BG2217U1 - Термоелектрически агрегат на твърдо гориво - Google Patents

Abstract

Полезният модел се отнася до термоелектрически агрегат на базата на печка на твърдо гориво от типа ракетна печка, различаващ се от известните ракетни печки с по-висока ефективност, като се използва по-пълноценно топлинната енергия и за производство на евтин електрически ток. Термоелектрическият агрегат се състои от разположени последователно бункер за зареждане на твърдо гориво (2) с отвор за зареждане и за първичен въздух, хоризонтална камера за първично горене (7), камера за вторично изгаряне с вертикална ускорителна тръба (11) с термоизолирана стена и външна топлообменна камера (16) с отвор (9) за извеждане на изгорелите газове, разположен в долната част на топлообменната камера. Топлообменната камера (16) е разположена концентрично около вертикалната ускорителна тръба (11) на камерата за вторично горене. Горният отвор на вертикалната ускорителна тръба (11) е разположен на разстояние от горната стена на топлообменната камера (16). Горивните камери имат един или повече отвори за вторичен въздух (6), за предпочитане разположени на страничните стени на камерите. Върху горната стена на топлообменната камера (16) е разположен поне един термоелектрически елемент (13), свързан чрез електрически изводи (15) с потребител на електрически ток или с акумулатор на електрически ток. 10 претенции, 1 фигура

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до термоелектрически агрегат на базата на печка на твърдо гориво от типа ракетна печка.

Предшестващо състояние на техниката

Известни са печки на твърдо гориво, наричани „ракетна печка”, състоящи се от бункер за зареждане на гориво или горивен резервоар, хоризонтална горивна камера, вертикална камера за вторично горене и външна топлообменна камера с отвор за извеждане на изгорелите газове в долната част на топлообменната камера. Известните печки имат в горивната си камера отвор за постъпване на вторичен въздух и отвор за почистване на горивната камера. Известно е използването на такива печки в домакинството за отопление и/или за готвене.

Съществува необходимост да се повиши ефективността на известните ракетни печки, като се използва по-пълноценно топлинната енергия и за производство на евтин електрически ток. Това е особено важно за райони, където няма централизирана доставка на електричество или, където тези доставки са затруднени.

Техническа същност на полезния модел

Задача на полезния модел е да се създаде термоелектрически агрегат на базата на ракетна печка с повишена ефективност, при който генерираната от печката топлинна енергия се усвоява по-пълно с генериране на електричество, топла вода и/или топъл въздух.

Тази задача се решава като се създава термоелектрически агрегат, който включва последователно свързани бункер за зареждане на твърдо гориво с отвор за зареждане и за първичен въздух, хоризонтална камера за първично горене и камера за вторично изгаряне с вертикална ускорителна тръба с термоизолирана стена, външна топлообменна камера с отвор за извеждане на изгорелите газове, разположен в долната част на топлообменната камера. Топлообменната камера е разположена концентрично около камерата за вторично горене с вертикалната ускорителна тръба. Горивните камери имат поне един отвор за вторичен въздух и са снабдени с поне един отвор за почистване. Съгласно полезния модел над горната стена на топлообменната камера е разположен термоелектрически елемент, с електрически изводи за връзка с потребител на електрически ток.

Възможно е в околната стена на външната топлообменна камера да е монтирана водна риза и/или въздушна риза, свързани съответно към изход/и за потребление на топла вода и/или горещ въздух.

В предпочитан вариант на изпълнение, твърдото гориво е под формата на дървесни пелети, бункерът за зареждане е разположен над камерата за първично горене, а в долната част на бункера за зареждане е разположена скара за гориво, като в бункера за зареждане е прекарана тръба за първичен въздух, при което бункерът за зареждане има един или повече охладителни елементи.

Възможно е в горния вариант на изпълнение между стените на бункера за зареждане и камерата за първично горене да е разположен керамичен термоизолатор, под формата на пръстен.

Възможно е охладителните елементи на бункера за зареждане да са едно или повече ребра за охлаждане, разположени върху външната страна на страничната стена на бункера за зареждане.

Възможно е охладителният елемент на бункера за зареждане да е водна риза, вградена в част или цялата странична стена на бункера за зареждане, като за предпочитане водната риза на бункера за зареждане е свързана с водната риза на външната топлообменна камера.

В предпочитан вариант на изпълнение, над горната страна на термоелектрическия елемент е монтирана термоотдаваща плоча, обхваната от водната риза на външната топлообменна камера.

В друг вариант на изпълнение над горната повърхност на термоелектрическия елемент е монтирана термоотдаваща плоча, която е плоча на котлон, например готварски котлон.

Термоелектрическият елемент използва ефекта на Зеебек, при който от разликата в температурата Делта! в определени материали се преобразува в електричество. В предлагания полезен модел термоелектрическият елемент е плосък, като долната му страна се загрява от топлината, генерирана от печката, а горната му страна се охлажда от допира с въздушна или водна среда. Разликата в температурите между горната и долната страна Делта! = определя количеството генерирана електроенергия. Колкото температурната разлика между горната (студена) страна и долната (гореща) страна е по-голяма, толкова по-голяма е генерираната електрическа енергия, и е по-високо КПД на термоелектрическия елемент.

Термоелектрическият агрегат, съгласно полезния модел, осигурява ефективно използване на енергията от изгарянето на твърдото гориво.

Пояснение на приложената фигура

Фигура 1 представлява напречен разрез на предпочитан вариант на изпълнение на топлинния агрегат.

Примерно изпълнение на полезния модел

Термоелектрическият агрегат, съгласно полезния модел, се състои от разположени последователно бункер за зареждане на твърдо гориво 2 с отвор за зареждане и за първичен въздух, хоризонтална камера за първично горене 7, камера за вторично изгаряне с вертикална ускорителна тръба 11 с термоизолирана стена и външна топлообменна камера 16 с отвор 9 за извеждане на изгорелите газове, разположен в долната част на топлообменната камера 16. Топлообменната камера 16 е разположена концентрично около вертикалната ускорителна тръба 11 на камерата за вторично горене. Горният отвор на вертикалната ускорителна тръба 11 се разполага на разстояние от горната стена на топлообменната камера 16. Горивните камери имат един или повече отвори за вторичен въздух 6, за предпочитане разположени на страничните стени на камерите. Върху горната стена на топлообменната камера 16 е разположен поне един термоелектрически елемент 13, свързан чрез електрически изводи 15 с потребител на електрически ток или с акумулатор на електрически ток.

Под камерата за първично горене 7 и под вертикалната ускорителна тръба 11 по известен начин е предвиден поне един отвор 8 за почистване и отстраняване на пепелта от изгорялото твърдо гориво. В предпочитания вариант на изпълнение, показан на фигурата, термоелектрическият агрегат е снабден е два такива отвора - един за камерата за първично горене 7 и друг за камерата за вторично горене.

Термоелектрическите елементи 13 са известни сами по себе си от нивото на техниката. В

2217 Ш обичайния случай представляват две керамични плочи, между които са разположени множество от последователно свързани двойки полупроводници от η и р тип, като преходите η -> р са $ разположени от студената страна на елемента, а преходите р -> η - от горещата стана. При пренасянето на топлинна енергия от горещата страна към студената страна на елемента, между

ΙΟ полупроводниковите двойки протича ток.

Стените на горивните камери и вертикалната ускорителна тръба 11 са направени от огнеупорен материал, който може да е и термоизолиращ, или пък са допълнително облицовани отвън с термоизолиращ материал, сам по себе си известен от нивото на техниката.

Страничните стени на топлообменната камера 16 и на бункера за зареждане на гориво 2 за предпочитане са изработени от метал, например ламарина от неръждаема стомана. Горната стена на топлообменната камера 16, върху която лежи долната повърхност на термоелектрическия елемент 13, за предпочитане е изработена от мед, което осигурява по-добро топлопренасяне.

В предпочитан вариант на изпълнение бункерът за зареждане 2, камерата за вторично изгаряне с вертикална ускорителна тръба 11, и топлообменната камера 16 са изпълнени във формата на вертикални цилиндри. Също така е възможно да бъдат изпълнени и в друга подходяща форма, при което в хоризонтален разрез могат да са с формата на квадрат или друг многоъгълник, елипса или друга форма.

В предпочитан вариант на изпълнение, показан на фигурата върху горната повърхност на термоелектрическия елемент 13 е монтирана термоотдаваща плоча, под формата на плоча на котлон 14, например готварски котлон. В този 40 вариант в процеса на готвене едновременно се произвежда и електрическа енергия.

В предпочитан вариант на изпълнение в околната стена на външната топлообменна камера 16 е вградена водна риза 12, в която циркулира вода за затопляне. В този вариант термоелектрическият агрегат работи и като бойлер за топла вода. Водната риза 12 има вход за студена вода, разположен за предпочитане в долната част на водната риза, и изход за топла вода за предпочитане в горната част на водната риза, свързан чрез тръбопроводи с потребители на топла вода. Това може да са кранове за топла

2217 Ш вода за домакински цели, система за централно отопление с топла вода и други.

В модификация на този вариант на изпълнение, над горната повърхност на термоелектрическия елемент 13 е монтирана термоотдаваща плоча, която е част от водната риза 12, като водната риза 12 обхваща и горната част на външната топлообменна камера 16. При този вариант е възможно да се постигне най-голяма температурна разлика Делта! между горната и долната страна на термоелектрическия елемент 13 и следователно и генерираният електрически ток е най-голям, а оттам и КПД на термоелектрическия елемент 13 е най-голям.

В друг вариант на изпълнение в околната стена на външната топлообменна камера 16 е вградена въздушна риза 10, в която циркулира въздух за затопляне. Въздушната риза 10 има вход за студен въздух, разположен за предпочитане в долната част на въздушната риза, и изход за топъл въздух, за предпочитане в горната част на въздушната риза, свързан чрез въздуховоди с потребители на топъл/горещ въздух, например, система за централно отопление.

В предпочитания вариант на изпълнение, показан на фигурата термоелектрическият агрегат има в околната стена на външната топлообменна камера 16 както водна риза 12, така и въздушна риза 10.

В предпочитан вариант на изпълнение, предназначен най-вече за дървесни пелети, който е показан на фигурата, бункерът за зареждане на гориво 2 е разположен над камерата за първично горене 7. В долната част на бункера за зареждане на гориво 2 е разположена скара или решетка за горивото 5, до която е прекарана тръба за първичен въздух 1. За предпочитане скарата 5 е изпълнена от неръждаема стомана. Когато се използват дървесни пелети като гориво, е необходимо температурата на стената на бункера за зареждане на гориво 2 да се поддържа под температурата на самозапалване на пелетите. За тази цел между стените на бункера за зареждане 2 и камерата за първично горене 7 е разположен керамичен термоизолатор (непоказан на фигурата), под формата на пръстен, който създава термо-мост и пречи за разпространението на топлината нагоре от камерата за първично горене

7. В допълнение или като алтернатива в стените на бункера за зареждане 2 са предвидени и един или повече охладителни елементи.

В един вариант на изпълнение охладителните елементи на бункера за зареждане 2 представляват едно или повече ребра за охлаждане 4, разположени върху външната страна на страничната стена на бункера за зареждане 2, предимно в долната му част. На фигурата ребрата са представени като топлоотдаващи хоризонтални пластини, но са възможни и други конфигурации.

В друг вариант на изпълнение охладителният елемент на бункера за зареждане 2 представлява водна риза 3, вградена в част или цялата странична стена на бункера за зареждане 2. Възможно е водната риза 3 на бункера за зареждане 2 да е част, например, от страничен контур, от водната риза 12 на външната топлообменна камера 16, както е показано на фигурата.

Предимството на използването на пелети като гориво е, че са екологични, изгарят по-ефективно, могат да се дозират и не се налага често зареждане на горивото.

За запалването на горивото в камерата за първично горене може да е осигурено средство за възпламеняване, например запалка.

Действие на полезния модел

В бункера за зареждане 2 на топлинния агрегат се поставя твърдо гориво, например дърва, които стоят изправени, които се запалват от долния им край и по този начин само той гори. Посоката на горене на огъня е навътре в топлинния агрегат (настрани), При изгарянето се отделят димни газове, които изгарят допълнително в камерата за вторично изгаряне и се нагряват до температура от 600°С до 800°С, и вследствие на това се образува силен конвекционен поток във вертикалната ускорителна тръба 11. Когато нагорещеният газ достигне значително постудената стена на топлообменната камера 16, отдава по-голяма част от топлината си и рязко се охлажда, което го кара да се свие. Това довежда до понижаване на налягането след камерата за вторично горене, карайки агрегата да засмуква още по-силно въздух през отвора на камерата за първично горене 7, създавайки собствена тяга (така нареченият „ракетен ефект”). Собствената тяга осигурява постоянен поток от външната среда да навлиза през отвора за първичен въздух на камерата за първично горене 7, увличайки огъня и пушека навътре в агрегата. Там е и мяс5

2217 υι тото на разположение на камерата за вторично горене с ускорителна тръба 11, в която, поради огромната температура, се извършва вторичното изгаряне на пушека и дървесната газ (отделяни при първичното изгаряне), които се отделят през комина при обичайните печки. Над отвора на нагорещения поток от вертикалната ускорителна тръба 11, нагорещеният поток среща най-горната част на топлообменната камера 16, кьдето отдава около 50% от топлината си и загрява долната страна на термоелектрическия елемент 13 до около 550-600°С. Същевременно горната страна на термоелектрическия елемент 13 се охлажда от допира с въздушна или водна среда. Създадената температурна разлика Делта! води до генерирането на електричен ток в термоелектрическия елемент 13, съгласно ефекта на Зеебек. След първичното си охлаждане изгорелите газове се насочват надолу в прохода между термоизолираната стена на вертикалната ускорителна тръба 11 и стената на външната топлообменна камера 16 и под формата на водни пари и СО₂ излизат през димоотвода 9. При преминаването си през топлообменна камера 16, изгорелите газове предават част от топлината си на страничните стени на топлообменна камера 16 и загряват водата и/или въздуха съответно във водната и/ или въздушната риза 12 и 10.

Във варианта на изпълнение, показан на фигурата, термоелектрическият агрегат 13 работи едновременно като готварски котлон 14, бойлер, осигуряващ топла вода, осигурява горещ въздух за отопление и произвежда електричество за домакински нужди, например за осветление. Благодарение на това освободената при изгарянето на горивото топлинна енергия се усвоява максимално и води до високо КПД на агрегата.

Claims (10)

1. Претенции

   I. Термоелектрически агрегат, който включва последователно свързани бункер за зареждане на твърдо гориво (2) с отвор за зареждане и за първичен въздух, хоризонтална камера за първично горене (7) и камера за вторично изгаряне с вертикална ускорителна тръба (11) с термоизолирана стена, външна топлообменна камера (16) с отвор (9) за извеждане на изгорелите газове, разположен в долната част на топлообменната камера, като топлообменната камера (16) е разположена концентрично около камерата за вторично горене с вертикалната ускорителна тръба (11), като горивните камери имат поне един отвор за вторичен въздух (6) и са снабдени с поне един отвор (8) за почистване, характеризиращ се с това, че над горната стена на топлообменната камера (16) е разположен термоелектрически елемент (13), с електрически изводи (15) за връзка с потребител на електрически ток.
2. 2. Термоелектрически агрегат съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че в околната стена на външната топлообменна камера (16) е монтирана водна риза (12) и/или въздушна риза (10), свързани съответно към изход/и за потребление на топла вода и/или горещ въздух.
3. 3. Термоелектрически агрегат съгласно претенции 1 и 2, характеризиращ се с това, че бункерът за зареждане (2) е разположен над камерата за първично горене (7), а в долната част на бункера за зареждане (2) е разположена скара за гориво (5), като през бункера за зареждане (2) е прекарана тръба за първичен въздух (1), при което бункерът за зареждане (2) има един или повече охладителни елементи.
4. 4. Термоелектрически агрегат съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че между стените на бункера за зареждане (2) и камерата за първично горене (7) е разположен керамичен термоизолатор, под формата на пръстен.
5. 5. Термоелектрически агрегат съгласно претенции 3 или 4, характеризиращ се с това, че охладителните елементи на бункера за зареждане (2) представляват едно или повече ребра за охлаждане (4), разположени върху външната страна на страничната стена на бункера за зареждане (2).
6. 6. Термоелектрически агрегат съгласно претенции 3,4 или 5, характеризиращ се с това, че охладителният елемент на бункера за зареждане (2) представлява водна риза (3), вградена в част или цялата странична стена на бункера за зареждане (2).
7. 7. Термоелектрически агрегат съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че водната риза (3) на бункера за зареждане (2) е свързана с водната риза (12) на външната топлообменна камера (16).
8. 8. Термоелектрически агрегат съгласно някоя от претенции от 3 до 7, характеризиращ се с това, че твърдото гориво е под формата на дървесни пелети.
9. 9. Термоелектрически агрегат съгласно някоя

   2217 υι от предходните претенции, характеризиращ се с това, че над горната страна на термоелектрическия елемент (13) е монтирана термоотдаваща плоча, обхваната от водната риза (12) на външната топлообменна камера (16).
10. 10. Термоелектрически агрегат съгласно претенции от 1 до 6, характеризиращ се с това, че над горната повърхност на термоелектрическия елемент (13) е монтирана термоотдаваща плоча, която е плоча на котлон (14), например готварски котлон.