Побутова піч-електростанція

Изобретение относится к бытовым печам и может быть использовано для приготовления пищи, подогрева воды и выработки электроэнергии. Известна прямоугольная печка из жаропрочной стали толщиной 0,3 - 0,5мм, описанная в книге "Самодельное туристское снаряжение". - 2 - е изд. - М.: Физкультура и спорт, 1987. - С.55 - 56. Печь смонтирована с горизонтальным положением корпуса на ножках; она имеет дополнительную перегородку, образующую как бы камеру догорания, что связано с повышением теплоотдачи печи. Недостатком печи является ее неуниверсальность, невозможность, например, одновременных процессов варки, поджаривания и подогрева воды; кроме этого, в ней нет системы регулирования расхода топлива, нет специальной емкости для одновременного подогрева воды, нет духовки, нет конвекторов, нет устройства для выработки электроэнергии путем непосредственного получения ее из теплоты печи. Известна более близкая к заявляемой универсальная печь (Есть идея // АИФИ. - 1994. №4(23)), которая топится дровами, углем или газом, и при помощи электронного блока и термоэлектрического преобразователя вырабатывает электроэнергию постоянного и переменного тока; в печи есть тепловой аккумулятор, воздушный и водный теплообменник, электропреобразующее устройство, Все это позволяет не только готовить пищу и обеспечивать хозяйство горячей водой и электроосвещением, но и подключать к этому устройству холодильник, телевизор и другие бытовые электроприборы. Недостатком конструкции является отсутствие устройства для регулирования подачи окислителя и стабилизации температуры горяних спаев термоэлектрического преобразователя, а также отсутствие водяного бака для термостабилизации холодных спаев термоэлектрического преобразователя. Техническое решение, описанное в АИФ (Есть идея. - №4(23). - 1994), может служить прототипом и базовым объектом для заявляемого изобретения. Задачей данного изобретения является упрощение конструкции при обеспечении стабильности электрических и тепловых параметров. Поставленная задача достигается тем, что между горячими спаями термопреобразователя и нагретой поверхностью плиты, к которой прижаты эти спаи, расположена подложка из термостойкого диэлектрического материала с подслоем из эластичной синтетической пасты (1 вес.часть) с наполнителем из мелкого теплопроводного порошка (1 - 3вес. части), а на холодные спаи установлена без зазора емкость с эластичным дном, наполненная охладителем с возможностью регулярного обновления его свойств по теплоемкости по мере нагрева теплопотоком, направленным от нагретой поверхности через термопреобразователь. По другим вариантам, в качестве подложки служит пластина из керамического материала, выдерживающая рабочую температуру до 1000°C и электрическое напряжение до 1000В, а в качестве подслоя служат мелкие порошки (маршалит, нитрид бора и др.), при этом емкость выполнена из термостойких пластмассы и резины; для подслоя применена синтетическая паста, например, типа КПТ-8, а в качестве охладителя служит вода и плавящиеся вещества со скрытой теплотой плавления, например, искусственный воск, озоперит и т.п. вещества. Анализ и сравнение аналога и прототипа с данным изобретением показывает, что оно не имеет сходных отличительных признаков и поэтому удовлетворяет критерию новизны. Преимущества по сравнению с другими печами бытового назначения, например, "буржуйкой", универсальность, компактность, малые габариты и масса, но главное преимущество состоит в наличии термоэлектрического преобразователя, который позволяет получать электроэнергию непосредственно из тепла, вырабатываемого печью, а система регулирования подачи окислителя (воздуха) обеспечивает стабильность тепловых и электрических параметров. Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана печь-электростанция, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид со стороны топки. Печь-электростанция содержит верхнюю плиту 1, конфорки 2, емкость 3 с охлаждающей жидкостью 4, дверцу топки 5, поддувало клапаном подачи воздуха 6, дымовую трубу 7, духовку 8, приемное отверстие для охлаждающей жидкости 9, поворотный регулируемый шибер 10 (система регулирования условно не показана), задвижку топки 11, дверцу поддувала 12, колосники 13, кран для слива охлаждающей жидкости 14, термоэлектрический преобразователь 15, представляющий из себя блок термопар 16 из разнородных (например, медьконстантан) или полупроводниковых материалов, электрическипоследовательно (термически-параллельно) соединенных при помощи перемычек 17 в дифференциальную гипертермопару. При этом между горючими спаями 18 термопреобразователя 16 и нагретой поверхностью плиты 1, к которой прижаты эти спаи, расположена подложка 19 из термостойкого диэлектрического материала, например, керамического с подслоем 20 из эластичной синтетической пасты, например, пасты КПТ-8 (1 весовая часть) с наполнителем мелкого порошка, например кварцевый песок, маршалит, порошок нитрида бора (1 - 3вес. части). На холодные спаи 21 установлена (без зазора) пластмассовая емкость 22 с эластичным дном 23, наполненная охладителем 24, например, плавящиеся вещества типа искусственного воска, озоперита и т.п. Причем плавящиеся вещества в процессе теплового двухфазного преобразования меняют свою теплоемкость за счет скрытой теплоты плавления по мере нагрева теплопотоком, направленным от нагретой плиты 1 через термопреобразователь 15. Все зазоры между термопарами 16 заполнены диэлектрической композицией 25, например, на основе искусственного каучука типа КЛТ или другого аналогичного с наполнителем кварцевого песка с соотношением 1 : 1. Эта композиция электрически изолирует термопары 16, укупоривает и защищает их от воздействия влаги и других агрессивных воздействий. В качестве термопреобразователя возможно применение полупроводниковых блоков их элементов, например, p-типа и n-типа (условно на чертежах не показано). В качестве полупроводниковых элементов pтипа и n-типа могут применяться, например, элементы из теллурида свинца. Работает печь-электростанция следующим образом. Заливают в емкость 3 через отверстие 9 охлаждающую жидкость 24 (в общем случае температура ее поддерживается постоянной способ условно не описан) и поджигают дрова (уголь, торф, послежнивные остатки и т.п.). После того, как плита 1 нагревается до требуемой температуры, электрическую цепь термопреобразователя 15 замыкают на нагрузку RL и в цепи образуется термоэлектричество, течет ток I, величина которого не изменяется с течением времени по мере сгорания топлива и поступления к горячим спаям 18 преобразователя 15 теплоты Q (фиг.1). Последняя регулируется и поддерживается постоянной путем поворота шибера 10 в клапане 6. Охлаждающая вода для поддержания постоянства температуры может подаваться через отверстие 9 и, подогревшись, через некоторое время сливаться через кран 14. По другому варианту емкость 3 заполняют плавящимся веществом, например, искусственным воском или озоперитом, которые по мере поглощения теплоты Q расплавляются и за счет скрытой теплоты плавления поддерживают температуру холодных спаев 21 практически постоянной, что обеспечивает стабильность вырабатываемой электроэнергии термопреобразователем 15. Для качественного процесса преобразования теплоты в электричество и, исходя из требований техники безопасности, керамическая подложка 19, подслой 20 и капсулирующая композиция 25 выбраны с требуемыми параметрами: по термостойкости - до 1000°C, по электрической прочности - до 1000В. Поэтому к достоинствам конструкции печи могут быть отнесены стабильная работа термопреобразователя по току и напряжению при стабильном тепловыделении Q, которое регулируется шибером. Кроме этого, устройство малогабаритно, компактно и имеет низкую материалоемкость. Оно легко транспортируется в состоянии, когда обеспечена съемность ножек и дымоходной трубы. Осуществленный опытный образец, на котором обрабатывались режимы работы, имеет размеры 590 ´ 305 ´ 600мм и массу всего 20кг. Отопление помещения и выработка электроэнергии могут осуществляться одновременно с приготовлением пищи на открытом огне (две конфорки) и в небольшой (230 ´ 250 ´ 250) духовке. Это все вместе взятое характеризует признаки многофункциональности печи-электростанции. Ценным также является высокая экономичность (КПД до 75%) за счет целенаправленного распределения тепловой и электрической энергии за счет узла регулирования режима горения, что дает возможность обеспечить продолжительность горения при разовой загрузке топливом до 2 - 3 часов (ветки, сучья, дрова, уголь, торф, послежнивные остатки и т.п.). К конструктивным и технологическим особенностям относится то, что печь выполняется из листовой стали, а термопреобразователь из листового материала, проволоки или стандартных полупроводниковых блоков. Это предопределяет сравнительно простую те хнологию, механизацию работ (порезка, гибка, штамповка, контактная и дуговая сварка и др. сравнительно простые операции). При этом термопреобразователь изготавливается отдельно и монтируется сверху на печи с учетом требований техники безопасности. Отмеченное позволяет прогнозировать высокую производительность, низкую стоимость в производстве и практические перспективы массового применения и удовлетворения социального заказа на печь-электростанцию жителей Украины в условиях энергетического кризиса.