ОТОПИТЕЛЬНО-ВАРОЧНАЯ ПЕЧЬ

Отопительно-варочная печь относится к бытовым теплоэлектрогенераторам. Отопительно-варочная печь может быть использована для обогрева внутреннего пространства небольших помещений, для приготовления и подогрева пищи, а также для одновременного получения электрической энергии посредством преобразования части произведенной тепловой энергии в электрическую.
Известна отопительно-варочная печь, содержащая топливник с расположенными в его верхней части варочным настилом и дымоходом, а под ним -поддувалом с размещенным внутри него выдвижным зольным ящиком с находящимся под ним клапаном тонкой регулировки, за боковыми стенками - термоэлектрическим генератором, включающим термоэлементы, преобразователь напряжения и электровентиляторы (см. Руководство по эксплуатации электрогенерирующей дровяной отопительно-варочной печи «Индигирка», серийно выпускаемой ЗАО «Термофор», г. Новосибирск).
Недостатком такой печи является низкий КПД и неудобство эксплуатации вследствие наличия следующих причин:
1. Горение топлива в топливнике осуществляется при участии кислорода, содержащегося в воздухе, который поступает в топливник из поддувала естественным путем, за счет тяги. В процессе эксплуатации печи часто создается ситуация, при которой воздуха недостаточно (из-за свойств топлива, состояния атмосферного давления и т.д.). Это сопровождается слабым горением, повышенной задымленностью помещения и требует осуществления искусственного раздува. Перечисленные факторы определяют перерасход топлива, некомфортные условия и дополнительные трудозатраты.
2. Часть тепловой энергии, образуемой при горении топлива, затрачивается на разогрев воздуха, поступающего в топливник из поддувала. При этом, чем ниже температура воздуха окружающей среды, тем большая часть теплоты будет затрачена. Следствием указанного обстоятельства является сложность растопки печи зимой.
3. Эксплуатация известной печи возможна только при наличии достаточно высокого дымохода, поскольку величина естественной тяги зависит от его высоты. В то же время сооружение высокого дымохода не всегда возможно по эстетическим или экономическим соображениям.
4. Имеющийся в составе печи термоэлектрический генератор с подключенными к его выходу преобразователем напряжения и электровентиляторами представляют собой нагрузку по отношению к тепловой системе. Часть тепловой энергии, образуемой при горении топлива, преобразуется в электрическую энергию; при этом полезно может быть использована только малая ее доля, поскольку другая ее доля расходуется на питание двигателей электровентиляторов. В процессе растопки известной печи или при слабом горении топлива электрическая энергия образуется в недостаточном количестве. Это проявляется в низком напряжении на выходе термоэлектрического генератора и, соответственно, на выходе преобразователя напряжения. Образовавшегося напряжения оказывается недостаточно для создания тока, магнитного потока и, наконец, вращающего момента в двигателях электровентиляторов, который превышал бы момент сопротивления. Электровентиляторы остаются неподвижными, а противоЭДС в обмотках двигателей не образуется. Поскольку активные сопротивления обмоток двигателей малы, образовавшееся напряжение по существу закорачивается. Происходят бесполезные затраты энергии. К тому же отбор электроэнергии от термоэлектрического генератора увеличивает нагрузку на тепловую систему печи. В результате продолжительность периода растопки печи увеличивается, а срок службы термоэлементов уменьшается.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение потребления топлива за счет интенсивной подачи в зону горения атмосферного воздуха, а также за счет предварительного подогрева этого воздуха. Кроме того, при использовании заявляемой полезной модели отпадает необходимость в установке высокого дымохода. При растопке отопительно-варочной печи или при слабом горении топлива образовавшееся небольшое электрическое напряжение на двигатели электровентиляторов не подается, не создавая условий для бесполезных энергозатрат. Термоэлементы термоэлектрического генератора не нагружаются, прогрев тепловой системы печи ускоряется, а срок службы термоэлементов продлевается.
Такой технический результат достигается тем, что отопительно-варочной печь, содержащая топливник с расположенными в его верхней части варочным настилом и дымоходом, а под ним - поддувалом с размещенным внутри него выдвижным зольным ящиком с находящимся под ним клапаном тонкой регулировки, за боковыми стенками - термоэлектрическим генератором, включающим термоэлементы, преобразователь напряжения и электровентиляторы, дополнительно снабжена воздуховодом, соединяющим электровентиляторы с поддувалом, а термоэлектрический генератор - пороговым устройством, электрически связанным с выходом преобразователя напряжения и электровентиляторамм.
На фиг. 1 представлен общий вид отопительно-варочной печи.
Отопительно-варочная печь содержит топливник 1, представляющий собой топливную камеру для горения топлива. Топливник 1 выполнен, например, из жаростойкой высоколегированной нержавеющей стали толщиной 2 мм и содержанием хрома не менее 11%. В верхней части топливника 1 расположен варочный настил 2, представляющий собой, например, металлическую поверхность с закрывающимися прорезями, и дымоход 3, выполненный в виде вертикально расположенной трубы, соединяющей топливник 1 с окружающей средой. Под топливником 1 расположено поддувало 4, отделенное от топливника 1, например, колосниковой решеткой. Внутри поддувала 4 расположен выдвижной зольный ящик 5, а под ним - клапан 6 тонкой регулировки. За боковыми стенками топливника 3 (снаружи боковых стенок) находится термоэлектрический генератор 7.
Термоэлектрический генератор 7 включает в себя термоэлементы 8, установленные непосредственно на боковой стенке топливника 1, преобразователь 9 напряжения (инвертор), пороговое устройство 10 и электровентиляторы 11. При этом выход термоэлементов 8электрически связан со входом преобразователя 9 напряжения, выход преобразователя 9 напряжения - со входом порогового устройства 10 (представляющего собой электронное устройство с релейной статической характеристикой), а выход порогового устройства 10 - с электровентиляторами 11. Электровентиляторы 11 посредством воздуховода 12 соединены с поддувалом 4.
Отопительно-варочная печь работает следующим образом. Твердое топливо, например, дрова, закладываются в топливник 1 и поджигаются. При этом за счет естественной тяги воздух через слегка приоткрытый выдвижной зольный ящик 5 и, частично, через клапан 6 тонкой регулировки поступает в топливник 1 и вместе с продуктами сгорания удаляется в атмосферу через дымоход 3. Происходит постепенный прогрев поверхности топливника 1 и варочного настила 2. По мере образования режима устойчивого горения тяга усиливается, и выдвижной зольный ящик 5 должен быть закрыт (вдвинут до упора в поддувало 4).
Поверхность термоэлементов 8, находящаяся в непосредственном контакте с боковой стенкой топливника 1, прогревается, а их внешняя поверхность остается холодной. В соответствии с явлением Зеебека термоэлементы 8, находясь в разнотемпературной среде, преобразуют часть тепловой энергии в электрическую, что проявляется в появлении постоянного напряжения на их выходе. Это напряжение подается на вход преобразователя 9 напряжения. В преобразователе 9 напряжения происходит преобразование постоянного напряжения в переменное, которое затем с его выхода подается на вход порогового устройства 10. В режиме растопки отопительно-варочной печи или при слабом горении топлива величина напряжения, образуемого на входе порогового устройства 10, оказывается недостаточной для появления напряжения на его выходе. Электровентилятора 11 остаются обесточенными и не составляют нагрузку по отношению к термоэлектричекому генератору 7. По мере увеличения температуры внутри топливника 1 поверхность термоэлементов, контактирующая с боковой поверхностью топливника 1, интенсивно прогревается, и величина электрической энергии на выходе термоэлементов 8 и на выходе преобразователя 9 (соответственно на входе порогового устройства 10) - увеличивается. Пороговое устройство 10 срабатывает, и на его выходе появляется напряжение, которое подается на электровентиляторы 11.
Электровентиляторы 11 выполняют три функции: во-первых, обдувая внешнюю поверхность термоэлементов 8 термоэлектрического генератора 7, они их охлаждают, обеспечивая разность температур между внутренней поверхностью термоэлементов (контактирующих с боковой стороной топливника 1) и их внешней поверхностью, во-вторых, прогретый воздух с внешней стороны термоэлементов 8 через воздуховод 12 подается в поддувало 4, откуда он поступает в топливник 1, экономя тепловую энергию на прогрев, а, в-третьих, электровентиляторы 11 создают искусственную тягу, обеспечивая стабильные благоприятные условия для горения топлива.
В дальнейшем ручная регулировка режимом горения осуществляется с помощью клапана 6 тонкой регулировки, который позволяет менять соотношение производительностей естественной и искусственной тяги.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет:
1. Улучшить условия горения топлива, что проявляется в экономии топлива, улучшении состава продуктов сгорания и исключении задымления отапливаемого помещения.
2. Повысить эффективность работы отопительно-варочной печи за счет подачи в зону горения подогретого воздуха.
3. Снизить высоту дымохода за счет использования искусственной тяги.
4. Стабилизировать работу термоэлектрического генератора за счет подключения электровентиляторов только при достаточном прогреве топливника, а также продлить срок службы термоэлементов.