
Необходимо еще раз повторить, что чем больше площадь съема тепла, вырабатываемого отопительной системой, и чем выше его температура, тем большую мощность электроэнергии можно получить с помощью термоэлектрического генератора.
Достижение положительного эффекта основано на использовании разности температур "горячего" и "холодного" электродов термоэлектрического генератора, когда тепло для "горячего" электрода снимается непосредственно со стенки каминной кассеты отопительной системы. Сопряжение "холодного" электрода термоэлектрического генератора может быть выполнено с алюминиевым или медным радиатором, расположенным или на внешней стороне массива-корпуса отопительной системы, или вне ее, а также может быть выполнено с емкостью с охлаждающей жидкостью или иным образом.
На Фиг.4 показано, каким образом каминная кассета установлена в массив-корпус отопительной системы.
На Фиг.5 показано сопряжение термоэлектрического генератора с каминной кассетой.
На Фиг.4 показано два вида отопительной системы: вид 23 сбоку и вид 24 сверху. На виде 23 сбоку показан массив-корпус 1 отопительной системы (в полном соответствии с Фиг.1) и топка 2, выполненная в виде каминной кассеты. На виде 24 сверху показан разрез отопительной системы по линии АВ.
На Фиг.5 показано сопряжение термоэлектрического генератора с каминной кассетой. Термоэлектрический генератор 19 своим "горячим" электродом 20 соединен с каминной кассетой 2, точнее, с той стороной этой кассеты, к которой открыт доступ из отапливаемого помещения. На Фиг.4 изображено соединение с задней частью каминной кассеты. Термоэлектрический генератор 19 своим "холодным" электродом 21 соединен с медным радиатором 22 (этот радиатор, как и сам
термоэлектрический генератор, в состав отопительной системы не входят).
Рассмотрим работу заявляемой отопительной системы.
Пользователь закладывает в каминную кассету 2 дрова и разжигает отопительную систему. Когда дрова разгорятся, в каминной кассете 2 будет создана температура 400-600 градусов по Цельсию. Соответственно до этой температуры будут нагреты стенки каминной кассеты. К стенке каминной кассеты, доступ к которой открыт со стороны отапливаемого помещения, подсоединен термоэлектрический генератор 19 так, как это показано на Фиг.5. При этом мощность термоэлектрического генератора 19 может достигать 200 Вт., чего вполне достаточно для резервного электропитания загородного дома.