Автономная отопительно-вентиляционная установка

Предложение относится к машиностроению, а именно к автономным генераторам теплоты, и может быть использовано для повышения их надежности и эффективности.
Известна автономная отопительно-вентиляционная установка (свидетельство на полезную модель №19503 «Автономная отопительно-вентиляционная установка», МПК В60Н 1/22, опубл. 10.09.2001), содержащая корпус, в котором размещены электродвигатель, топливный насос, распылитель топлива, нагнетатель воздуха и теплообменник, в котором имеются камеры сгорания и догорания, тепловую трубу.
Недостатками этой установки являются:
1. Сложность конструкции двигателя Стирлинга (обусловливающая его относительно невысокую надежность), который в рассматриваемом случае включает в себя:
а) Внутренний контур, заполненный рабочим телом, обеспечивающим преобразовании энергии теплового потока, поступающего от нагревателя, в работу расширения газа. В качестве рабочего тела в двигателях Стирлингах наиболее широко применяются гелий и водород - газы с незначительной вязкостью. Для достижения высоких КПД и удельных параметров двигателя Стирлинга необходимо в его замкнутом рабочем пространстве поддерживать высокое среднее давление (до 25 МПа и выше). В случае разгерметизации внутреннего контура могут возникать проблемы с пополнением его необходимым рабочим телом.
б) Приводной механизм, обеспечивающий строго определенное перемещение рабочих поршней и вытеснителей для реализации термодинамических принципов, лежащих в основе функционирования двигателей Стирлинга, а также служащий для передачи работы расширения газа внешним потребителям энергии. В качестве приводного механизма чаще всего используются: ромбический привод, косая шайба, кривошипно-балансирный и кривошипно-шатунный механизмы.
в) Систему отвода теплоты, обеспечивающую отвод теплоты от рабочего тела в двигателе Стирлинга в окружающую среду.
2. Необходимость периодического технического обслуживания двигателя Стирлинга.
Описанная выше отопительно-вентиляционная установка является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Техническая задача предлагаемого устройства направлена на создание автономной отопительно-вентиляционной установки, имеющей простую надежную конструкцию.
Решение поставленной задачи достигается тем, что автономная отопительно-вентиляционная установка содержит корпус, в котором размещены электродвигатель, топливный насос с распылителем топлива, нагнетатель воздуха и теплообменник, содержащий камеры сгорания и догорания и тепловую трубу. При этом установка дополнительно снабжена термоэлектрогенератором, соединенным с тепловой трубой.
В предлагаемой автономной отопительно-вентиляционной установке двигатель Стирлинга заменен на термоэлектрогенератор, работа которого основана на эффекте Зеебека.
Поскольку термоэлектрогенератор представляет собой более простое техническое устройство, чем двигатель Стирлинга, его использование существенно упрощает конструкцию автономного генератора теплоты. А непосредственное преобразование энергии теплового потока от рабочего тела тепловой трубы к термоэлектрической батарее (элементу Пельтье) в электрическую энергию (минуя промежуточное рабочее тело как в двигателе Стирлинга), позволит повысить эффективность процесса преобразования теплоты в электрическую энергию.
Сущность предложенной установки поясняется графическим материалом, где изображено принципиальное устройство предлагаемой автономной отопительно-вентиляционной установки.
Автономная отопительно-вентиляционная установка содержит корпус 1, где размещены: электродвигатель 2, топливный насос 3 с распылителем топлива, нагнетатель воздуха 4 и вентилятор 5. При этом топливный насос 3 и нагнетатель воздуха 4 размещены во внутренней полости теплообменника 6. Кроме того, в теплообменнике 6 имеются камеры сгорания 7 и догорания 8. В камере догорания 8 размещена зона нагрева 9 тепловой трубы 10, зона охлаждения которой является горячим теплообменником 11 термоэлектрогенератора 12. Холодный теплообменник 13 обеспечивает работу термоэлектрической батареи (элемента Пельтье) термоэлектрического генератора 12. Термоэлектрогенератор 12 соединен электрическими проводами с электродвигателем 2. При этом электродвигатель 2 может подключаться к аккумуляторной батарее транспортного средства 14 с помощью автоматического переключателя 15.
Работает установка следующим образом: при пуске электродвигатель 2 подключается к аккумуляторной батарее 14 и производится пуск установки согласно инструкции. После повышения температуры в камере догорания 8 до 400°С и выше происходит нагрев теплоносителя в тепловой трубе 10 и начинается передача теплоты к горячему теплообменнику термоэлектрогенератора 12. При нагреве термоэлектрической батареи (представляющей собой каскад термоэлементов (термопар), преобразующих тепловой поток от горячего теплообменника 11 термоэлектрогенератора 12 к холодному теплообменнику 13 в электрическую энергию за счет эффекта Зеебека) она начинает работать, вырабатывая электрическую энергию. Вырабатываемая термоэлектрогенератором 12 электроэнергия поступает к электродвигателю 2, который автоматически отключается при помощи переключателя 15 от аккумуляторной батареи 14. Дальнейшая работа установки производится автономно за счет электроэнергии, вырабатываемой термоэлектрогенератора 12.
Использование термоэлектрогенератора вместо двигателя Стирлинга обеспечивает:
1. Повышение надежности отопительно-вентиляционной установки за счет упрощения конструкции.
2. Отсутствие необходимости периодического технического обслуживания термоэлектрогенератора.
3. Отсутствие потерь эксергии в процессе прямого преобразования энергии теплового потока в электрическую энергию (которая на 100% состоит из эксергии) в термоэлектрогенераторе.