Устройство автономного энергообеспечения

Полезная модель относится к средствам обеспечения автономного энергоснабжения и может найти применение для получения электрической энергии в альтернативной энергетике посредством преобразования тепловой энергии в электрическую.
Из уровня техники известно устройство - отопительно-варочная печь, которая содержит 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, воздуховод, соединяющий электровентиляторы с поддувалом и термоэлектрический генератор с пороговым устройством, электрически связанным с выходом преобразователя напряжения и электровентиляторами (RU 138737 U1, опубл. 06.09.2013).
Недостатком такой печи является низкий коэффициент полезного действия (КПД) вследствие наличия следующих причин:
1. Поверхность охлаждения обдувается воздушным потоком, менее теплоемким, чем жидкость, вследствие чего эффективность охлаждения снижается.
2. Часть вырабатываемой энергии забирают на себя электровентилляторы.
Известно также, принятое в качестве прототипа, электрогенерирующее отопительно-варочное устройство (Пат. РФ №98231, опубл. 10.10.2010). Оно содержит бытовую печь с дымовой трубой, емкость для воды, термоэлектрогенератор и снабжено выполненным в форме усеченного конуса с усеченной вершиной и основанием и установленным в разрез дымовой трубы между печью и емкостью для воды, через которую проходит дымовая труба, вниз усеченной вершиной на печь рекуператором с установленным внутри него дефлектором, при этом рекуператор и емкость для воды расположены симметрично оси дымовой трубы и вертикально друг над другом с образованием между собой зазора, в который плотно установлен термоэлектрогенератор.
Недостатками данного устройства являются использование лишь одного источника тепла - дровяной печи, а также низкий КПД в связи с наличием следующих причин:
1. Температура нагрева термоэлектрического элемента не стабилизируема.
2. Поверхность нагрева обдувается воздушными топочными газами, менее теплоемкими, чем, например, водяной пар, вследствие чего эффективность нагрева снижается.
Технической задачей полезной модели является повышение КПД устройства автономного энергообеспечения.
Техническая задача решается за счет того, что в устройстве автономного энергообеспечения, содержащем источник тепла, нагреватель, термоэлектрический генератор и жидкостный охладитель, в отличие от прототипа, нагреватель выполнен в виде замкнутого контура, содержащего бак для воды и конденсатор пара, соединенных между собой верхним и нижним трубопроводами, причем в верхнем трубопроводе установлен на выходе из бака паровой клапан, конденсатор пара контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрогенератора, а к выходной разности потенциалов термоэлектрогенератора электрически подключен контроллер заряда, буферный аккумулятор и USB-разъем.
Повышение КПД достигается за счет того, что основным теплоносителем является пар, в отличие от воздушных топочных газов(прототип) или воды, более эффективный носитель тепловой энергии.
,
На фигуре представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит нагреватель в виде замкнутого контура, включающего в себя бак для воды 1 паровой клапан 3, рассчитанный на заданное давление пара для поддержания устройства в рабочем состоянии, и конденсатор пара 4 с верхним 10 и нижним11 трубопроводами. Источником тепла 2 может быть любой нагревательный прибор, например газовая горелка или топливная печь. В верхней части бака 1установлен паровой клапан 3. Выход клапана имеет соединение через трубопровод 10 с конденсатором пара 4. Конденсатор пара 4 в нижней части имеет соединение нижним трубопроводом 11 с баком для воды 1. Одна стенка конденсатора пара 4 контактируетс нагреваемой поверхностью термоэлектрического генератора 5, а охлаждаемая поверхность термоэлектрического генератора контактирует с жидкостным охладителем 9. К выходной разности потенциалов термоэлектрического генератора 5 подключены контроллер заряда 6, буферный аккумулятор 7 и USB-разъем 8.
Устройство работает следующим образом. Источник тепла 2 обеспечивает нагрев рабочей жидкости до закипания. При заданном давлении пар проходит через паровой клапан 3 и поступает в верхнийтрубопровод 10. Проходя далее по трубопроводу 10, пар поступает в конденсатор 4 и, конденсируясь, отдает свою тепловую энергию нагреваемой поверхности термоэлектрического генератора 5. Далее сконденсированная жидкость попадает обратно в бак для воды 1 через нижний трубопровод 11. С противоположенной стороны термоэлектрического генератора жидкостный охладитель 9 не позволяет нагреться охлаждаемой стороне термоэлектрогенератора (термоэлемента).
Согласно эффекту Зеебека термоэлементы, находясь в разнотемпературной среде, преобразуют часть тепловой энергии в электрическую. Появляется постоянное напряжение на выходе термоэлектрического генератора 5, которое подается на контроллер заряда 6, осуществляющий подзарядку буферного аккумулятора 7, и подает напряжение на USB-разъем 8.
Таким образом, появляется возможность использования полезной модели в любое необходимое время за счет заряженного в ходе работы устройства аккумулятора 7. А наличие USB разъема дает возможность подзарядки различных электронных устройств.
Выполнение нагревателя в виде замкнутого контура, содержащего бак для воды и конденсатор пара, соединенные между собой верхним и нижним трубопроводами, причем в верхнем трубопроводе установлен на выходе из бака паровой клапан, а конденсатор пара контактирует с нагреваемой поверхностью термоэлектрогенератора, позволяет поддерживать стабильно высокий уровень и наибольшую эффективность нагрева термоэлектрического генератора, что способствует увеличению КПД предлагаемого устройства.