Термоэлектрический генератор

Содержание

Термоэлектрический генератор своими руками (140 фото): поэтапная инструкция создания теплового насоса, схемы, проекты, применение

В наши дни основная часть электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях или ТЭС. Однако эти предприятия пользуются различными видами ископаемого топлива, которые требуется сжечь, чтобы получить электроэнергию, а продукты сгорания наносят вред окружающей среде.

Термоэлектрический генератор

Кроме этого, проблема заключается в том, что резервы угля и газа отнюдь не безграничны и в конце концов они закончатся. Все-таки на настоящие момент ТЭС вырабатывают топливо с наименьшими издержками по сравнению с иными способами.

Термоэлектрический генератор

Однако альтернативные методы выработки электричества все же развиваются, в их числе и термоэлектрические генераторы, сокращенно ТЭГ.

Термоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генераторТермоэлектрический генератор

Даже по некоторым фото термоэлектрического генератора несложно понять, что это устройство может иметь небольшие размеры, если вести речь о моделях для дома. Подобный ТЭГ обычный человек может смастерить собственноручно.

Термоэлектрический генератор

Как сделать собственноручно

Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.

Термоэлектрический генератор

Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.

Термоэлектрический генератор

Потребуется элемент термоэлектричества. Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектрический генератор

Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.

Термоэлектрический генератор

Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.

Что это такое?

Термоэлектрический генератор – это приспособление, задача которого заключается в превращении тепловой энергии в электричество путем применения системы термических элементов.

Понятие «тепловая» энергия в данном контексте трактуется не совсем верно, так как тепло означает лишь метод превращения данной энергии.

ТЭГ представляет собой термоэлектрическое явление, которое впервые было проиллюстрировано немецким физиком Томасом Зеебеком в 20-ых годах 19 столетия. Результат исследования Зеебека трактуется как электрическое сопротивление в цепи из двух отличающихся материалов, однако весь процесс протекает лишь в зависимости от температуры.

Термоэлектрический генераторТермоэлектрический генератор

Как определить термоЭДС металла?

Термоэлектродвижущая сила возникает в замкнутом контуре при соблюдении двух условий:

  1. Если он состоит хотя бы из двух проводников, изготовленных из различных материалов.
  2. Если все входящие в состав контура разнородные участки имеют различную температуру (хотя бы в области соединения).

В физике данное явление называют эффектом Зеебека.

Величина термоЭДС зависит от вида материалов и разности их температур.

Определяют ее по формуле:

Е = к (Т1 – Т2),

  • Где Т1 и Т2 – температура проводников;
  • К – коэффициент Зеебека.

Наибольшей производительностью обладают контуры, состоящие из разнородных полупроводников (обладающих р- и n-проводимостью). В металлах эффект Зеебека проявляется незначительно, за исключением некоторых переходных металлов и их сплавов, например, палладия (Pd) и серебра (Ag).

Теплообменники широко применяются в быту. Довольно легко можно сделать теплообменник своими руками – инструкция по сборке представлена в статье.

Пошаговая инструкция по облицовке камина своими руками представлена тут.

Ядерные батарейки РИТЭГ

Термоэлектрический генератор

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) представляет собой устройство использующее термопары для преобразования тепла, выделяемое при распаде радиоактивного материала, в электричество. Этот генератор не имеет движущихся частей. РИТЭГ использовался в качестве источника энергии на спутниках, космических аппаратах, удаленных объектах маяков, построенных СССР для Полярного круга.

РИТЭГы, как правило, являются наиболее предпочтительным источником энергии для устройств, которым требуется несколько сотен Ватт мощности. В топливных элементах, батареях или генераторах установленных в местах, где солнечные элементы являются неэффективными

Радиоизотопный термоэлектрический генератор требует соблюдения строгих мер осторожного обращения с радиоизотопами в течение долгого времени после окончания его срока службы

В России насчитывается порядка 1 000 РИТЭГов, которые использовались в основном для источников питания на средствах дальнего действия: маяках, радиомаяках и других специальных радиотехнических средствах. Первым космическим РИТЭГом на полонии-210 стал «Лимон-1» в 1962 году, затем «Орион-1» мощностью 20 Вт. Последняя модификация была установлена на спутниках «Стрела-1» и «Космос-84/90». «Луноходы»-1,2 и «Марс-96» использовали РИТЭГ в системах обогрева.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектрогенератор — устройство предназначено для непосредственного преобразования тепла в электрическую энергию . Принцип его действия основан на эффекте Зеебека — явлении возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при разных температурах.

Рис. 2.3

Рис. 2.4

Современный термогенератор изготавливают из полупроводников. В полупроводниках кинетическая энергия теплового движения свободных электронов увеличивается пропорционально абсолютной температуре. Отсюда следует, что если в полупроводнике создать разность температур, то на горячем конце концентрация свободных электронов увеличится. Поэтому в полупроводнике начнется перемещение их (диффузия) в направлении от горячего конца к холодному; холодный конец полупроводника зарядится отрицательно, а горячий — положительно, поскольку он теряет часть электронов, переходящих к холодному концу (Рис. 2.4). В результате появится разность потенциалов между концами полупроводника. В дырочном полупроводнике горячий конец, наоборот, заряжает отрицательно а холодный — положительно. Процесс диффузии зарядов, вызванный наличием градиента температуры, будет продолжаться до тех пор, пока

возникшая разность потенциалов не будет компенсировать этот диффузионный поток электрическим током обратного направления. Это равновесие и определит возникшую термоэлектродвижущей силу.

Как правило, полупроводниковый термоэлемент состоит из двух полупроводников различного типа, соединенных металлической пластинкой (Рис. 2.5).

Рис. 2.5

В месте соединения полупроводники нагреваются, а другие концы их охлаждаются воздухом или другим способом и являются полюсами термоэлемента, в которых сочетается внешнюю цепь. С термоэлементов составляют термоэлектрические батареи.

Величина термоэлектродвижущей силы полупроводникового термоэлемента определяется по формуле о = (б1 + б2) (Т1-Т2), где о — термоэлектродвижущей сила, возникающая в городе соединения двух проводников, а б1, и б 2 — термоэлектродвижущей силы в каждом полупроводнике при разности температур на его концах 1 °С. Обычно один термоэлемент не может обеспечить достаточной электрической мощности. Поэтому современные термоэлектрические модули соединяют «змейчатым» способом и размещают в защитном корпусе Рис. 2.6.

Рис. 2.6

Рис. 2.7

Сам прибор в вертикальном разрезе должен иметь вид изображенный на рис. 2.6.

Он имеет вид цепи, звеньями которого являются термоэлектрический модуль китайского производства PELTIER2 (Рис. 2.7) размером 40х40 мм, рассчитанный на производство тока 6А при напряжении 15В, если разница температур между горячим и холодным спаями составляет 200 ° С.

Для увеличения силы тока модули имеют параллельное подключение. Звенья цепи механически соединены между собой скобой металлическими скобами.

Рис. 2.8

Из рисунка 2.9 видно, что генератор будет одеваться на выхлопную трубу.

Рис. 2.9

В разных автомобилей трубы глушителя имеют разный диаметр. Обычно максимальный диаметр труб 35 мм. Поэтому внутренний диаметр нашей насадки будет 40 мм. Полость между насадкой глушителем будет заполняться песком, так как он обладает высокой теплопроводностью, и затыкаться асбестовыми пробками, устойчивых к высоким температурам.

Популярные статьи  Программы для рисования электрических схем — обзор 20 популярных

К устройству можно добавить охлаждающие пластины. Роль охлаждающих пластин состоит в следующем. Как нам ясно из формул раздела 2.1, теплоотдача напрямую зависит от площади поверхности по которой она осуществляется. Таким образом увеличив площадь поверхности теплоотдачи, мы снизим температуру холодного спая, приближая ее к температуре среды. Это и является одной из самых главных условий эффективности термогенератор, разница температур. На проводники что соединять генератор с электрическим оборудованием автомобиля будет установлен диод, который будет предотвращать разряда аккумулятора через генератор в то время когда система выключена. Такая разрядка возможна благодаря эффекту Пельтье, который является обратным эффекту Зеебека.

Изготовление своими руками

Можно изготовить термоэлектрический генератор своими руками. Для этой цели потребуются некоторые элементы:

  • Модуль, способный выдерживать нагрев до 300−400 °C.
  • Повышающий преобразователь, цель которого заключается в приеме беспрерывного напряжения 5 В.
  • Нагреватель в виде костра, свечки или какой-либо миниатюрной печи.
  • Охладитель. Вода или снег — наиболее популярные подручные варианты.
  • Соединительные элементы. Для этой цели можно использовать кружки или кастрюли разного размера.

Провода, проходящие между преобразователем и модулем, необходимо изолировать термостойким составом или обычным герметиком. Собирать устройство необходимо в такой последовательности:

  1. От блока питания оставить только корпус.
  2. Холодной стороной к радиатору нужно приклеить модуль «Пельтье».
  3. Предварительно зачистив и отполировав поверхность, нужно приклеить элемент другой стороной.
  4. От входа преобразователя напряжения необходимо припаять провода к выходам пластины.

При этом термогенератор для корректной работы должен быть наделен такими характеристиками: выходное напряжение — 5 вольт, тип выхода для подключения устройства — USB (или любой другой в зависимости от предпочтений), минимальная мощность нагрузки должна составлять 0,5 А. При этом можно использовать любой вид топлива.

Мастер-класс по сборке

Итак, мы нашли в интернете очень подробную и в то же время простую инструкцию по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе печи и элемента Пельтье. Для начала Вам необходимо подготовить следующие материалы:

  • Непосредственно сам элемент Пельтье с параметрами: максимальный ток 10 А, напряжение 15 Вольт, размеры 40*40*3,4 мм. Маркировка – TEC 1-12710.
  • Старый блок питания от компьютера (с него нужен только корпус).
  • Стабилизатор напряжения, со следующими техническими характеристиками: входное напряжение 1-5 Вольт, на выходе – 5 Вольт. В данной инструкции по сборке термоэлектрического генератора используется модуль с USB выходом, что упростит процесс подзарядки современного телефона либо планшета.
  • Радиатор. Можно взять от процессора сразу с куллером, как показано на фото.
  • Термопаста.

Подготовив все материалы можно переходить к изготовлению устройства своими руками. Итак, чтобы Вам было понятнее, как самому сделать генератор, предоставляем пошаговый мастер-класс с картинками и подробным объяснением:

  1. Разберите старый блок питания и оставьте только корпус. Он будет использоваться, как место розжига огня (так называемая печь).
  2. К ровной поверхности радиатора приклейте пластину Пельтье на термопасту. Клеить нужно маркировкой к радиатору, это будет холодная сторона. Если Вы перепутаете полярность, в дальнейшем нужно будет поменять полярность проводов, чтобы термоэлектрический генератор работал правильно.
  3. К обратной стороне модуля приклейте корпус блока питания, как показано на фото ниже.
  4. К выводам пластины припаяйте стабилизатор с выходом USB. Кстати, для соединения можно и паяльник сделать своими руками.
  5. Аккуратно поместите 5-вольтовый преобразователь в радиаторе и переходите к испытаниям самодельного термоэлектрического генератора.

Работает термоэлектрический генератор следующим образом: внутри печи засыпаете дрова, поджигаете их и ждете несколько минут, пока одна из сторон пластины не нагреется. Для подзарядки телефона нужно, чтобы разница между температурами разных сторон была около 100оС. Если охлаждающая часть (радиатор) будет нагреваться, его нужно остужать всеми возможными методами – аккуратно поливать водой, поставить на него кружку со льдом и т.д.

А вот и видео, на котором наглядно показывается, как работает самодельный электрогенератор на дровах:

Также можно установить на холодную сторону вентилятор от компьютера, как показывается на втором варианте самодельного термоэлектрического генератора с элементом Пельтье:

В этом случае куллер будет затрачивать небольшую долю мощности генераторной установки, но в итоге система будет с более высоким КПД. Помимо телефонной зарядки модуль Пельтье можно использовать в качестве источника электроэнергии для светодиодов, что не менее полезный вариант применения генератора. Кстати, второй вариант самодельного термоэлектрического генератора с виду и по конструкции немного похож. Единственная модернизация, помимо системы охлаждения, это способность регулировать высоту так называемой горелки. Для этого автор элемента использует «тело» CD-ROMа (на одном из фото хорошо видно, как самому можно изготовить конструкцию).

Если сделать термоэлектрический генератор своими руками по такой методике, на выходе у Вас может быть до 8 Вольт напряжения, поэтому чтобы заряжать телефон, не забудьте подключить преобразователь, который на выходе оставит только 5 В.

Ну и последний вариант самодельного источника электроэнергии для дома может быть представлен такой схемой: элемент – два алюминиевых «кирпичика», медная труба (водяное охлаждение) и конфорка. Как результат – эффективный генератор, позволяющий сделать бесплатное электричество в домашних условиях!

Вот мы и предоставили три простых варианта самодельного аппарата, который можно собрать из подручных средств. Теперь Вы знаете как сделать термоэлектрический генератор своими руками, на чем основан принцип работы элемента Пельтье и для чего его можно использовать!

Будет интересным к прочтению:

  • Как меньше платить за свет законно
  • Как сделать солнечную батарею своими руками
  • Экономное отопление гаража электричеством

Тепловой насос под солнечную энергию

Возвращаясь от генераторов к тепловым насосам, стоит отметить ещё один привлекающий вариант термоэлектрических устройств, где используется нагрев от естественного источника – солнца.

Подобные конструкции обещают более эффективную отдачу при условии правильного построения. К тому же в этом случае не требуется затрачивать искусственную энергию на подогрев.

Солнечный тепловой насос можно представить в образе двух отдельных ёмкостей, которые имеют циркуляционные контуры. Одна ёмкость исполняет роль горячей стороны, вторая, соответственно, исполняет роль холодной стороны.

Между ёмкостями устанавливается термоэлектрический преобразователь (к примеру, тот же модуль Пельтье). Горячая ёмкость дополняется солнечной панелью. Холодная ёмкость дополняется радиатором охлаждения. Схематично конструкция выглядит примерно так:

Термоэлектрический генератор
Структурная схема солнечного теплового насоса: A – ёмкость горячая; B – ёмкость холодная; 1 – солнечная энергия; 2 – стекловидное покрытие; 3 – тепловая изоляция; 4 – термоэлектрический преобразователь (модуль Пельтье); 5 – металлический радиатор; 6 – тепловая радиация; 7 – электрический ток

Как демонстрирует структурная схема теплового насоса, работающего от солнечной энергии, при нагреве через солнечную панель вода в контуре начинает циркулировать, разогревая, таким образом, весь объём жидкости. Теплом жидкости нагревается горячая сторона модуля Пельтье.

В свою очередь в холодной ёмкости наблюдается аналогичный эффект, но за счёт охлаждения жидкости через радиатор. Получаемая разница температур даёт электричество на термоэлектрическом преобразователе.

Нужно отметить, эта идея появилась достаточно давно. Задолго до появления модулей Пельтье и вообще систем кондиционирования. На практике эту систему применяли в разных видах, но значительного эффекта добиться так и не удавалось. Возможно, современные технологии помогут достичь высоких горизонтов.

Большинство начинающих электриков интересуется о возможности создания не затратного и автономного источника электроэнергии. Зачастую, например, выехав на пикник, рыбалку либо просто отдохнуть на свежем воздухе, критически не хватает электричества для зарядки какого-либо прибора или освещения в темное время суток.

Читать также: Как пилить бетон болгаркой

Термоэлектрический генератор

В таких случаях может помочь самостоятельно сделанный термоэлектрический генератор, для дома такой прибор не подойдет, если только в крайних случаях.

Популярные статьи  Как сделать так, чтобы только я вставил вилку в розетку и у меня загорелась лампочка на переноске?

Термоэлектрический генератор

При помощи его можно вырабатывать электрического напряжение до пяти вольт, этого будет достаточно для зарядки гаджетов и подключения лампочки.

Термоэлектрический генератор

Для визуального ознакомления с ТЭГ нужно лишь посмотреть в любых источниках фото термоэлектрического генератора.

Термоэлектрический генератор

Краткое содержимое статьи:

Перспективы

В данное время продолжают ставить опыты, подбирая оптимальные термопары, позволяющие повысить коэффициент полезного действия.

Термоэлектрический генератор

Большая вероятность того, что скоро разработки усовершенствования доброкачественности термических элементов, обретут высший статус производства материала для повышения взаимодействия термопар, с применением высоких технологий:

  • нанотехнологий;
  • ям квантования и т.п.

Термоэлектрический генератор

Вполне возможен вариант изобретения совсем другого принципа, с применением нестандартных материалов.

Термоэлектрический генератор

  • Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)

  • Солнечные коллекторы для отопления дома: преимущества, недостатки, мифы, правда и отзывы владельцев (130 фото + видео)

  • Ветровые электростанции для дома — плюсы, минусы и обзор лучших современных моделей (105 фото)

Были попытки соединения микроскопических проводников из золота искусственно синтезированной молекулой. Этот опыт в дальнейшем вполне может добиться успеха.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектрический эффект и перенос тепла в электронных системах

Термоэлектрические генераторы, принцип работы которых основан на комплексном использовании эффекта трех ученых (Зеебека, Томсона, Пельтье), получили свое развитие почти через 150 лет после открытий, намного опередивших свое время.

Термоэлектрический эффект заключается в следующем явлении. Для охлаждения или генерации электричества используется «модуль» состоящий из электрически связанных пар. Каждая пара состоит из полупроводникового материала р (S> 0) и n (S

Если выбранные материалы обладают хорошими термоэлектрическими свойствами, этот тепловой поток, создаваемый движением носителей заряда, будет больше теплопроводности. Поэтому система передаст тепло от холодного источника к горячему и будет действовать как холодильник. В случае генерации электричества тепловой поток вызывает смещение носителей заряда и появление электрического тока. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.

Создан эффективный трибоэлектрический генератор

Ученые из Технологического института Джорджии заявили о создании эффективного и надежного трибоэлектрического генератора.

Это устройство вырабатывает электричество при трении двух поверхностей. До сих пор известные методы получения трибоэлектричества были слишком ненадежными. По этой причине большинство генераторов сегодня используют принцип магнитной индукции.

Однако в своем исследовании, которое ученые опубликовали в Nature Communications, они заявляют, что ключевые препятствия на пути получения трибоэлектричества удалось преодолеть. В перспективе это может означать, что человечество получит новые неиссякаемые источники электроэнергии: ходьба (лестницы, коридоры, тротуары), дождь, ветер, танцполы, городской транспорт, компьютерные клавиши и множество других вещей и мест.

Термоэлектрический генератор

Конструкция трибоэлектрогенератора проста и надежна

Прототип трибогенератора выглядит как тонкая шайба диаметром 10 см. Внутри имеются две круглые пластины: одна из них отдает электроны, а другая принимает. Эти пластины разделены диэлектрической воздушной прослойкой, однако предусмотрен и третий промежуточный диск с электродами, которые в процессе вращения трибогенератора соединяют пластины, забирая электрический заряд. При максимальной скорости вращения 3000 об/мин устройство способно генерировать 1,5 Вт электрической мощности и обладает эффективностью преобразования 24%, что втрое превышает способности пьезоэлектрических генераторов и примерно сравнимо с эффективностью традиционных генераторов, использующих принцип магнитной индукции.

Термоэлектрический генератор

Трибоэлектрогенератор, вращающийся на ветру, вырабатывает электричество

Впрочем, у трибогенератора сегодня имеется один существенный недостаток: для его электродов используется золото. При этом разработчики утверждают, что золото вполне можно заменить дешевыми синтетическими материалами. Новый генератор, вращающийся от ветра или других механических сил, может вырабатывать «бесплатную» электроэнергию, при этом он может оказаться дешевле, чем генераторы с магнитами из редкоземельных металлов.

Термогенератор своими руками: инструкция по изготовлению преобразователя тепловой энергии в электрическую

Термоэлектрический генератор

Количество цифровых гаджетов постоянно увеличивается. К сотовому телефону добавились мобильная радиостанция, GPS-навигатор и фотоаппарат.

Таскать с собой полный котелок запасных аккумуляторов для всей этой электронной братии тяжело, а в холодное время года еще и бессмысленно – их емкость и мощность при низких температурах сильно сокращаются.

Поэтому каждый путешественник хотел бы обзавестись устройством, преобразующим в электричество доступную в походе энергию.

Весьма практичными оказались термогенераторы – источники, для работы которых необходимо тепло. На чем основан принцип их работы и как можно сделать термогенераторы электричества своими руками – об этом пойдет речь в этой статье.

Как сделать собственноручно

Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.

Термоэлектрический генератор

Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.

Термоэлектрический генератор

Потребуется элемент термоэлектричества. Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектрический генератор

Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.

Термоэлектрический генератор

Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.

Самостоятельное изготовление

Комплект необходимых деталей

Перед тем, как собрать ТЭГ Пельтье своими руками, обязательно нужно учесть следующие важные моменты:

  • Для получения электричества за счёт разницы температур подходят далеко не все представленные ранее модули ТЭМ, а лишь те из них, что рассчитаны на нагрев до 300-4000 градусов;
  • Определенный запас по температуре гарантирует, что преобразовательные пластины не выйдут из строя при случайном перегреве рабочих контактов;
  • Из всего многообразия представленных изделий предпочтение следует отдать элементам типа ТЕС1-12712, изготавливаемых в виде квадратов с разными размерами сторон: от 40 до 60 мм (смотрите рисунок ниже).

Термоэлектрический генераторТермоэлементы типа TEC

Дополнительная информация. Для сборки устройства, рассчитанного на минимум потребляемой мощности, вполне может хватить одного элемента с максимальным размером.

Помимо этого, для изготовления генератора потребуется электронный преобразователь, позволяющий поддерживать выходное напряжение на уровне 5 Вольт. Необходимость в этой схеме объясняется тем, что генерируемая системой ЭДС непостоянна, так как разность температур всё время меняет своё значение при нагреве и охлаждении отдельных зон.

Стабилизатор напряжения придётся использовать фирменный (самостоятельно изготовить его могут только профессионалы). Для заявленных целей подойдёт устройство от зарубежного производителя марки «MAX 756» или отечественные изделия (3.3В/5В ЕК-1674), оснащённые USB разъёмом.

В качестве нагревателя могут использоваться как костёр (мини-печка), так и свеча, сухой спирт или самодельная лампа. Роль охладителя на природе чаще всего играет холодная вода, а в зимнее время – снег.

Сборка

Для формирования сред с разной температурой потребуются небольшие металлические ёмкости типа кружек или кастрюль из дюралюминия с отпиленными ручками. По своему размеру посуда подбирается так, чтобы одну ёмкость можно было вставить в другую, и чтобы между стенками оставался зазор, достаточный для размещения элементов TEC (они крепятся с двух сторон на термическую пасту).

Затем к каждой из сторон надёжно закреплённого модуля припаиваются хорошо изолированные провода, ведущие к преобразователю (стабилизатору). Для повышения отдачи системы (её КПД) днища металлических ёмкостей, непосредственно контактирующих с элементами ТЭГ, предварительно полируются, а на их донные части наносится тонкий слой термостойкого герметика (фото ниже).

Термоэлектрический генераторСамодельный термогенератор

Последняя операция обеспечит концентрацию тепла в зоне расположения модуля и не позволит ему рассеиваться на близко расположенных охлаждаемых деталях. Для проверки работоспособности получившейся конструкции во внутреннюю (меньшую по объёму) ёмкость наливается вода, или закладывается снег, после чего она ставится на огонь. По истечении некоторого времени можно будет проверить наличие выходного напряжения 5 Вольт посредством мультиметра.

Популярные статьи  Какой мощности выбрать лампочку, чтобы освещенность была 300 лк?

В заключение отметим, что из-за не очень высокого КПД этого устройства применять его в походе целесообразно только с целью зарядки телефона или для энергоснабжения не очень мощного фонарика с подсевшей батарейкой. Благо, что на природе имеются все условия, необходимые для создания нужной разности температур (холодная вода из реки и тепло от костра).

Возможно, вам также будет интересно

При необходимости измерения температуры одним из ключевых моментов является выбор типа используемых датчиков. Принимаемое решение должно максимально полно учитывать условия конкретной задачи.

Транспортировка электроэнергии от электростанции к потребителям является одной из важнейших задач энергетики. Электроэнергия поставляется преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП), которые состоят из кабельных линий и оборудования для преобразования энергии и согласования с нагрузкой. Эффективность и надежность передачи энергии определяется состоянием сетей электроснабжения. Мон…

Компания Rockwell Automation представляет новую версию современной распределенной системы управления (РСУ) PlantPAx, которая использует новые эффективные технологии для повышения производительности систем автоматизации и улучшения управления технологическими процессами.
Среди новых особенностей системы — более продуктивная среда разработки, увеличивающая производительность систем автоматизации и облегчающая внедрение эффективных технологий для повышения уровня взаимодействия с пользователем, а также расширенные возможности управления, помогающие достичь намеченных целей.
Чтобы обеспечить …

Обогрев на дровах

Теплогенератор на дровах, своими руками сделанный, обеспечит стабильный обогрев помещений при отсутствии централизованного отопления и наличия достаточного количества древесного топлива. Как бы ни развивались технологии и строительные методы, дровяная печь, камин спасут при перебоях с теплоснабжением.

Для отопления на дровах осуществляется монтаж камина или традиционной печки.

Но такие системы требуют тщательного соблюдения норм безопасности

Важно определиться с местом установки печи – массивные агрегаты не всегда можно разместить в дачных домиках

Сделать теплогенератор на дровах своими руками – это хорошее решение при необходимости автономного обогрева комнат. Иногда это действительно единственный возможный вариант отопления.

https://youtube.com/watch?v=ngegV5tl3fM

Принцип действия элемента Пельтье

В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту.

При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используется контакт двух полупроводников.

Современный элемент Пельтье  представляет собой конструкцию из двух пластин-изоляторов (как правило керамических.). Между этими пластинами-изоляторами находится одна или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута Bi2Te3 и твёрдого раствора SiGe), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой.

Устройство модульного элемента ПельтеА — контакты для подключенияB — горячая поверхностьC — холодная сторонаD — медные проводникиE — полупроводник p-типаF — полупроводник n-типа

Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n-p), а снизу — противоположные (p-n). Электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются… или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Соединение полупроводниковых элементов ПельтьеA- горячая сторона,  B — холодная сторона

Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70 °C.

В батареях элементов Пельтье возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, т.к. это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы Пельтье и, возможно, продлит срок его службы. Также, работа элемента Пельтье будет неэффективной, если пытаться стабилизировать температуру с использованием широтно-импульсной модуляции тока.

Маркировка элементов Пельтье

Маркировка элемента Пельтье разделена на три группы

  1. Обозначение элемента. Первые две буквы всегда «TE». После них идёт буква «C» (стандартный размер) или «S» — малый размер.Далее идёт цифра, указывающая сколько слоёв в элементе.
  2. Количество термопар в элементе.
  3. Величина номинального тока, в амперах.

Вот пример расшифровки маркировки элемента Пельтье

Пример расшифровки маркировки элемента Пельтье1- элемента Пельтье стандартного размера с 1 слоем элементов2 — содержит 127 термопар3 — номинальный ток 6 А

Иногда может быть четвёртая группа, указывающая на размеры модуля. Например, «40» указывает что элемент имеет размер 40х40 мм.

Технические параметры элементов Пельтье

Главными параметрами у элементов Пельтье являются:

  • Qmax – производительность холода. Данный параметр рассчитывается из максимального тока и разности температур между противолежащими обкладками модуля Пельтье
  • DTmax – максимальный температурный перепад между сторонами элемента Пельтье в идеальных условиях
  • Imax – ток, при котором перепад температур достигает своего максимума
  • Umax — предельное напряжение, при котором перепад температур достигает своего максимума
  • Resistence (RES) – сопротивление внутренних элементов изделия
  • КПД (COP) — данный показатель у самых лучших модулей едва дотягивается до 50 %. Но чаще всего встречаются элементы КПД от 20% до 30%.

Принцип работы

Термоэлектрический генератор
Термопара из опыта ЗеебекаОбозначения:

  • 1 – медный проводник.
  • 2 – проводник из сурьмы.
  • 3 – стрелка компаса.
  • А и В – места контакта двух проводников.

При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.

Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.

Термоэлектрический генератор
Современный элемент Пельтье с указанием размеров

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: