Генератор на элементах пельтье: Мощный генератор на 12 элементах Пельтье

Содержание

Мощный генератор на 12 элементах Пельтье

Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима. Потому что их нужно хорошо охлаждать, чтобы хоть что-то получить.

В эксперименте с испытанием мощного генератора использованы 12 модулей Пельтье TEC1-12706. Самые дешевые и популярные, продаются в этом китайском магазине. Для него есть кулер охлаждения.

Охлаждение в показанном примере осуществлялось вентилятором мощностью 5,4 ватта, 12 вольт.

О том, что это такое элемент Пельтье, какие у него характеристики и как работает, конструкции рабочих моделей, описано в нескольких статьях на нашем сайте, которые вы легко сможете найти через строку удобного поиска.

Цель эксперимента узнать, какую максимальную мощность может выдать обычный китайский самый дешевый термоэлемент в зимнее время года.
Итак, с началом эксперимента печь растоплена, когда дрова немного разгорелись, термогенератор начал работать и запустился вентилятор.

Он охлаждает холодную сторону термоэлементов. Схема простейшая. В конце видео показано, как собирается такой термогенератор.


В ходе эксперимента будет достигнуто максимальное напряжение холостого хода этого генератора. Потом при помощи потенциометра это напряжение будет понижено ровно вполовину. Тем самым уровняется сопротивление генератора и сопротивление нагрузки. Тогда в генераторе и в нагрузке рассеивается одна и та же величина мощности. Это даст 50 процентную мощность, точнее кпд 50% отдаваемой мощности. Это соответствует эффективности всего лишь 50%. Но зато выход такой мощности будет максимальным в таком соотношении. Но передача максимальной мощности имеет место только при таком соотношении!
По мере разогрева печи растет напряжение, выдаваемое электрогенератором. Вентилятор набрал обороты, это довольно мощный вентилятор мощностью 5,5 ватт.

Поэтому часть мощности он будет отбирать на себя. Та мощность, которую сейчас будет определена, это будет полезная мощность. Больше 26 вольт напряжение не поднимается. Подключаем потенциометр и начинаем добавлять сопротивление.


Теперь плавно доводим напряжение до 13 вольт. Зафиксирована мощность 9 ватт. Пока шли настройки, генератор прогрелся и мощность упала на 1,5 ватт.
Кратковременно удалось получить до 9 ватт. Но потом мощность упала и остановилась в пределах 7,5 ватт. Но этот показатель держался стабильно. Этой мощности хватит для зарядки любого телефона, смартфона или планшета.

Из 12 элементов пельтье получается 0,5 ватт и более на один элемент. При температуре воздуха ноль градусов это неплохой показатель на воздушном охлаждении. При температуре -20 результат был бы на порядок выше. Поэтому вполне возможно получить даже до одного ватта на один элемент пельтье, но при большом морозе.

Теперь вентилятор будет подключен через ваттметр для того, чтобы посмотреть, сколько полезной энергии расходуется на его работу. Прибор показал 6 ватт. Если бы не этот вентилятор, можно было бы добавить еще 5-6 ватт к мощности этого термогенератора.
В продолжение эксперимента вентилятор планировалось отключить, чтобы охлаждение делать с помощью снега. После того, как вентилятор сброшен, радиатор будет обильно покрыт снегом. Однако, в эксперименте произошла неожиданная авария. После того, как был снят вентилятор, печка перегрелась и вышел из строя какой-то из элементов пельтье, расплавившись без охлаждения. В системе произошло разъединение контактов. Поэтому вентилятор является в данном устройстве полезным элементом. Для безопасности же необходимо использовать защитные решетки.

Вывод следующий: порядка 1 ватта на элемент пельтье можно получить при хорошем морозе. Есть места, например якутия или дальний север, температура доходит до минус 50 градусов цельсия. Так что там 1 ватт с элемента получить будет просто. Представьте, в юрте печка, а за ней стена размером 1 x 2 м. Теплый стороной внутрь печки, а холодный наружу, где мороз и ветер. С одного квадратного метра таких элементов можно снять до 0,5 киловатта электричества. То есть, с 2 квадратных метров можно получить до одного киловатта электроэнергии.

Такие мощные печи на основе элементов Пельтье производятся в России. Называются они “Электрогенерирующая печь Индигирка”. Купить их можно в этом магазине, скидочный промокод 11920924.

Конструкция такого термогенератора предельно проста. 12 самых дешевых китайских элементах пельтье зажимаются между двумя алюминиевыми радиаторами, которые должны иметь ровные, в идеале полированные, поверхности. Естественно, на каждую сторону термоэлемента наносится термопаста.  Скручиваем радиаторы болтами и соединяем проводами. Крепим кулер, желательно мощнее. Ну и сама печка. Это кусок оцинковки, лучше нержавейки. Крепится к горячему радиатору болтами. Потом делается дно с отверстиями 7-8 миллиметров для забора воздуха.

Есть продолжение этого эксперимента. Чтобы найти его, напишите в поиске по сайту:  Пельтье на воздушном охлаждении.

Термогенератор Пельтье своими руками — Живой Журнал — ЖЖ

В продолжение темы о самодельных девайсах. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html
На этот раз речь пойдёт о темрогенераторе на элементах Пельтье.

Элементы Пельтье это такие небольшие (обычно 4х4 см.) штуковины, состоящие из керамических пластин и биметалла между ними, посредством которого при нагревании одной стороны и охлаждении другой – вырабатывается электрический ток. Или наоборот, подавая ток, нагреваем одну сторону и охлаждаем другую. Данное свойство элементов Пельтье используют при изготовлении переносных холодильников, но меня в первую очередь больше интересует генераторная способность этих устройств.

Действительно, очень удобно. Нагреваешь одну сторону элемента, охлаждаешь другую – и получаешь достаточный ток и напряжение для зарядки, например, сотового или прочих электронных девайсов. А у меня вообще с электричеством напряг, часто не бывает, так что такая штука мне жизненно необходима. Нет, конечно, частично, проблему нехватки электричества могут решить солнечные батареи. Это, на данном этапе, я вообще считаю один из лучших источников альтернативной энергетики. Поэтому у меня есть и солнечная батарея (о которой расскажу позже), небольшой, но достаточной для меня мощности. Выдаёт она где-то 1 – 1,5 ампера при напряжении от 5 до 15 вольт.

Но солнце есть не всегда, поэтому термогенератор оказался нужнее. Да и вне цивилизации он необходим, а также выживальщики, я думаю, такими вещами интересуются.

Для создания термогенератора подойдут не всякие элементы Пельтье, а лишь те, которые держат температуру 300-400 градусов. Конечно, можно изготовить генератор и из обычных элементов, тех, что применяют в холодильниках, но лишь в порядке эксперимента. Ибо, чуть только перегреете – и элемент выйдет из строя. Приобрести высокотемпературные элементы можно у американцев или у китайцев. (Небольшое отступление про китайцев: читая мой блог, может сложиться неверное представлениея, что я плохо отношусь к Китаю или китайцам. Совсем наоборот, Китаем я восхищаюсь, что не мешает мне считать, что это самый вероятный наш противник. Опять же, немцы тоже когда-то были нашим врагом, да и французы, да и кто только не был. И что с того? Будет война – будем ненавидеть, но пока мир – мы друзья. Тем более, что всё в конце концов закончится, как ранее в случае с другими нациями. И таки станут, после всех войн, русские и китайцы – братьями навек. Аминь.)
Можно приобрести элементы и у соотечественников, но уж совсем по баснословной цене, а это не наш путь.

Итак мой термогенератор нагревается масляной (на обычном, самом дешевом, подсолнечном масле) горелкой.

Которая помещена вот в такой разборный корпус, состоящий из консервной банки, регулятора высоты горелки и самого элемента Пельтье.

Сама горелка тоже состоит из банки и угольного фитиля.

Изготовить такой фитиль можно по этой видеоинструкции.

источник http://www.youtube.com/watch?v=onVj37r0F_4

Лично я делаю такие фитили из углей от костра, продвинутые жители больших городов могут просто купить древесный уголь в магазине. Подобная горелка и сама по себе хороша, можно использовать как источник освещения, вместо свечек. Масло на её работу уходит мало, особо не чадит, может гореть сутками.

Вот это элемент Пельтье, сверху на него помещен радиатор от охлаждения компьютерного процессора, с вентилятором.

Это регулятор уровня огня горелки. Я его изготовил от убитого CD-rom_а. Его можно изготовить из чего угодно, лишь бы фантазия работала.

Элемент Пельтье (в данном варианте два-три элемента, друг на друге, всё смазано термопастой) у меня зажат между охлаждающим радиатором и нагревающим радиатором.

Пространство вокруг элемента я заполнил резиной (от каблуков ненужной обуви) и склеил всё это автомобильным термогерметиком.

Вентилятор для охлаждения изготовил из 3–х вольтового двигателя от того же неисправного CD-rom_а и лопастей штатного вентилятора от компьютерного кулера. Двигатель и вентилятор состыковал при помощи китайского суперклея и дискодержателя от всё того же CD-rom_а. В результате получился вентилятор охлаждения, который начинает работать от полутора вольт и жрёт совсем небольшой ток.

Для радиатора нагревания взял радиатор от кулера старого процессора.

Напряжение, порядка 6-8 вольт, у меня выходит на преобразователь, где уменьшается до нужных для девайсов пяти вольт.

Про этот преобразователь я уже писал. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html

Вот и сам генератор в сборе. Кат только (в пределах минуты-две) вырабатываемое напряжение достигает полутора вольт, начинает крутиться вентилятор охлаждения, и холодная сторона элемента начинает охлаждаться. В рабочий режим генерации термогенератор выходит через несколько минут. От него можно питать светодиодные гирлянды и заряжать электронные девайсы. Мой генератор даёт порядка 400 миллиампер тока при 5 вольтах напряжения. Сила тока зависит от применяемого элемента. Если будет возможность, поставлю элементы получше.

Также данное устройство, если снять генераторную часть, можно использовать в качестве обычной горелки, для кипячения воды. Обычно я заполняю наполовину банку и она закипает через 10-15 минут.

Как сделать самодельный генератор для получения электричества от тепла свечи

Если сварить вместе два прутка из разных металлов, и начать нагревать место соединения, то на их концах появиться небольшое напряжение. В начале прошлого века по этому принципу делали тепловые генераторы для питания раций, которые снимали энергию с тепла костра. Повторить такое устройство можно и в домашних условиях, построив его на базе элементов Пельтье.

Материалы:

  • 4 элемента Пельтье — http://alii.pub/5p40l2
  • повышающий преобразователь до 5 В — http://alii.pub/5p40ra
  • термопаста — http://alii.pub/5p40vy
  • алюминиевая профильная труба 20х20 мм;
  • стальная тарелка;
  • стальной скребок для мытья посуды;
  • свеча таблетка;
  • листовой алюминий или полоса 40 мм.

Процесс изготовления теплового электрогенератора

Для изготовления теплообменника генератора нужно нарезать 4 заготовки из профильной трубы длиной по 60 мм.

Они просверливаются. К полученным отрезкам прикручиваются 3 боковые стенки из алюминиевой полосы шириной 40 мм. Внизу они подгибаются для устойчивости конструкции. Образованное ими окно под теплообменником необходимо, чтобы вставлять свечу.

Чтобы элемент Пельтье выдавал электричество, одна его сторона должна быть холодной, а вторая горячей. Поэтому для каждого из них нужно собрать радиатор. Он делается из той же алюминиевой полосы или листа, что и боковые стенки теплообменника. Радиатор представляет собой 3 заготовки разного размера, подогнутые с двух краев. Их ребра должны иметь такой угол изгиба, чтобы не мешать соседним радиаторам на теплообменнике. Гнуть удобно прижимая пластины в центре сначала профильной трубой 40 мм, затем 25 мм и 10 мм.

Детали радиатора просверливаются, в местах прилегания они смазываются термопастой. Их необходимо стянуть винтами с потайной головкой. Далее нужно зажать элементы Пельтье между теплообменником и радиаторами. Винтами при такой конфигурации это сделать не получится, поэтому можно использовать прижимы из тонкой проволоки.

Теплоэлектрический генератор готов к использованию. В трубки его теплообменника запрессовывается распущенный скребок для мойки посуды. Он позволит более эффективно снимать тепло со свечи.

Под генератор устанавливается свеча. В таком виде он уже выдает почти 1,5 В. Этого мало, поэтому нужно подключить преобразователь на 5 В. Для устойчивости генератор лучше прикрутить ко дну металлической миски.

Чтобы прибор генерировал больше электричества, можно вставить в свечу 2 дополнительные фитили.

После такой доработки 4 элемента Пельтье выдают почти 5 В. Однако для подзарядки смартфона этого мало. Телефон видит зарядку, но его текущие траты на подсветку экрана выше притока, поэтому он будет разряжаться. Зарядить получится только старый кнопочный мобильник в отключенном состоянии. Реально заряда хватает только для питания простенького Arduino или светодиодных фонарей.

Смотрите видео

О термоэлектрическом генераторе: изготовление термоэлектрогенератора своими руками

Современное пользовательское электрооборудование нуждается в постоянной подкачке электричества, источники которого не всегда имеются «под рукой» (в длительном пешем путешествии, например). С этой точки зрения, традиционные автомобильные аккумуляторы (АКБ) очень тяжелы для переноски и не годятся для классических походных условий. Их может заменить такое удобное в эксплуатации и транспортировке устройство, как термоэлектрический генератор своими руками изготовленный из подсобных элементов (общий вид ТЭГ приведён на фото ниже).

Общий вид ТЭГ

Несмотря на свои внушительные размеры, этот агрегат имеет малый вес и может быть разборным, то есть вполне подходит для транспортировки во время похода. Ознакомимся с принципом работы термоэлектрического генератора более детально.

Эффект Пельтье, его обратимость

Изготовление автономных термических генераторов электричества стало возможным благодаря открытию известного из курса физики эффекта Пельтье, состоящего в следующем. Оказывается, что разнородные по структуре проводники при протекании через зону их спайки электрического тока обнаруживают интересное свойство, состоящее в появлении разницы температур между их пограничными точками.

На основании этого открытия был разработан специальный элемент «Пельтье», состоящий их двух разнесённых на некоторое расстояние пластин из керамики с помещённой между ними биметаллической прокладкой. При пропускании через такие системы электрических зарядов одна из этих обкладок нагревается, а другая, напротив, – охлаждается, что в принципе позволяет делать на их основе холодильные установки.

Важно! При изменении направления тока через стык проводников (при прямом эффекте) меняется вектор градации температуры на стыках.

На размещённом ниже рисунке изображены модули различного типа и размера, чаще всего применяемые в технических изделиях этого класса.

Разнообразие модулей «Пельтье»

Как и многие другие электродинамические явления, этот эффект является полностью обратимым. Последнее означает, что при нагревании одной стороны пластин Пельтье и охлаждении другой на стыке между ними появится ЭДС, а через контактную зону и подключённую нагрузку потечёт небольшой ток (эффект Зеебека).

По этому принципу и функционирует рассматриваемый в этом обзоре генератор на элементах Пельтье, который вполне может работать на открытом воздухе (на рыбалке или в походе, например).

При проявлении эффекта Зеебека наблюдается та же зависимость от полярности происходящих изменений, а именно: если менять охлаждаемый и нагреваемый стыки местами, будет меняться и направление тока во всей системе. Таким образом, обратный элемент Пельтье как генератор электроэнергии представляет собой достаточно универсальное устройство, имеющее возможность регулировки величины и направления получаемой ЭДС.

Физическое объяснение

Причина возникновения разницы температур (в случае эффекта Пельтье) заключается в энергетике контактных зон, образующихся в местах стыка двух разнородных веществ (висмута и сурьмы, например). Особенности этих образований могут быть представлены следующим образом:

  • Из-за различной концентрации положительных и отрицательных зарядов в границах полярных зон (в центре размещается одно вещество, по краям – другое) между ними образуются собственные разнонаправленные электрические поля;
  • При протекании тока через контакт, в котором направление внешней и внутренней ЭДС совпадают, на поддержание перемещения электронов (на совершение работы в поле той же полярности) будет расходоваться внутренняя энергия вещества. Из основ физики известно, что такое явление соответствует остыванию материала в этом месте;
  • Соответственно этому, во второй контактной зоне, где направление приложенной ЭДС противоположно внутреннему полю, электроны будут тормозиться, и внешнему источнику придётся затрачивать дополнительную энергию по их перемещению. Согласно тем же физическим законам, указанный эффект соответствует забору энергии или нагреву материала в точке стыковки (смотрите фото ниже).

Пограничные явления в зонах Пельтье

Обратите внимание! Напряжённости таких полевых образований максимальны на пограничных участках двух неоднородных сред (полупроводников разной проводимости, например), вследствие чего здесь этот эффект проявляется с особой силой.

Среди работающих по этому принципу устройств наиболее известны термические модули (ТЭМ), состоящие из разных типов полупроводников с размещённой между ними медной токопроводящей прокладкой.

Особенности функционирования ТЭМ

Принцип действия и конструкция

При рассмотрении особенностей функционирования ТЭМ, работающих по тому же принципу, что генератор Пельтье, необходимо обратить внимание на следующие моменты:

  • В одном таком элементе имеется четыре перехода, которые образуются в пограничных зонах между краями металлической прокладки и двумя разнородными полупроводниковыми пластинами;
  • При образовании замкнутой цепочки поток электронов перемещается по направлению от минуса источника питания к его плюсу, проходя через каждый переход;
  • На границе первого по порядку барьера (полупроводник p-типа – медь) разогнанные во внешнем поле электроны переходят в состояние с меньшими энергиями разгона, вследствие чего происходит тепловыделение;
  • На следующем переходе наблюдается поглощение энергии (то есть охлаждение материала), что объясняется её расходом на работу по перемещению из зоны проводимости типа «p»;
  • На третьем пограничном переходе они попадают в зону полупроводника «n» со значительно большей, чем в прокладке из металла энергией, из-за чего здесь наблюдается её поглощение. Это приводит к охлаждению материала полупроводника на границе данного стыкового образования;
  • В последнем переходе вследствие попадания электронов в зону с меньшими энергиями наблюдается обратный процесс, связанный с тепловыделением.

Поскольку каждый из рассмотренных барьеров в границах ТЭМ располагается в разных плоскостях, такая конструкция с одной из сторон будет иметь более низкую температуру, а с другой – более высокую. На их основе создаются недорогие и лёгкие термогенераторы.

Дополнительная информация. В большинстве промышленных образцов ТЭМ функцию полупроводников выполняют соединения кремния и висмута.

В готовом к практическому использованию элементе содержится большое количество рассмотренных ранее переходов, что позволяет получать вполне ощутимые по величине температурные перепады. Используя обратный эффект (охлаждая одну из его сторон и нагревая другую) удаётся получить электрогенератор, энергии от которого будет хватать для зарядки мобильного телефона, например.

Достоинства и недостатки

К преимуществам модулей типа ТЭМ, используемых в режимах охлаждения и нагрева, можно отнести их универсальность, небольшие габариты и лёгкость, что особо важно в походных условиях.

Их существенным недостатком является высокая стоимость, сравнительно низкий КПД (всего 2-3%), а также необходимость в стороннем источнике, позволяющем получить требуемый перепад температур.

Обратите внимание! Все перечисленные достоинства и недостатки относятся и к элементам ТЭМ, используемым как термоэлектрогенератор (смотрите рисунок ниже).

Модуль ТЭМ

Несмотря на присущие им недостатки, все эти изделия довольно часто применяются в различных сферах, где уровень энергозатрат не имеет решающего значения.

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).

Термоэлементы 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).

Самодельный 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.

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).

Видео

Термоэлектрические модули, элементы Пельтье

 

ГТЭГ является автономным источником электоэнергии, работающим на природном газе, пропане или пропано-бутановой смеси. Он применяется для комплектации автономных источников электроэнергии мощностью от 150 до 5000 Вт.

ГТЭГ используется для питания катодной защиты газопроводов от коррозии, питания изолированных от стационарного электроснабжения узлов учета, питания средств радиорелейной связи, средств автоматики и телемеханики, входит в состав автономного источника питания.

Увеличение эффективности термоэлектрического преобразования позволило достичь выходной мощности с обного генератора 500 Вт при использовании с жидкостной системой охлаждения в ГТЭГ-500. На сегодняшний день производится четыре версии генератора: ГТЭГ-500, ГТЭГ-300, ГТЭГ-220 и ГТЭГ-150 (ГТГ-150Н), мощностью 500 Вт, 300 Вт, 220 Вт и 150 Вт соответственно. 

Термоэлектрические генераторы ГТЭГ соответствуют следующим техрегламентам Таможенного союза: ТР ТС 020/2011 Электромагнитная совместимость технических средств, а так же ТР ТС 004/2011 О безопасности низковольтного оборудования.

Для Вашего удобства мы собрали все генераторы серии ГТЭГ в одном месте. Предлагаем вам скачать «Альбом типовых проектных решений автономного электропитания на основе термоэлектрических генераторов на газовом топливе серии ГТЭГ» по этой ссылке: скачать альбом.  

 

Технические параметры ГТЭГ

Модель генератора ГТЭГ-1000 ГТЭГ-500 ГТЭГ-450 ГТЭГ-300 ГТЭГ-200 ГТЭГ-150 (ГТГ-150Н)
Электрическая мощность при напряжении (28 ± 1 В), Вт  1000 500 450 300 200 150
Срок службы, лет не менее 10 10 25 25 25 10
Габаритные размеры, мм Глубина 750, ширина 550, высота 2100 Глубина 750, ширина 550, высота 2100 Диаметр 620, 
Высота 1860
Глубина 760, ширина 620, высота 1810

Глубина 765,
ширина 610,
высота 3250

Диаметр 600, 
Высота 1030
Масса, кг 230 230 320 320 136 155

Современный камин XXI века с камерой Жильяра и генератором на элементах Пельтье

Вы можете ознакомиться с изобретениями Николая Егина
Данный сайт остается как память об изобретателе

Важная информация об авторских свидетельствах

Современный камин XXI века с камерой Жильяра и генератором на элементах Пельтье

Камин – это просто очаг (по латыни caminus). Камин одно из самых древних изобретений человечества. За столетия внешний вид и конструкция камина существенно изменилась. Его переместили к стене, а дымоходы убрали в стену. Созданы подлинные художественные шедевры оформления камина. Мода на камины сейчас вернулась. Но КПД у камина ниже, чем у закрытой печи. Первыми, как повысить теплоотдачу камина, задумались французы и в 1861 году парижский инженер Жильяр, развивая плодотворную идею англичанина Доусона, предложил конструкцию камина с камерами для сухой перегонки тощего каменного угля. Затем камеры, названные его именем, Жильяр усовершенствовал и стал пропускать водяной пар через раскаленный уголь, получая «водяной» или по современной терминологии – синтез-газ. Выработанный таким образом синтез-газ можно было сжигать в топке камина или в топках других комнат, обогревая их.

Николай Егин многие годы работал с синтез–газом. В его творческой лаборатории созданы новые технологии и накоплен опыт получения ценного горючего газа из любых органических отходов сельского хозяйства, а также отходов промышленных, нефтяных и угледобывающих предприятий, твердых бытовых отходов…

Современная камера Жильяра в камене Егина отличается более доведенной конструкцией, где происходит уже не только пиролиз, но ещё и рекуперация и рециркуляция тепла отходящих газов, и каталитическое восстановление выбросов углекислого газа в горючий оксид углерода. Это и другие усовершенствования и изобретения Егина позволяют повысить КПД топочной системы до 90%. Расход топлива снижается в 3-7 раз. Такой камин становиться не только роскошным украшением, но и мощным конкурентом отопительным системам.

Другие изобретения и усовершенствования камина Егиным:

  • Подогрев остывшей каминной кладки с помощью углеродных лент. Такую тепловую накачку особенно выгодно проводить в ночное время, когда киловатт/час электроэнергии стоит вчетверо дешевле пикового. Углеродные ленты в отличии от ТЭНов служат до 30 лет.
  • Раздвижные экраны из альфолевой ленты. Позволяют управлять величиной и направлениями теплового излучения камина. Это поможет создать комфортные зоны и экономит энергию.
  • Дополнит камин собственный источник энергии – термохимический генератор типа ГТГ-150, применяемый в газовой и нефтяной промышленности для радиорелейной связи и катодной защиты трубопроводов. Он устанавливается на трубе камина и дает ток за счет эффекта Пельтье.
  • Синтез-газ из каминной камеры Жильяра можно вывести в ДВС генератора электроэнергии мощностью до 5-ти КВт. Этой мощности хватит для всех нужд современного коттеджа.
  • Использование массивной каминной кладки для накопления холода. Холод вырабатывают элементы Пельтье. Их КПД приближается к 99,5%, намного обгоняя современные кондиционеры и холодильники. Выработанный по ночным тарифам на электроэнергию холод накапливается кладкой, а управлять его распределением можно с помощью все тех же альфолиевых экранов и воздушных каналов отопления.

Камин XXI века может стать достойным приемником своего предка не только в красоте, но и в функциональности!


Все представленные на сайте изобретения имеют авторские свидетельства на изобретение, чертежи и конструкторскую документацию. Автор – Николай Егин.

Важная информация об авторских свидетельствах

принцип работы, области применения, сборка

В электротехнике используется много разных физических эффектов, процессов и свойств материалов. Достаточно вспомнить магнетизм, емкостные характеристики диэлектриков, сопротивление металлов прохождению тока. Определенный интерес представляют конструкции, содержащие связки двух полупроводников p- и n- типа, физические состояния которых, — под действием электрического тока — меняются. Речь идет об элементах Пельтье, названых так по имени первооткрывателя эффекта.

При подаче электроэнергии в устройство названого типа, место соприкосновения пластин разной энергетической проводимости нагревается или охлаждается в зависимости от направления движения тока. Причем разница температур может быть весьма велика и зависит в большей степени только от поступающего напряжения. Доступность конструкции позволяет изготовить самодельный элемент Пельтье даже в домашних условиях силами заинтересованного любителя электроники из вполне доступных материалов.

Самодельный холодильник с использованием элемента Пельтье:

Ниши применения аппарата довольно широки, от создания разогревающих поверхностей, до систем охлаждения процессоров, напитков или даже создания мини-холодильников. Единственный минус элемента — стоимость исходных материалов. Для миниатюрных конструкций еще можно найти необходимое их количество в компонентах электроники. В случае больших и соответственно мощных аппаратов, цена полупроводников будет дороже.

Теперь что касается выработки тока на биметаллических пластинах. Физическое явление ошибочно относят конкретно к элементам Пельтье, что не совсем точно соответствует истине. Изначально эффект открыт был Т. И. Зеебеком от фамилии которого и получил свое название. В проведенных исследованиях было выявлено, что в двух связанных проводниках из различных металлов (не обязательно p- и n- типа), для которых создается разница температур в отношении каждого, методом нагрева одного и охлаждением другого, возникает электрический ток. Правда, КПД процесса выше у полупроводниковой конструкции, больше напоминающей классический элемент Пельтье.

Генератор на основе эффекта Зеебека:

К сожалению, несмотря на видимые преимущества термических генераторов, производящих электричество и работающих на основе эффекта Зеебека, широкого распространения они не получили. Во всем виновата изначальная цена материалов, от которых непосредственно зависит коэффициент полезного действия на каждую единицу площади устройства. Кроме того, не стоит забывать о разнице температур, резкость которой в природе получить достаточно сложно. Есть конечно варианты, когда генератор названого типа работает на принудительном нагреве одной пластины и охлаждении другой. Причем первое действие производится не только за счет сгорания ископаемого топлива, но и к примеру, при распаде радиоактивных элементов или воздействия солнечных лучей. К сожалению, мощность таких устройств относительно мала по сравнению с энергозатратами, нужными для конечного производства тока. Классические виды генераторов в названом случае более эффективны при весьма солидной экономии топлива, необходимого для работы, или же при слабом действии природных факторов.

Еще один генератор, использующий тепло для питания слабого потребителя:

Краткая история открытия и обоснование физики работы

В основе работы элемента Пельтье находится физический принцип прохождения тока через две соприкасающиеся пластины, изготовленные из материалов с различными уровнями энергии тока прохождения, или другими словами — полупроводниками отличающихся типов. В месте их соединения будет наблюдаться нагрев при подаче тока в одну сторону, и понижение температуры при движении его в обратную.

Открыт эффект был еще в 18 веке Жан-Шарлем Пельтье, который получил его случайно, соединив контакты из висмута и сурьмы от источника тока. Капля воды, находящаяся в точке соприкосновения, превратилась в лед, что и вызвало интерес исследователя. Практическое применение открытие не получило по причине слабой распространенности электротехники в указанный период времени. Вспомнили о нем уже позднее, в век развития микроэлектроники, компонентам которой нужно было миниатюрное охлаждение, желательно без жидкостей и подвижных частей (насосов, вентиляторов и прочих).

Продаваемые сборки элементов Пельтье:

Элемент Пельтье можно создать не только из полупроводников. Но, к сожалению, эффект от использования различных проводящих металлов будет ниже, и практически полностью потеряется за счёт нагревания их в месте соприкосновения и общей теплопроводности материала.

Внутреннее устройство элемента Пельтье:

В общем виде конструкция выглядит как набор электродов кубической формы, изготовленных из полупроводников n- и p-типа. Каждый из них соединен с противоположными проводящими контактами, а все указанные пары соединены между собой последовательно. Причем расположение элементов выполняется так, чтобы связующие металлы между сборками полупроводников одного типа, соприкасались с первой стороной устройства в общем, а второго с противоположной. Сами p- и n- кубы зачастую изготавливаются из теллурида висмута и сплава кремния с германием. Соединительные контакты обычно из меди, алюминия или железа. Здесь главное требование — хорошая теплопроводность. Количество же пар в одной конструкции не ограничивается, и чем их больше, тем эффективнее работает элемент Пельтье. При подаче напряжения на сборку одна ее сторона нагревается, вторая охлаждается.

Принципиальная схема соединений в элементе Пельтье:

Годом нахождения обратного эффекта, выражающегося в выработке тока при охлаждении и нагреве соединенных проводников из разных металлов, принято считать 1821. Открытие было сделано Т. И. Зеебеком, который уже на следующий год опубликовал его в статье, предназначенной для Прусской академии наук, с названием «К вопросу о магнитной поляризации некоторых металлов и руд, возникающей в условиях разности температур».

Хотя согласно его работе, система генерации действует не только при использовании полупроводников, с ними ее КПД намного выше.

Элемент Пельтье, предназначенный целям генерации тока:

Где применяется

Миниатюрность настоящих элементов и относительно низкое их энергопотребление, — вкупе с отсутствием движущихся частей или различных жидкостей, применяемых в целях переноса тепла — предоставляет широкий спектр ниш использования. Сюда входят автомобильные кондиционеры, системы охлаждения микросхем и элементов электроники, мини-холодильники, подставки поддерживающие определенную температуру размещенных сверху емкостей. Кроме названых используется оборудование на элементах Пельтье в специфичных сферах, на подобии ПЦР-амплификаторов, нагревающихся систем вспышки фотоаппаратов, телескопах (для снижения теплового шума) и приемниках излучения инфракрасных устройств.

Реже можно заметить настоящий элемент в роли части конструкции генераторов. Хотя на рынках периодически всплывают аппараты аналогичного класса, к примеру, в виде фонариков, работающих от тепла человеческого тела или слабых машин, производящих электрический ток в целях подзарядки аккумуляторов смартфонов или ноутбуков.

Напряжение, получаемое на выходе элементов Пельтье:

Достоинства и недостатки

Как уже говорилось ранее, основным плюсом элементов Пельтье служит их миниатюрность, вкупе с отсутствием движущихся частей и агрегатных сред, используемых для передачи температуры. Соответственно, нет различных вентиляторов и насосов, хотя первые и могут использоваться для создания более быстрой конвекции тепла устройства и внешней среды. Кроме названых можно вспомнить простоту конструкции, которую в принципе может повторить каждый, изготовив элемент Пельтье своими руками.

Есть и минусы, основным из которых можно назвать низкий КПД, требующий повышения силы тока для создания действительно значимой разницы температур между горячей и холодной частью.

Эффект охлаждения достигаемый при использовании элементов Пельтье:

Элементы Пельтье своими руками

Получив теоретические знания о функционировании биметаллического устройства, пора перейти к тому, как сделать элемент Пельтье своими руками. Вот только сначала нужно выбрать нишу его применения. Хотя бы потому, что использовать устройство можно для охлаждения чего-либо, нагрева, или в качестве генератора с целью выработки электроэнергии. Последний вариант предпочтительнее по причине ненужности большого количества исходных материалов, хотя бы потому что многовольтное и высокоамперное устройство изготовить в любом случае сложно, особенно дома, ну а для целей подзарядки чего-либо подойдет и меньший его вариант. Хотя лучше купить готовый элемент Пельтье требуемой мощности с торговых интернет-площадок, чем заниматься его изначальным и достаточно невыгодным изготовлением.

Из диодов и транзисторов

Фактически любой элемент Пельтье представляет собой гирлянду из последовательно соединенных диодов, работающих в режиме пробоя. В сущности, любой электронный компонент, пропускающий ток в одном направлении и препятствующий его прохождению в обратном, построен на принципах соединения полупроводников p-n типа. Что в свою очередь наводит на мысли о схожести системы на искомую конструкцию, аналогичную той, которую имеет модуль Пельтье. Если брать во внимание диоды с пластмассовой оболочкой (включая излучающие свет), мешает доступу к самим контактным пластинам из разных металлов только сам корпус устройства.

Вот они, две пластины полупроводника в прозрачном диоде:

Случай транзисторов аналогичен, конечно учитывая то, что в большинстве из них три контакта, два из полупроводника одного типа и один (меньший) другого. Хотя избавиться от корпуса, если он металлический, проще, что довольно распространено у элементов названого типа — достаточно срезать верхнюю крышку и получить доступ к открытым контактным пластинам.

Металлический транзистор со снятой крышкой:

Саму процедуру избавления от корпуса возложим на читателей, с рекомендацией попробовать нагрев, кислоту или механическое снятие преграды. Что касается соединения контактных площадок, здесь некоторые фанаты, судя по имеющейся информации, использовали меднение их верхушек электрическим методом. Впоследствии к подготовленным участкам осуществлялась пайка проводящих контактов.

После получения требуемых металлов, главное, что нужно помнить при их подключении — направление прохождения тока и последовательное соединение, выглядящее, как p-n-p-n-p-n, учитывая тип полупроводников. Кроме того, чем больше будет использовано элементов в конструкции, вне зависимости от их размера, тем и выше КПД получившегося генератора или устройства создающего тепло вместе с холодом.

В окончании

Статья полностью объясняет, как работает элемент Пельтье и можно ли его повторить своими руками, используя только доступные материалы. Целесообразность самоличной сборки в практических целях оставляем на совести интересующихся вопросом. Хотя устройство, сделанное лично, безусловно более полно удовлетворит внутреннего любителя все делать самостоятельно, в отличие от покупного.

Видео по теме

Удивительный генератор Зеебека — Марка:

Фотография Стива Дабл.

Ячейки Пельтье — это плоские устройства, которые отводят тепло от одной стороны к другой посредством термоэлектрического принципа, называемого эффектом Пельтье. Ячейки обычно используются для отвода тепла от процессоров или видеокарт, а также используются в охладителях и обогревателях для кемпинга. Удивительный генератор Зеебека использует одно из этих устройств в обратном направлении, чтобы преобразовать дифференциал тепла в электричество, а не использовать электричество для создания дифференциала тепла.

Первоначально я сделал этот проект, потому что мне нужно было что-то вроде парогенератора, но без шума и проблем с обслуживанием, связанных с паром. Я был приятно удивлен, когда обнаружил, что мой элемент Пельтье за ​​$ 5 37 Вт от eBay может улавливать тепло от одной чайной свечи или спиртовой горелки и использовать его для выработки около 5 В при 1 А, что делает его идеальным для питания радиоприемников. мобильные телефоны и светодиодные фонари. Вы можете сделать удивительный генератор Зеебека менее чем за час, используя в основном лом или переработанные детали, и он имеет отчетливое ощущение стимпанка.

В кулере

Эффекты Пельтье и Зеебека обмениваются разницей температур и электричеством. В термоэлектрическом охладителе, также известном как устройство Пельтье, чередующиеся слои разных полупроводниковых материалов соединяются зигзагообразно между двумя пластинами. Нагрев одной пластины отталкивает электроны в одном материале, притягивая их в другом. Это индуцирует электрический ток в одном направлении — эффект Зеебека. И наоборот, при подаче напряжения на переход отводится тепло к одной стороне, а другая охлаждается — эффект Пельтье.

Множественные переходы зигзага работают параллельно, что умножает эффекты. Независимо от того, используется ли устройство для преобразования разности температур в напряжение или наоборот, оно выполняет преобразование без движущихся частей.

К сожалению, термоэлектрические устройства обычно имеют КПД всего 1-2%, или 5% с учетом последних достижений. Этого недостаточно, чтобы сделать крупномасштабное производство термоэлектрической энергии (ТЭГ) практичным, хотя многие исследователи пытаются повысить эффективность.Но термоэлектрические генераторы полезны и для других целей; они могут измерять экстремальные перепады температур и используются в системах отопления для питания конвекционных вентиляторов и насосов с использованием отработанного тепла, регенерированного из печных труб и котлов.

Принцип, лежащий в основе нашего удивительного генератора Зеебека, прост. Мы размещаем нашу ячейку Пельтье горизонтально над «печью» из жестяных банок, нагреваем нижнюю сторону свечой или спиртовой горелкой и охлаждаем верхнюю часть с помощью радиатора и вентилятора.

1. Изготовить печь для банок

1а.С помощью небольшого ножа или дремеля с режущей головкой сделайте 3 или 4 U-образных разреза на равном расстоянии вокруг пустой жестяной банки рядом с открытым концом (дном печи). Загните получившиеся металлические язычки на 90 ° в банку, чтобы получились скобки. Они будут удерживать крышку банки позже, чтобы создать ровную площадку для свечи.

ВНИМАНИЕ: Надевайте перчатки для защиты рук при резке металла.

1б. Вырежьте еще одно отверстие большего размера в банке между двумя скобами напротив шва банки, которое идет дальше к верху.Отверстие должно быть достаточно большим, чтобы сквозь него могли проходить свечи и пальцы. С помощью плоскогубцев загните края этих надрезов в банку так, чтобы не было видно острых краев.

1с. Вырежьте еще 2 прямоугольных отверстия с каждой стороны банки рядом с закрытым концом (верхом), чтобы свет светил и поступал воздух. Просверлите отверстие над каждым из них, ближе к закрытому концу, этого достаточно. чтобы болты прошли сквозь них.

2. Добавьте дымоход (необязательно)

Дымоход не является функционально необходимым, но он добавляет ощущение стимпанка и уравновешивает дизайн.
Если вы также хотите покрасить стороны банки, вы можете использовать высокотемпературную краску, но я предпочитаю естественный блеск металла.

2а. Просверлите или прорежьте еще одно отверстие в банке рядом с закрытым концом и сквозь шов, который является самой прочной частью банки. Отверстие должно быть того же размера, что и медное колено, и должно быть достаточно плотным, чтобы удерживать дымоход на месте.

2б. Проденьте колено через отверстие. Если он не плотно прилегает, используйте высокотемпературный силиконовый клей или замазку для ремонта выхлопных газов, чтобы закрепить его.Затем наденьте трубу дымохода на колено.

3. Сделайте прокладку

Вы можете просто разместить ячейку Пельтье между банкой и радиатором, но установка ее внутри прокладки ограничивает теплообмен вокруг нее, что повышает эффективность.

3а. Вырежьте из материала печатной платы круг такого же диаметра, как и консервная банка. Вы можете использовать кольцевую пилу или круговой нож, если он у вас есть. В противном случае используйте канцелярский нож, чтобы вырезать шестиугольную форму, затем подпилите ее по размеру.Печатная плата хрупкая, поэтому нанесите глубокие надрезы с обеих сторон и отщелкните излишки плоскогубцами.

3б. Вырежьте в прокладке отверстие для ячейки Пельтье. Обведите ячейку маркером, оставив дополнительное пространство для выходящих из ячейки контактов кабеля. Затем обрежьте контур канцелярским ножом.

4. Соберем все вместе

4а. Прикрутите пружины к верхней части банки, пропустив каждый болт через конец пружины, гайку, банку и другую гайку внутри банки в указанном порядке.Закрепить болт на глубину дополнительной гайкой проще, чем иметь одну гайку внутри банки. Затем прикрепите радиатор к вентилятору 5 В. Я использовал тонкую медную проволоку, но вы также можете использовать клей или шурупы.

4б. Поместите прокладку в верхнюю часть банки и поместите ячейку Пельтье в зазор. Для повышения эффективности нанесите тонкий слой смазки для теплопередачи (также называемой компаундом для теплоотвода) с обеих сторон ячейки.

4с. Закрепите радиатор на верхней части ячейки Пельтье, зацепив верхние части пружин за натяжную планку радиатора.Если его нет, просверлите отверстия с каждой стороны, чтобы продеть пружины.

Установите крышку на держатели внутри. Если банка маленькая, закрепите ее на прочном основании с помощью силиконового клея. Затем сделайте подсвечник, который поместится внутри банки. Я использовал банку с анчоусами с жесткой проволокой в ​​качестве ручки.

4д. Скрутите или спаяйте вместе красный (+) и черный (-) провода от вентилятора и элемента Пельтье, красный с красным и черный с черным, а также подключите к каждому из них провод из крокодиловой кожи для подключения генератора к другим устройствам.

Украшайте как хотите (я добавил причудливую дверь от модели паровой машины к подсвечнику), и готово!

Огневая мощь

Одна свеча

Поставьте свечу в печь из жестяных банок и подождите, пока нагреется. Если свеча продолжает гаснуть, добавьте в печь еще дырок.

Если вы все сделали правильно, вентилятор начнет вращаться. Если у вас есть измеритель напряжения, вы должны начать видеть показания вскоре после того, как зажжется свеча. Если вентилятор не вращается, убедитесь, что провода вентилятора не подключены в обратном направлении.

Регулировка напряжения

Выходной сигнал элемента Пельтье не регулируется, и его напряжение будет изменяться вместе с пламенем и уровнем топлива. Нерегулируемая мощность может убить некоторое электронное оборудование (хотя я подключил свой MP3-плеер и радио к нерегулируемому току без каких-либо побочных эффектов).

Вы можете исправить это с помощью регулятора напряжения LM317. Эти дешевые и легкодоступные компоненты могут быть сконфигурированы для создания постоянного напряжения от 1,2 В до 25 В. Вы можете подключить элемент Пельтье, генерирующий примерно 5 В, к LM317, чтобы получить регулируемое выходное напряжение до примерно 3.8 В, настраиваемое поворотом потенциометра. Выходное напряжение 3,8 В позволяет включать мощный светодиод, заряжать КПК или мобильный телефон, а также включать радио или MP3-плеер.

Для питания устройств с более высоким напряжением вам потребуется создать повышающий стабилизатор, который объединяет схему генератора с умножителем напряжения для повышения напряжения при понижении тока.

ВНИМАНИЕ: Цепи повышающего напряжения являются умеренно сложными, и вам не следует пытаться их построить, если вы не знакомы с электроникой, поскольку они могут вызвать неприятный (и потенциально смертельный) ток.

Повышение выходной мощности

Для большей мощности используйте спиртовую горелку вместо свечи и увеличьте пламя. Используйте банку меньшего размера, радиатор большего размера и много смазки для радиатора.

Вы также можете увеличить производительность, соединив несколько ячеек Пельтье. Соедините их параллельно, чтобы увеличить ток, и соедините их последовательно, чтобы увеличить напряжение. Используйте диоды LN4001 или LN4002, чтобы предотвратить проникновение тока в ячейки. В случае параллельных ячеек подключите диод к положительному выводу каждой ячейки так, чтобы его серебряная полоса была обращена в сторону от ячейки. Подключив ячейки последовательно, подключите диод от красного провода каждой ячейки к черному проводу следующей ячейки, чтобы серебряная полоса была обращена к черному.

Термоэлектрический генератор

: как построить один

Термоэлектрический генератор

представляет собой полупроводниковое устройство, которое преобразует разницу тепла между двумя слоями в электричество.

Он принадлежит к классу материалов, называемых «термоэлектриками», и является одной из самых больших надежд автомобильной промышленности в отношении экономии, получаемой от двигателя внутреннего сгорания. Его также называют «генератором Пельтье».”

С генератором Пельтье автомобиль может эффективно снизить расход топлива за счет рекуперации части энергии, которую двигатель теряет в виде тепла, и передачи ее аккумулятору, тем самым помогая приводить в действие электронику автомобиля и даже кондиционер. В случае гибридных автомобилей термоэлектрический генератор также может преобразовывать тепло в движение.

Вот как вы можете самостоятельно разработать термоэлектрический генератор Пельтье в домашних условиях:

1. Берем два радиатора

Они должны быть достаточно большими для ваших нужд и смочить их термопастой в том месте, где блок Пельтье застрянет (вы можете найти его в любом IT-магазине / RadioShack).

2. Изготовить теплоизолятор

Это необходимо для разделения двух радиаторов. Это может быть что угодно, если только оно соответствует максимальной температуре вашего приложения (не плавится). Изолятор не должен быть толще блока Пельтье, который вы устанавливаете между радиаторами. Вырежьте отверстие по размеру и форме элемента Пельтье, чтобы оно идеально входило в изолятор. Также освободите место для двух проводов.

3. Собрать генератор

Соедините два радиатора, изолятор с блоком Пельтье и установите источник тепла на один из радиаторов.Чем дольше вы ждете, тем выше напряжение и ток (мощность) вы получаете от устройства Пельтье.

Конечно, у всего есть свои ограничения, но с блоком размером с тот, который показан в следующем видео, вы легко сможете управлять небольшими гаджетами, которые есть у вас дома. Термоэлектрический генератор большего размера послужит более высоким целям.

Посмотрите видео и сделайте то же самое! Удачи!

(Посещений 17946 раз, сегодня 1 посещений)

Как работают термоэлектрические генераторы | ООО «Прикладные термоэлектрические решения»

Как работают термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) — это твердотельные полупроводниковые устройства, которые преобразуют разницу температур и тепловой поток в полезный источник постоянного тока. Полупроводниковые устройства термоэлектрического генератора используют эффект Зеебека для генерации напряжения. Это генерируемое напряжение управляет электрическим током и производит полезную мощность на нагрузке.

Модуль термоэлектрического генератора

Термоэлектрический генератор — это не то же самое, что термоэлектрический охладитель. (также известный как TEC, модуль Пельтье, чипы охлаждения, твердотельное охлаждение)

Термоэлектрический охладитель работает наоборот термоэлектрического генератора. Когда на термоэлектрический охладитель подается напряжение, возникает электрический ток.Этот ток вызывает эффект Пельтье. Благодаря этому тепло перемещается с холодной стороны на горячую. Термоэлектрический охладитель также является твердотельным полупроводниковым прибором. Компоненты такие же, как у термоэлектрического генератора, но конструкция компонентов в большинстве случаев отличается.

В то время как термоэлектрические генераторы используются для выработки энергии, термоэлектрические охладители (охладители Пельтье) используются для отвода или добавления тепла. Термоэлектрическое охлаждение находит множество применений в охлаждении, обогреве, охлаждении, контроле температуры и терморегулировании.

В центре внимания остальных постов — термоэлектрические генераторы.

Как термоэлектрический генератор использует эффект Зеебека?

Основным строительным блоком термоэлектрического генератора является термопара. Термопара состоит из одного полупроводника p-типа и одного полупроводника n-типа. Полупроводники соединены металлической полосой, которая соединяет их последовательно. Полупроводники также известны как термоэлементы, кубики или гранулы.

Пара термоэлектрических генераторов Термоэлектрический генератор (пеллеты, кубики, полупроводники, термоэлементы)

Эффект Зеебека — это прямое преобразование энергии тепла в потенциал напряжения.Эффект Зеебека возникает из-за движения носителей заряда внутри полупроводников. В легированных полупроводниках n-типа носителями заряда являются электроны, а в легированных полупроводниках p-типа носителями заряда являются дырки. Носители заряда диффундируют от горячей стороны полупроводника. Эта диффузия приводит к скоплению носителей заряда на одном конце. Это накопление заряда создает потенциал напряжения, который прямо пропорционален разнице температур в полупроводнике.

Носители заряда термоэлектрических генераторов

Какие полупроводниковые материалы используются для термоэлектрических генераторов?

Для термоэлектрических генераторов обычно используются три материала.Эти материалы представляют собой теллурид висмута (Bi2Te3), теллурид свинца (PbTe) и кремний-германий (SiGe). Какой материал используется, зависит от характеристик источника тепла, радиатора и конструкции термоэлектрического генератора. Многие материалы для термоэлектрических генераторов в настоящее время проходят исследования, но еще не реализованы.

Теллурид сурьмы и висмута (BiSbTe)

Что такое модуль термоэлектрического генератора?

Для создания модуля термоэлектрического генератора многие пары p-типа и n-типа электрически соединяются последовательно и / или параллельно для создания требуемых электрического тока и напряжения. Пары помещаются между двумя параллельными керамическими пластинами. Пластины обеспечивают жесткость конструкции, плоскую поверхность для монтажа и диэлектрический слой для предотвращения коротких замыканий.

Модуль термоэлектрического генератора

Кто открыл эффект Зеебека? Когда был обнаружен эффект Зеебека?

До недавнего времени считалось, что Томас Зеебек открыл то, что сегодня известно как эффект Зеебека. Сейчас считается, что Алессандро Вольта открыл эффект Зеебека за 27 лет до Томаса Зеебека.Открытие произошло за 224 года до написания этой статьи.

В 1794 году Алессандро Вольта провел эксперименты, в которых он придал железному стержню U-образную форму. Один конец стержня нагревали, погружая его в кипящую воду. Когда неравномерно нагретый стержень был электрически соединен с уже не живой ногой лягушки, через ногу лягушки пропускался ток, и мышцы сокращались. Считается, что это первая демонстрация эффекта Зеебека.

Алессандро Вольта

В 1821 году Томас Зеебек обнаружил, что при нагревании одного из стыков двух соединенных разнородных металлов стрелка компаса, расположенная на близком расстоянии, вращается. Первоначально это называлось термомагнитным эффектом. Позже было обнаружено, что напряжение и, следовательно, ток индуцировались нагревом перехода. Ток создавал магнитное поле по закону Ампера. Это индуцированное напряжение из-за нагрева перехода стало известно как эффект Зеебека.

Научное руководство по пониманию и использованию TEG Power!

Науку (эффект Зеебека), лежащую в основе термоэлектрической генерации, часто называют феноменом. Мы думаем, что TEG, безусловно, необыкновенные и впечатляющие! Иногда они могут быть непонятными и сложными в использовании.Вот почему мы составили это краткое руководство, чтобы объяснить, как ТЭГ преобразуют тепло в энергию, из каких частей и компонентов они сделаны, и как вы можете легко использовать их для практических решений в области альтернативной энергетики. Независимо от того, находитесь ли вы в автономном режиме, живете в удаленном районе или в холодных условиях, возможно, для вас найдется приложение, в котором можно использовать ТЭГ для преобразования отработанного тепла в электричество.

Начнем с того, что ТЭГ, сокращенно от термоэлектрического генератора, представляет собой устройство, преобразующее разницу температур в электричество.Я объясню, как именно это происходит (эффект Зеебека) позже. Но сначала давайте рассмотрим общую терминологию TEG. Знание этих терминов и их взаимосвязи поможет облегчить понимание TEG.

Термоэлектрический модуль
В основе ТЭГ находится термоэлектрический модуль (ТЕМ), который мы также называем ТЭГ-модулем (на рисунке справа показан ТЭГ-модуль от TEGpro). И внутри этого модуля TEG происходит волшебство (эффект Зеебека).

Термоэлектрический генератор
Генератор ТЭГ — это устройство, в котором в качестве основных компонентов используется один или несколько модулей ТЭГ, за которыми следует система охлаждения.Система охлаждения может быть пассивной воздушной, активной воздушной или гидравлической. Эти компоненты затем собираются в сборку, которая функционирует как единое целое, называемое термоэлектрическим генератором (здесь изображен ТЭГ-генератор Devil Watt с активным воздушным охлаждением).

Термоэлектрическая система
Делая шаг вперед, система ТЭГ включает другое оборудование в ТЭГ, например водяные насосы, электронику и прошивку. Это помогает расставить приоритеты по мощности и поддерживать охлаждение системы. Хорошим примером системы ТЭГ является система ТЭГ TEGpro мощностью 100 Вт с водяным охлаждением, которая будет циркулировать воду из системы водяного отопления плинтуса через ТЭГ с водяным охлаждением.

Теперь о науке.

Эффект Зеебека
Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что разница температур между двумя разными металлами приводит к разнице напряжений. Потратьте несколько секунд, чтобы просмотреть изображение справа, вы увидите два разных электрических проводника, которые называются: P-типа и N-типа. Происходит то, что нагретые электроны текут к более холодным (см. Положительные / отрицательные стрелки, указывающие вниз). И когда эта пара подключается через электрическую цепь, через нее течет постоянный ток.

Эффект Зеебека в сравнении с эффектом Пельтье
Эффект Пельтье — это обратное явление. Вместо того, чтобы применять разность температур, через материалы пропускается электрический ток, в результате чего происходит нагрев или охлаждение. Наша цель состояла в том, чтобы определить их как можно проще и предоставить изображения для их представления, но если вам нужны определения из Википедии, их можно увидеть здесь.

Эффект Зеебека внутри модуля ТЭГ
Напряжения, создаваемые эффектом Зеебека, малы и зависят как от используемого материала, так и от разницы температур.Однако внутри модуля ТЭГ имеется несколько пар P-типа и N-типа, которые можно соединить последовательно для увеличения выходного напряжения или параллельно для увеличения тока. На изображении справа вы можете видеть материалы P-типа и N-типа, последовательно соединенные желтыми линиями.

Как изготавливаются модули термоэлектрических генераторов?
Конструкция силового модуля Teg состоит из пар полупроводниковых материалов p-типа и n-типа с высоким термоэлектрическим коэффициентом. Хотя можно использовать многие сплавы, теллурид висмута является наиболее распространенным материалом, используемым сегодня. Этот материал нарезан на небольшие блоки, один из которых образует провод p-типа, а другой — провод n-типа. Каждая пара образует термоэлектрическую пару (ТЭП). Эти термопары чаще всего соединяются электрически, образуя массив из нескольких термопар (термобатареи). В отличие от припоя, используемого в конструкции ТЭО, для модулей термоэлектрических генераторов часто требуются припои, температура оплавления которых превышает 400 C.

Большинство компаний-производителей модулей термоэлектрических генераторов используют множество термоэлектрических пар, которые зажаты между двумя частями неэлектропроводных материалов. Также необходимо, чтобы этот материал был теплопроводным, чтобы обеспечить хорошую теплопередачу, обычно используются две тонкие керамические пластины, чтобы сформировать так называемый термоэлектрический модуль.

Каждый модуль может содержать десятки пар термоэлектрических пар и называться модулями термоэлектрического генератора, модулями ТЕС и иногда модулями Пельтье или Зеебека, что просто означает, используются ли они для выработки электроэнергии (Зеебек) или для производства тепла или холода (Пельтье). .Функционально между ними нет никакой разницы. Оба они способны производить тепло и холод или вырабатывать электричество, в зависимости от того, используется ли тепло или электрический ток.

Однако существуют различия в производительности между различными модулями в зависимости от того, для чего они были изготовлены. Например, если модуль изготавливается для использования в автомобильном охладителе постоянного тока на 12 В, термоэлектрические пары будут более толстыми, как и провод, соединяющий модули с источником питания постоянного тока на 12 В.В большинстве случаев сам модуль довольно большой. Это связано с тем, что модуль будет проводить большую нагрузку по току и должен будет выдерживать нагрузку. Хотя этот тип модулей может использоваться для выработки электроэнергии, они не очень подходят для этой задачи, поскольку имеют высокое внутреннее сопротивление (снижение мощности) и более низкотемпературный припой, который может расплавиться при использовании в целях Зеебека. Это означает, что электрическое соединение может выйти из строя, когда к модулю будет приложено большее количество тепла, необходимого для выработки значительного количества электроэнергии.

Если термоэлектрический модуль изготавливается для использования в термоэлектрическом генераторе, он имеет свои собственные уникальные требования. Во-первых, они должны иметь самое низкое внутреннее сопротивление и высокотемпературный припой, например, из серебра, для соединения проводов. Также необходимо использовать проволоку с покрытием из ПТФЭ или стекловолокна, чтобы выдерживать высокие температуры. Силиконовые рукава из стекловолокна можно надевать на провода, чтобы обеспечить дополнительную защиту от высоких температур.

Сколько электроэнергии можно вырабатывать?
Вы можете быть сильно удивлены! Несмотря на то, что дровяная печь не считается источником отработанного тепла, ниже приведен пример того, сколько энергии вы можете произвести.Используется 15-ваттный дьявольский ватт-генератор, построенный на термоэлектрических модулях Tegpro. Выходная мощность этого термоэлектрического генератора составляет до 15 Вт, а светильник представляет собой 10-ваттный светильник EverLed LVL2 для скрытого монтажа. Компания Tegpro разработала термоэлектрические генераторы для дровяных печей, мощность которых превышает 200 Вт при производстве термоэлектрической энергии!

Потребность в энергии термоэлектрического генератора
Электричество — необходимость. Если вам когда-либо приходилось страдать из-за длительного отключения электроэнергии, вы бы знали, каково это — потерять всю еду в холодильнике.Если вы живете в холодном климате, ваш дом был холодным, потому что в нем нет тепла, так как большинству систем отопления требуется электричество для работы. Миллионы людей оказались в таком положении, когда зимний шторм отключил электричество на больших территориях.

Солнечные панели — отличный возобновляемый источник энергии, но они производят энергию только в дневное время. Их суточная выработка значительно снижается в более короткие дни в зимние месяцы. Использование генераторов TEG в холодном климате в сочетании с солнечной батареей может обеспечить все потребности вашего дома в энергии.

Преимущества термоэлектрического генератора
Когда вы сравните стоимость солнечных и термоэлектрических генераторов, живущих в холодном северном климате (на основе количества электроэнергии, которую они фактически производят в день), вы обнаружите, что термоэлектрические генераторы TEG Power стоят намного меньше за кВт · ч. чем солнечный. Фотоэлектрический эквивалент 100 Вт мощности ТЭГ, работающей на дровяной печи, составляет 660 Вт солнечных панелей или 2,4 кВтч в день. Это означает, что при усреднении 125-ваттной термоэлектрической мощности в доме в Вермонте можно производить такое же количество электроэнергии в день, как и 1000-ваттные солнечные фотоэлектрические панели.Если сравнивать затраты, диапазон цен на 1000 ватт солнечной энергии составит до 3000 долларов в зависимости от конкретной марки. Тогда как стоимость 125-ваттной термоэлектрической энергии может составлять всего 1200 долларов. В отличие от солнечных батарей, ТЭГ не зависят от солнца для выработки энергии. Если у вас есть постоянный источник тепла, например дрова или пеллеты, ТЭГ могут производить электроэнергию 24 часа в сутки. В отличие от генераторов, работающих на ископаемом топливе, у ТЭГов мало движущихся частей, кроме охлаждающих вентиляторов или насосов водяного охлаждения, и они рассчитаны на более чем 100 000 часов непрерывной работы.

Генератор Пельтье 8,5 Вт 40×44 мм TEG-127020S

Генератор Пельтье 8,5 Вт 40×44 мм TEG-127020S | GM электронный COM

Для правильной работы и отображения веб-страницы, пожалуйста, включите JavaScript в вашем браузере

Ячейка Пельтье 8,5Вт 4,27В 2А 40×44мм TEG-127020S Элемент Пельтье используется для производства электроэнергии. При нагревании …

Код товара 601-057 Код Выробце TEG-127020S Вес 0.02300 кг

Твоя цена € 28,47

Склад в наличии 5 шт.

Пражский филиал в наличии 3 шт.

Брненский филиал Распродано

Остравский филиал в наличии 3 шт.

Пльзенский филиал в наличии 5 шт.

Филиал в Градец Кралове в наличии 10 шт.

Братиславский филиал в наличии 10 шт.

Další dodávka zboží 06.11.2021 ДОСТАВКА-ДАТА-ТЕКСТ

Код товара 601-057
Масса 0. 02300 кг
Викон: 8,5 Вт
Počet P / N přechodů: 127 —
Гордый пржи затижени: А
Pracovní teplota max: ° C
Розмеры (D x Š x V): мм
Průřez vodičů AWG: 20 —
Силикон: ano —
Толерантность: 10%
Délka vodičů: 150 мм
Napětí při zatížení: 4,27 В
Napětí naprázdno: 8,54 В

Элемент Пельтье 8,5W 4,27V 2A 40x44mm TEG-127020S

Элемент Пельтье используется для выработки электроэнергии. При нагревании горячей стороны и охлаждении другой стороны ячейка вырабатывает электричество. Напряжение ячейки зависит от разницы температур между двумя сторонами. Указанные здесь значения соответствуют разнице температур на холодной стороне 30 ° C и 200 ° C на горячей стороне. Разница температур 170 ° C

Ячейка содержит 127 пар PN-переходов и основана на Bi -Технология, которая может работать при температуре от 225 ° C непрерывно до 250 ° C кратковременно и имеет размеры 40×44 мм.
Производительность элемента может достигать 3,9 Вт, если вы держите холодную сторону при 30 ° C, а горячую сторону до 200 ° C. В этой разнице температур ячейки генерирует напряжения до 4,27 В и 2 А под нагрузкой.
По периметру ячейка покрыта силиконом, что обеспечивает ее водонепроницаемость. Провода с тефлоновой изоляцией диаметром 150 мм имеют длину 20AWG.

Для сопутствующих продуктов, таких как термопасты, охладители, вентиляторы и преобразователи напряжения постоянного тока в постоянный, см. Вкладку «Аксессуары» под изображением продукта.

Основные преимущества:

Тихая работа
Очень маленькие размеры

Недостатки:

Низкий КПД

Использование:

Технические параметры:

Тип: Термоэлектрический генератор
Дизайн: Силикон
№ P / N развязки: 127
Размеры: 40×44 мм
Глубина: 3,3 мм
Мощность: 8,5Вт
Напряжение холостого хода: 8,54 В
Напряжение нагрузки: 4,27 В
Ток нагрузки: 2А
Внутреннее сопротивление: 2,1 Ом
T макс .: 225 ° C непрерывно
Длина кабеля: 150 мм
Допуск: +/- 10%
Поперечное сечение: 20AWG

Код товара 601-057
Масса 0.02300 кг
Викон: 8,5 Вт
Počet P / N přechodů: 127 —
Гордый пржи затижени: А
Pracovní teplota max: ° C
Розмеры (D x Š x V): мм
Průřez vodičů AWG: 20 —
Силикон: ano —
Толерантность: 10%
Délka vodičů: 150 мм
Napětí při zatížení: 4,27 В
Napětí naprázdno: 8,54 В

Подобные товары

В наличии

Ячейка Пельтье 3,9W 4,27V 0,92A 30x34mm TEG-127009S . ..

16,69 € Цена нетто 20,20 €

Код 601-056

Nejprodávanější výrobci

Введите имя пользователя и пароль или зарегистрируйтесь для новой учетной записи.

Power Generation — термоэлектрический

Выходная мощность (P o ) модуля в ваттах составляет:

P o = R L x

Возможно, но маловероятно, что в рамках данного применения генератора будут существовать точные условия, при которых один модуль будет обеспечивать точную желаемую выходную мощность.В результате большинство термоэлектрических генераторов содержат ряд отдельных модулей, которые могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или последовательно / параллельно. Типичная конфигурация генератора показана на рисунке (13.2). Этот генератор имеет общее количество модулей NT с количеством модулей, подключенных последовательно, и количеством модулей, подключенных параллельно. Общее количество модулей в системе:

NT = NS x NP


Рисунок (13-2)

Типовой термоэлектрический генератор

с последовательно-параллельным расположением модулей

Ток (I), проходящий через сопротивление нагрузки R L , составляет:

NS x S M x DT
Я = __________________
NS x R M
_____________ + R L
НП

Выходное напряжение (В O ) от генератора в вольтах составляет:

Выходная мощность (P O ) генератора в ваттах составляет:

NT x (S M x DT) 2
_________________
4 x R M

P O = V O x I =

Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор в ваттах составляет:

КПД (E g ) генератора составляет:

P O
E г = ——— x 100%
Qh

Максимальный КПД достигается, когда внутреннее сопротивление генератора (R GEN ) равно сопротивлению нагрузки (R L ). Сопротивление генератора:

NS x R M
R GEN = —————
NP

13.3 ПРИМЕР КОНСТРУКЦИИ: Чтобы проиллюстрировать типичный процесс проектирования, давайте проанализируем потребность в термоэлектрическом генераторе на 12 В, 1,5 А. Генератор необходим для питания телеметрической электроники на удаленном нефтепроводе, где горячая, непрерывно текущая нефть создает температуру кожуха трубы 130 ° C.Проточная вода (имеющая температуру 10 ° C) также доступна на удаленном объекте, и было определено, что эффективный радиатор с водяным охлаждением может поддерживать температуру +30 ° C на холодной стороне генератора TE. используйте уравнения из раздела 11, чтобы получить значения SM, RM и KM для наших расчетов.

Чтобы начать процесс проектирования, мы рассмотрим параметры системы и сделаем некоторые предварительные расчеты.

Дано:

T h = + 130 ° C = 403. 2 ° K
T c = + 30 ° C = 303,2 ° K
V o = 12 В
I = 1,5 ампера

Для этого:

T ср = (T h + T c ) / 2 = (403,2 + 303,2) / 2 = 353,2 ° K
R L = V o / I = 12 / 1,5 = 8,0 Ом
P o = V o x I = 12 x 1,5 = 18 Вт
DT = T h -T c = 403.2 — 303,2 = 100 ° К

Обычно желательно выбирать термоэлектрический модуль с относительно «высокой мощностью» для генераторов, чтобы минимизировать общую стоимость системы. По этой причине мы выберем модуль на 127 пар, 6 ампер, который будет использоваться в нашем дизайне.

Расчет SM, RM и KM для выбранного нами модуля на 127 пар, 6 ампер, следующие значения получены при Tav = 353,2 ° K:

S M = 0,05544 В / ° K
R M = 3. 0994 Ом
K M = 0,6632 Вт / ° K

Требуемая мощность нагрузки была рассчитана как 18 Вт. Теперь необходимо определить минимальное количество модулей, необходимых для удовлетворения этого требования к нагрузке. Максимальная выходная мощность от одного модуля:

(S M x DT) 2

(0.05544 x 100) 2

P макс. =

____________ =

______________ = 2,479 Вт

4 x R M

4 х 3. 0994

Минимальное количество необходимых модулей:

P o
——
P макс

18
= ——— =
2,479

NT мин = 7.3 »8

Поскольку максимальная эффективность генератора достигается, когда R GEN = R L , для большинства приложений желательно выбрать конфигурацию последовательного / параллельного модуля, которая наилучшим образом приблизит этот баланс сопротивлений. Одним из возможных исключений для выравнивающего R GEN с R L является ситуация, когда требуется относительно низкий ток (в миллиамперном диапазоне) и умеренное напряжение. В этом случае соединение всех модулей электрически последовательно может дать наилучшие результаты.Однако имейте в виду, что максимальное выходное напряжение от генератора будет получено от группы модулей с прямым последовательным соединением только тогда, когда сопротивление нагрузки значительно превышает внутреннее сопротивление генератора.

В качестве отправной точки при оценке любого термоэлектрического генератора часто бывает полезно сначала изучить конфигурацию с прямым последовательным соединением. Сопротивление последовательной цепочки из восьми модулей составляет:

R GEN = NS x R M
————— =
NP
8 х 3.0994
—————
1
= 24,8 Ом

Видно, что сопротивление генератора 24,8 Ом значительно выше, чем сопротивление нагрузки 8,0 Ом, что указывает на то, что прямое последовательное соединение модулей, вероятно, не лучший вариант. Для условий всех серий, где NS = 8 и NP = 1, выходное напряжение составляет:

В группе из восьми модулей следующая наиболее логичная конфигурация соединения — это две параллельные цепочки по четыре модуля, т.е.е., NS = 4 и NP = 2. Сопротивление генератора для этой конфигурации, таким образом, составляет:

R GEN = NS x R M
———— =
NP
4 x 3,0994
————
2
= 6,2 Ом

Хотя значение R на 6,2 Ом, значение GEN не совсем соответствует значению 8.Сопротивление нагрузки 0 Ом, это значение обычно считается находящимся в удовлетворительном диапазоне. В любом случае, это наиболее близкое соответствие сопротивления, которое может быть получено с выбранным типом модуля. Напряжение для этой схемы (12,49 В) рассчитывается следующим образом:

Теперь мы можем видеть, что Vo довольно близко к желаемому значению, и очевидно, что мы получили оптимальную последовательную / параллельную конфигурацию. Если требуется «точная настройка» Vo, это необходимо будет выполнить либо с помощью некоторой формы электронного регулирования напряжения, либо путем внешнего изменения применяемого перепада температур (DT).В некоторых случаях будет обнаружено, что выходное напряжение значительно выходит за пределы допустимого диапазона, несмотря на попытку всех возможных последовательностей / параллельных комбинаций. В этом случае может потребоваться использовать альтернативный термоэлектрический модуль, имеющий другой номинальный ток и / или количество пар.

Теперь можно завершить анализ конструкции, определив уровни мощности и КПД. Поскольку мы установили Vo, выходную мощность (Po) можно просто вычислить:

(V o ) 2 (12. 49) 2
P o = ——— = ——— = 19,5 Вт
RL 8,0


Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор составляет:


КПД генератора (Eg) составляет:

E г = P o
——
Q h
х 100% = 19.5
———
657,5
x 100% = 2,97%

Тепло, передаваемое радиатору холодной стороны (Qc), составляет:

Q c = Q h — P o = 657,7 — 19,5 = 638,2 Вт

Максимально допустимое тепловое сопротивление (Qs) радиатора холодной стороны составляет:

(Qs) = T подъем
————— =
Q c
30–10 ° C
—————— =
638. 2
0,031 ° C / Вт

Для любой конструкции термоэлектрического генератора всегда желательно максимизировать применяемый перепад температур, чтобы минимизировать общее количество модулей в системе. Эта ситуация хорошо видна на рисунке (13.3). Требования к модулям для типичного 12-вольтового генератора с силой тока 1 ампер представлены на графике при нескольких фиксированных значениях Th, основанных на использовании 127-парных 6-амперных модулей TE.Из этого графика видно, что требуется очень большое количество модулей, когда температура холодной стороны (Tc) высока, а разность температур, следовательно, мала. Производительность радиатора с холодной стороны имеет первостепенное значение, и его тепловое сопротивление должно быть чрезвычайно низким. Во многих случаях конструкция теплоотвода с холодной стороны оказывается самой сложной инженерной проблемой.


Рисунок (13-3)

Общее количество 127 пар модулей по 6 ампер, необходимых для 12-вольтового термоэлектрического генератора мощностью 1 ампер

13. 4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ В КАЛОРИМЕТРЕ : Менее, но жизнеспособным применением термоэлектрических модулей, работающих в режиме выработки электроэнергии, является создание калориметров. В обычном калориметре для измерения тепла используются обычные термопары, основанные исключительно на эффекте Зеебека. Благодаря использованию термоэлектрического охлаждающего модуля с несколькими парами можно изготовить калориметр, имеющий чувствительность (выходное напряжение на единицу плотности теплового потока) в 10–200 раз большую чувствительность стандартной термопары медь-константин.При использовании в калориметре термоэлектрический модуль часто называют термобатареей. Выходное напряжение холостого хода (В) одной термоэлектрической пары, как описано в параграфе 13.2 и показано на рисунке (13.1), составляет:

В = S x DT

Где :

В = выходное напряжение пары в вольтах
S = средний коэффициент Зеебека в вольтах / ° K
DT = разница температур в паре в ° K, где DT = Th-Tc

Для реального модуля TE, имеющего несколько пар и коэффициент Зеебека SM, выходное напряжение (Vo) составляет:

V o = S M x DT

Тепловой поток через ТЭ или «термобатарею» составляет:

K M x V o
—————
S M

Q = K M x DT =

Где :

Q = тепловой поток в ваттах
KM = теплопроводность модуля в ваттах / ° K

Суммарная площадь поперечного сечения (AM) всех элементов в модуле составляет:

A M = A x N

Где :

AM = общая площадь всех элементов модуля в см 2
A = площадь поперечного сечения одного элемента в см 2
N = общее количество элементов в модуле

Плотность теплового потока (q) в Вт / см 2 составляет:

q = K M x DT
————— =
A M
K M x V o
—————
S M x A M

Большинство стандартных термоэлектрических охлаждающих модулей могут использоваться в калориметрах, но улучшенная чувствительность может быть реализована путем изменения отношения длины к площади (L / A) элементов ТЕ. Относительно большое отношение L / A, приводящее к высокому и «тощему» элементу, обеспечивает наилучшую чувствительность калориметра. Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, рассмотрим следующее:

Чувствительность модуля как калориметра (Sc) составляет:

S c = V o
—————
q
S M x A M
= —————
K M

Было видно, что чувствительность (Sc) прямо пропорциональна коэффициенту Зеебека (SM) и общей площади поперечного сечения (AM) и обратно пропорциональна теплопроводности (KM).Переписав приведенное выше уравнение относительно теплопроводности (k) вместо теплопроводности (KM), мы получим:

S c = S M x A M
—————
k x N x A / L

Поскольку N x A = AM, выражение можно переформулировать как:

S c = S M x L
—————
k

Из этого уравнения очевидно, что чувствительность калориметра напрямую связана с длиной (L) элемента, и поэтому желательно выбирать термоэлектрический модуль с максимально возможным соотношением сторон элемента. Имейте в виду, что существуют практические ограничения на геометрию элемента из-за хрупкости кристаллического материала теллурида висмута. Однако, работая в этих пределах, можно изготавливать специальные модули, которые особенно подходят для использования в калориметрах.

Термоэлектрические модули генератора Пельтье Kryotherm

Информация о продукте «Термоэлектрические модули генератора Пельтье»

Термоэлектрические генерирующие модули (TGM) Kryotherm позволяют получать до нескольких ватт постоянного тока с напряжением до 6 В от одного TGM при разнице температур между его горячей и холодной сторонами в 100 ° С.

страны мира активно ищут альтернативные, чистые источники энергии. Использование термоэлектрических модулей для выработки электроэнергии становится жизненно важным и правильным выбором. Интерес к источникам энергии, таким как термоэлектрические генерирующие модули, растет в связи с последними достижениями термоэлектрических технологий и конструкций. Эти термоэлектрические генерирующие модули позволяют преобразовывать тепловую энергию в электрическую в вашем приложении с максимальной эффективностью.

Среди основных областей применения ТГМ можно выделить следующие:

  • Утилизация отработанного тепла двигателей транспортных средств (автомобилей, судов)
  • Автономное электроснабжение электронных блоков водогрейных котлов и очистных сооружений
  • Катодная защита нефте- и газопроводов
  • Преобразование природных тепловых ресурсов, таких как геотермальные воды и т. Д.в электрическую энергию
  • Автономное электроснабжение маломощных электрических устройств (энергообеспечение)

Основные характеристики:

  • Самый эффективный материал TE для температур до +280 ° C
  • Следы: диаметр 30 мм x 30 мм, 40 мм x 40 мм, 48 мм x 48 мм и 61 мм
  • Соответствует RoHS
Группа продуктов: Модули термоэлектрических генераторов Пельтье

Ссылки связанные с «Модули термоэлектрических генераторов Пельтье»

  • Другие продукты Kryotherm
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.