Побутова піч-електростанція

Изобретение относится к бытовым печам, конкретно - к печам для садоводов, дачников, туристов, крестьян, рыбаков и т.п., и может быть использована для приготовления пищи, подогрева воды и выработки электроэнергии. Известна печь-электростанция [1], которая содержит корпус, топку, поддувало и термо- и электропреобразующее устройство, топится дровами, углем или газом, и при помощи указанного устройства вырабатывает электроэнергию из выделяемой в печи теплоты. К недостаткам конструкции относится отсутствие системы для регулирования подачи окислителя и устройства для термостабилизации температуры холодных спаев термо- и электропреобразовательного устройства, что не позволяет обеспечить стабильные параметры вырабатываемой электроэнергии. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования печи-электростанции по стабилизации электрических и тепловых параметров путем тонкого регулирования шибером подачи воздуха и установки в зоне тепловыделения термо- и электронреобразующего устройства с охлаждаемыми холодными спаями; при этом активные части электродов термо- и электропреобразующего устройства установлены непосредственно в стенке корпуса, обращенной к топке; для повышения термостойкости и электроизолированности электроды укупорены и влагозащищены термостойкой диэлектрической высокотеплопроводной композицией; горячие концы электродов установлены в зоне горения, а холодные размещены в охлаждающей жидкости, а поддувало совмещено с регулируемым клапаном подачи воздуха. Указанное обеспечивает новый технический эффект по сравнению с другими печами бытового назначения, например, "буржуйкой" или "голландкой": универсальность, компактность, малые габариты и масса, высокий КПД (до 0,75) и увеличенная до 2-4 ч продолжительность горения при одноразовой заправке при одновременном отоплении помещения и выработке электроэнергии непосредственно из теплоты, вырабатываемой печью. Поставленная задача решается тем, что в печи-электростанции, содержащей корпус, топку, поддувало и термо- и электропреобразующее устройство, согласно изобретению, активные части электродов термо- и электропреобразующего устройства установлены непосредственно в стенке корпуса, обращенной к топке, при этом они укупорены и влагозащищены термостойкой диэлектрической высокотеплопроводной композицией, при этом горячие концы электродов установлены в зоне горения, а холодные - в охлаждающую диэлектрическую жидкость, а поддувало совмещено с регулируемым клапаном для подачи в зону горения воздуха, который выполнен а виде фиксирующего шибера в тр убопроводе клапана. Термо- и электропреобразующее устройство может быть выполнено в виде блока дифференциально соединенных термопар, или в виде термобатареи из полупроводниковых материалов. Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен вид свер ху; на фиг.2 - вид со стороны топки и поддувала по стрелке А на фиг. 1. Печь-электростанция содержит верхнюю плиту 1, конфорки 2, бак 3 с охлаждающей жидкостью 4, дверцу топки 5, поддувало с клапаном подачи воздуха 6, дымовую трубу 7, духовк у 8, пустотелые стойки 9, приемное отверстие для охлаждающей жидкости 10, поворотный регулирующий шибер 11 в клапане подачи воздуха 6, задвижку топки 12, дверцу поддувала 13, ящик для золы 14, колосники 15 и кран для слива охлаждающей жидкости 16, В баке 3 (фиг. 1,2) в стенке 17, обращенной к топке, установлены термо- и электропреобразующие устройства 18 (вариант 1). Он представляет собой дифференциальную термопару, например, из медьконстантана, горячие спаи 19 которой находятся практически в топке печи, а холодные спаи 20 расположены в охлаждающей, диэлектрической жидкости 4. Спаи 19 и 20 и все электроды термо- и электропреобразующего устройства 18 помещены в термостойкую диэлектрическую высокотеплопроводную композицию 21, например, на основе базальтовой керамики с наполнителем кварцевого песка (1:1), которая укупоривает и влагозащищает все термопары термо- и электропреобразующего устройств. По варианту 2, термо- и электропреобразующее устройство выполнено в виде полупроводниковой термопары на основе элемента р-типа 22 и элемента n-типа 23, включенные электрически последовательно, а термически - параллельно. По аналогии с дифференциальной термопарой (вариант 1), все активные элементы 22 и 23 выполнены, например, из теллурида свинца, а электроды 24 и 25 из металла, например, меди; они соединяют горячие и холодные спаи, которые укупорены отвержденной диэлектрической композицией 21. Со стороны топки термо- и электропреобразующее устройство защищено термостойкой прокладкой 26, например, на основе кварцевых или базальтовых волокон. Печь-электростанция работает следующим образом. В бак 3 через отверстие 10 заливают охлаждающую жидкость 4 (в общем случае температура ее поддерживается постоянной - способ условно не описан) и поджигают дрова (торф, уголь, послежнивные остатки и т.п.). После того, как стенка 17 нагреется до требуемой температуры, электрическую цепь термо- и электропреобразующего устройства 18 (вариант 1 или 2) замыкают на нагрузку RL и в цепи образуется термоэлектричество - течет ток 1, величина которого не изменяется с течением времени по мере сгорания топлива и поступления к горячим спаям 19 и 20 термо- и злектропреобразующего устройства теплоты Q. Последняя регулируется и поддерживается примерно постоянной путем поворота шибера 11 в клапане 6 и поддувале. Происходит одновременно отопление помещения и выработка электроэнергии для бытовых целей. По варианту 2, элемент р-типа 22 проводит электричество путем переноса положительных "дырок" и при помещении в область с градиентом температуры создает положительное напряжение на холодном конце электрода по отношению к горячему концу электрода, а элемент n-типа 23 проводит электричество путем переноса электронов и создает отрицательное напряжение на холодном конце электрода по отношению к горячему концу электрода. Два напряжения складываются, давая полную ЭДС цепи. Металлические электроды 24 и 25 служат в качестве контактов и для крепления, и их электрическим сопротивлением обычно пренебрегают. К достоинствам конструкции универсальной печи-электростанции могут быть отнесены стабильная работа термопреобразователя по току и напряжению при стабильном тепловыделении Q, которое регулируется шибером 14. Кроме того, устройство малогабаритно, компактно и имеет низкую материалоемкость. Осуществленный опытный образец, на котором отрабатывались режимы работы, имеет размеры 590 х 305 х 600 мм и массу всего 20 кг. Отопление помещения и выработка электроэнергии, при одновременном приготовлении пищи на открытом огне (дне конфорки) и в небольшой духовке (230 х 250 х 250), это все вместе взятое характеризуется признаки многофункциональности и универсальности печи-электростанции. Ценным также является высокая экономичность (КПД до 75%) за счет целенаправленното распределения тепловой и электрической энергии за счет узла тонкого регулирования режима горения, что дает возможность обеспечить продолжительность горения при разовой загрузке топливом до 2-4 ч. К конструктивным и технологическим особенностям относится то, что печь выполняется из листовой стали. Это предопределяет сравнительно простую те хнологию, механизацию работ (порезка, гибка, штамповка, контактная и дуговая сварка и др. сравнительно простые операции), а терме и электропреобразующее устройство изготавливается отдельно и монтируется внутрь печки с учетом требований техники безопасности.