ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ ОТОПИТЕЛЬНО-ВАРОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к бытовым печам на твердом топливе с установленным термоэлектрическим генератором прямого преобразования тепловой энергии в электрическую и может быть использована для обогрева помещений, приготовления пищи и нагрева воды на удаленных от линий электросетей объектах, в отдельно стоящих, не электрофицированных постройках, при чрезвычайных ситуациях с обесточиванием от стационарных сетей и для экономии электроэнергии.
Известна электрогенерирующая дровяная отопительно-варочная печь «Индигирка» (серийно выпускаемая с 2009 г. продукция ЗАО «Термофор» в Новосибирске). Тепловая энергия горящего в этой печи топлива преобразуется в электрическую энергию в термоэлектрическом генераторе, с тепловым контактом к боковой стенке топочного устройства, при использовании отвода избыточного тепла обдувом радиаторов термоэлектрической сборки при помощи вентиляторов. Печь очень компактная, удобная и имеет великолепный дизайн. Однако принудительная вентиляция, необходимая для охлаждения холодных спаев термоэлектрогенератора (ТЭГ) и осуществляющая отбор вырабатываемой электрической энергии на работу собственно вентилятора, снижает эффективность использования электрической энергии и надежность печи вследствие возможного выхода из строя вентилятора.
Известна отопительно-варочная печь с прямым преобразованием тепловой энергии в электрическую путем плотно встроенного термоэлектрического генератора (ТЭГ) в верхнюю часть топочной камеры с отводом избыточного тепла от холодных спаев ТЭГ с помощью воды, циркулирующей по термосифонному контуру (Пат. РФ №2172448, опубл. 24.03.2000) Для обеспечения равномерного обогрева радиатора термоэлектрического генератора топочная камера дополнительно содержит теплоизолирующие экраны, а для обеспечения охлаждения водой отопительно-варочная печь дополнительно оборудуется циркуляционной системой трубопроводов при соединении с аккумулирующим баком.
Печь оригинальна и обеспечивает автономность работы термоэлектрического генератора, но в целом вся конструкция довольно громоздка.
Известен термоэлектрический бытовой генератор (Пат. РФ №2348089, опубл. 27.02.2009), содержащий бытовую печь, термоэлектрический генератор, систему циркуляции воды с пароводяным насосом, водным теплоотводом термоэлектрического генератора, водоводами. Термоэлектрический бытовой генератор обеспечивает циркуляцию воды в системе при отсутствии электрической энергии и имеет очень оригинальную систему циркуляции воды. Однако в целом вся конструкция несколько громоздка. Этот термоэлектрический бытовой генератор является наиболее близким к предлагаемой полезной модели.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в обеспечении компактности, повышении эффективности теплообмена и пожарной безопасности. Для достижения указанного технического результата электрогенерирующее отопительно-варочное устройство, содержащее бытовую печь с дымовой трубой, емкость для воды, термоэлектрогенератор, дополнительно 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. Кроме того, дефлектор выполнен биконическим, печь имеет выходной патрубок, на который установлен рекуператор Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются дополнительная установка в разрез дымовой трубы между печью и емкостью для воды рекуператора с установленным внутри него дефлектором и расположение термоэлектрогенератора (ТЭГ) в зазоре между рекуператором и емкостью для воды, а также расположение рекуператора и емкости для воды симметрично оси дымовой трубы и вертикально друг над другом. Кроме того, рекуператор представляет собой усеченный конус с усеченной вершиной и основанием, при этом усеченная вершина направлена вниз, а основание вверх. Дефлектор выполнен биконическим. Бытовая печь имеет выходной патрубок, на который установлен усеченной вершиной рекуператор.
Благодаря наличию этих признаков обеспечена компактность всего устройства, повышены эффективность теплообмена и пожарная безопасность. Компактность всей установки обеспечена тем, что печь, рекуператор и емкость для воды расположены друг над другом, причем емкость для воды и рекуператор симметричны относительно оси дымовой трубы. Пожарная безопасность обусловлена тем, что рекуператор установлен на выходной патрубок печи своей усеченной вершиной, а основанием вверх. В результате такой установки твердые горячие частицы несгоревшего топлива, попадая в рекуператор, теряют скорость, и, ударяясь об основание рекуператора, перемещаются обратно в печь. Кроме того, благодаря рекуператору ускоряется процесс нагрева помещения, т.к. его нагретая боковая поверхность дополнительно излучает тепло в помещение, а также благодаря установке в рекуператоре биконического дефлектора увеличивается теплоотдача от горячего потока газа и происходит перераспределение и направление горячего газового потока в верхнюю часть рекуператора, т.е. к его основанию, над которым расположены горячие спаи ТЭГ. Холодные спаи ТЭГ соприкасаются с дном емкости 3 для воды и тем самым происходит их охлаждение.
Предлагаемое электрогенерирующее отопительно-варочное устройство иллюстрируется чертежом, представленном на фигуре.
На фигуре представлен продольный разрез устройства.
Электрогенерирующее отопительно-варочное устройство содержит бытовую печь 1, рекуператор 2, емкость 3 для воды, термоэлектрогенератор (ТЭГ) 4, дымовую трубу 5. Рекуператор 2 выполнен в форме усеченного конуса 6, который имеет усеченную вершину 7 и основание 8. В рекуператор 2 установлен биконический дефлектор 9. На плите 10 бытовой печи 1 имеется патрубок 11 от дымовой трубы 5. В разрез дымовой трубы 5 на патрубок 11 печи 1 усеченной вершиной 7 установлен рекуператор 2. Над рекуператором 2, выполненным в форме усеченного конуса 6, установлена емкость 3 для воды с образованием зазора 12 между емкостью 3 и рекуператором 2. В этот зазор 12 плотно установлен ТЭГ 4. При этом горячие спаи находятся на основании 8 усеченного конуса 6, а холодные спаи ТЭГ 4 плотно прилегают ко дну 13 емкости 3 для воды. Емкость 3 для воды приварена к дымовой трубе 5, которая проходит через емкость 3. Причем емкость 3 для воды и рекуператор 2 расположены симметрично относительно оси 14 дымовой трубы 5. Участок трубы 5 в зазоре 12 покрыт теплоизоляцией 15 для устранения влияния теплоотдачи от дымовой трубы 5 на перепад температур ТЭГ 4.
Предлагаемое электрогенерирующее отопительно-варочное устройство работает следующим образом.
Вначале загружают твердое топливо в бытовую печь 1 и производят растопку. Топливо горит, горячие топочные газы поднимаются вверх, поступают в расширенный рекуператор 2, огибают биконический дефлектор 9, при этом путь их удлиняется и из ламинарного превращается в турбулентный, тем самым увеличивается теплоотдача стенкам рекуператора 2. Кроме того, твердые горячие частицы несгоревшего топлива, попадая в такой рекуператор 2, теряют скорость, и, ударяясь об основание 8, перемещаются обратно в печь. Биконический дефлектор 9, установленный в рекуператоре 2, дополнительно обеспечивает направление и концентрацию горячих дымовых потоков к основанию 8. Основание 8, на котором расположены горячие спаи ТЭГ 4, нагревается, соответственно нагреваются и горячие спаи ТЭГ 4. Между горячими и холодными спаями ТЭГ 4, которые расположены под дном емкости 3 для воды, создается перепад температур, так называемая термо-ЭДС, начинает вырабатываться электрический ток. Горячие спаи нагреваются до 200-250°С, а холодные спаи максимально нагреваются до 100°С. Примерно через 6-9 минут после зажигания топлива в печи ТЭГ выходит на стабильный режим. Разность температур между спаями ТЭГ 4 невелика, но достаточна для выработки электрического тока напряжением до 12 В и мощностью до 50 Вт. Вырабатываемая электрическая энергия поступает к потребителю. Нагретую воду в емкости 3 используют на бытовые нужды, забирая ее из емкости 3 и наполняя холодной водой. После прогорания топлива печь 1 вместе с ТЭГ 4 медленно остывает, что способствует поддержанию перепада температур между спаями, тем самым вырабатывается какое-то время электрическая энергия после окончания процесса топки. Кроме того, медленное остывание печи вместе с ТЭГ исключает резкие перепады температур, что способствует увеличению срока службы ТЭГ.
Предлагаемое электрогенерирующее отопительно-варочное устройство компактно, обладает повышенной пожарной безопасностью и увеличенной теплоотдачей. Устройство может использоваться практически в любых условиях, в т.ч. в банных и хозяйственных постройках.