СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ГРАДИЕНТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЗАМКНУТОМ ПРОСТРАНСТВЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВОДЯНАЯ ПЛИТА)
METHOD FOR CHANGING THERMAL ENERGY GRADIENT CONCENTRATION IN ENCLOSED SPACE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (WATER STOVE)

Изобретение относится к приготовлению пищевых продуктов с помощью варочных плит.
В качестве энергии для приготовления пищи с помощью традиционной газовой плиты используется углеводородное сырье (например. газ метан), которое не является экологически чистым, кроме того для его потребления требуется транспортировка и устройства преобразования давления, т.е. обладает значительной себестоимостью при использовании. Самое главное, что запасы его ограничены, поэтому предлагается альтернативный вариант, это использование водорода, получаемого способом разложения водопроводной воды непосредственно на месте приготовления пищи.
В основу изобретения положена задача перераспределения градиентной концентрации тепловой энергии в замкнутом пространстве, ограниченном, например, стенами квартиры, дома, салоном транспортного средства. Сущность способа заключается в том, что вода с помощью тепловой энергии дома и небольшого количества электроэнергии, требующейся для поддержания процесса разложения, разлагается в водородной ячейке на водород и кислород, при этом происходит пополнение незначительного количества энергии дома за счет электрической. Полученный в процессе разложения воды водород сжигается в водяной плите, при этом часть энергии расходуется, например, на варку пищевого продукта, другая часть отдается пространству с последующим использованием ее для разложения воды, замыкая круговой энергетический процесс в замкнутом пространстве. Из сказанного следует, что себестоимость варочного процесса определяется только ценой незначительного количества электроэнергии, необходимой для поддержания процесса разложения воды, не говоря о других преимуществах способа, например, идеальной экологичности, исключения использования углеводородного сырья и т.д. Таким образом, химическая энергия водорода преобразуется водородной горелкой в тепловую, часть которой используется, например, для хозяйственных, отопительных целей или последующего преобразования в механическую, другая часть, нагревая входную воду водородной ячейки, снижает удельные расходы электроэнергии, замыкая энергетический цикл замкнутого пространства.
Известные газовые варочные плиты, например согласно российским патентам №2434180, 2516424, 2453772, 2052175, 2188984, не предназначенные для сжигания водорода, а потому имеют низкий КПД, высокую себестоимость сжигаемого газа и самое главное загрязняют окружающую среду продуктами сгорания. В качестве прототипа принята водокислородная конфорка горения (см. патент Р.Ф. №2407953). На водокислородную конфорку подается водородно-кислородный газ, который является продуктом электролиза воды. Недостатками устройства являются низкий коэффициент перекрытия положительных и отрицательных электродов, что резко снижает КПД устройства. Водородно-кислородная смесь газов взрывоопасна, а потому не может применяться в бытовых устройствах. Кроме того в результате электролиза вода, например водопроводная, сильно нагревается, что увеличивает непроизводительные расходы электроэнергии.
Вышеперечисленные недостатки устраняются при использовании, например, российского патента №2456377, который является генератором водорода предлагаемого устройства.
На фиг 1а) показано устройство водяной плиты, состоящее из корпуса 1, духового шкафа 2, выполненного в герметичном исполнении и содержащего предохранительный клапан (на фиг 1 условно не показан), водородной ячейки 3, согласно российскому патенту №2456377, горелок 4, варочной поверхности 5, водяного бака 6. На фиг 1б) показаны сечения горелки и варочной поверхности, состоящие из согнутой, например, в архимедову спираль трубы 7 с закрепленными, с целью увеличения поверхностного теплового контакта, пластинами 8, плоскости которых перпендикулярны оси трубы, при этом полость трубы, водяного бака и водородной ячейки имеют общий объем. Таким образом, варочная поверхность при наименьшем объеме имеет наибольшую поверхностную площадь. Отверстия 12 служат для подачи из трубы 11 кислорода в камеру смешивания 13, представляющую собой инжекционное устройство. Горелка духового шкафа с целью избыточного поступления кислорода выполнена с большим количеством отверстий 12. Водород в камеру смешивания поступает по центральной трубе 18 через клапан 15. Смешанные газы из камеры смешивания поступают в камеру сгорания 14, где воспламеняются устройством воспламенения 9. Для регулировки поступления в горелки количества водорода служит сильфонный датчик давления 16, преобразующий давление в линейное перемещение (см. фиг 2). Преобразователь 17 является устройством, преобразующим перемещение в функцию напряжения питания разложения воды. При давлении в трубе газа выше заданного, фиксируемого датчиком, 16 преобразователь 17 уменьшает напряжение разложения воды, например, уменьшая угол открытия тиристора.
Устройство работает следующим образом. При заливе воды в водяной бак и подаче кислорода и водорода в горелку газы в камере смешивания перемешиваются и поступают в камеру сгорания, где смесь воспламеняется. Учитывая большую теплотворную способность водорода, варочная поверхность вместе с имеющийся там водой и варочным продуктом нагреваются. Тепловая энергия нагретой воды используется водородной ячейкой для ее разложения. Полученный водород, поступая в горелку, поддерживает процесс горения. Клапан 15 предотвращает поступления горючей смеси в трубу 18. При превышении давления водорода выше заданного преобразователь 17 уменьшает напряжение разложения воды, восстанавливая заданное значение давления. Для увеличения эффективности работы духового шкафа его объем при закрытой крышке представляет герметичное пространство, из которого избыточное количество тепловой энергии подается на вход водородной ячейки, при этом кислород, с помощью увеличения площади выходных отверстий горелки духового шкафа, в камеру смешивания горелки, с целью полного сгорания водорода, подается в избыточном количестве. Для предотвращения давления в шкафу выше нормы имеется предохранительный клапан (на фиг. условно не показан).
Предлагаемое изобретение в летнее время может более эффективно использоваться, кроме приготовления пищи, для задела водорода и кислорода на зиму. При этом в качестве энергии разложения воды может использоваться, например, энергия Солнца, термальных вод, хозяйственной деятельности человека, энергия электрического поля Земли, ветровая и т.д. При использовании водородного двигателя генератора необходимой мощности и водяных подвальных скважин создается возможность независимого энергетического обеспечения как отдельных домов, так и целых жилых кварталов.