За допомогою спеціальних пристроїв можна використовувати тепловтрати від нагрівання повітря або рідин. У цій статті ми розповімо, як використовувати непридатну енергію печей, котлів і відкритого вогню, перетворивши її в постійний електричний струм невеликої сили.
Будь-хімічний процес проходить з виділенням різного роду енергії. Такий потужний джерело, як горіння використовувався в усі часи. Його можна назвати первинним джерелом тепла і світла. Горять практично всі речовини на Землі, виділяючи при цьому тепло і світло в різних кількостях. Перетворити теплову енергію в електричну - справа нескладна, якщо під рукою є робоча паротурбінного, подібна до тих, що встановлені на ТЕЦ. Це громіздке і складне пристрій, якому навряд чи знайдеться місце в котельні заміського будинку. Ми спробуємо отримати користь з виділення тепла при пічному опаленні або нагріванні води.
Ефект Пельтьє - це явище перепаду температур при взаємодії термопар двох різних типів провідників (p-типу і n-типу) при проходженні через них постійного струму. Ефект Зеєбека - наслідок ефекту Пельтьє, коли при нагріванні однією з термопар утворюється електричний струм. Ми не будемо детально описувати термодинаміку процесу - цю складну для сприйняття інформацію можна легко знайти в довідковій літературі. Нас цікавить результат і варіанти його практичного використання.
Конструкція термоелектричного модуля
Термоелектричний модуль (ТЕМ) складається з безлічі термопар, з'єднаних між собою мідною пластиною. Поле термопар вклеюється між двох керамічних пластин. Зібрати такий модуль можливо тільки в заводських умовах. Але скомпонувати кілька ТЕМ для власних потреб вийде і вдома. Елементи Пельтьє-Зеебека є у вільному продажу в спеціалізованих магазинах (і на сайтах) з продажу технологічного обладнання .
Збираємо ТЕМ на 5 В
Що знадобиться:
- модуль Пельтьє TEC1-12705 (40x40) - 2 шт .;
- підвищує перетворювач постійної напруги ЕК-1674;
- лист дюралюмінію товщиною 3 мм;
- ємність для води з ідеально рівним дном (ківш);
- термоклей;
- паяльник.
Вирізаємо з листа дюралюмінію дві однакові пластини, розмірами трохи більше двох модулів, що лежать поруч. Зміцнюємо термоклеем пластини на модулях з обох сторін. Фіксуємо (термоклеем) вийшов «сендвіч» на дно ковша. Таку конструкцію вже можна ставити на вогонь, але ми отримаємо на виході даремні 1,5 В. Для поліпшення характеристик нам і потрібен підвищувальний перетворювач, який ми упаюємо в ланцюг. Він підвищить напругу до 5 В, а цього вже досить для зарядки мобільного телефону.
Увага! Перетворювач має розміри 1,5х1,5 см. При відсутності професійних навичок довірте пайку фахівця.
Різниця температур в нашій конструкції виходить за рахунок нагрівання одного боку (від печі або полум'я) і охолодження інший (вода в ковші). Зрозуміло, чим більше різниця, тим ефективніше робота модуля. Тому, для роботи в режимі мікрогенератора знадобиться порівняно низька температура води в ковші (її краще періодично замінювати). Для вироблення заповітних 5 В досить поставити конструкцію на склянку з запаленою свічкою.
Пропорційно комбінуючи більшу кількість модулів, ми отримаємо більш ефективну систему вироблення енергії. Відповідно, збільшуючи конструкцію, пропорційно збільшуємо теплообмінник. При цьому охлаждаемая поверхня повинна бути повністю покрита ємністю з водою (найпростіший і доступний варіант).
Все так просто, що відразу виникає бажання зібрати побільше модулів в одну систему і виробляти 220 В з багаття. А потім підключити масляний обігрівач або кондиціонер. Така проста система має свої недоліки, і головний з них - низький ККД. Зазвичай цей показник не перевищує 5%. Це обумовлює порівняно малу силу струму 0,5 - 0,8 А і дуже малу потужність - до 4 Вт.
Для насоса або лампи розжарювання це мізерно мало, але цілком достатньо для:
- зарядки акумуляторів аж до мотоциклетних (в варіантах, пропорційних вимогам);
- роботи світлодіодних (LED) ламп;
- радіоприймача.
У зимовий час система, поміщена на джерело тепла, що знаходиться на вулиці, буде працювати максимально ефективно.
Витрати на матеріали для збірки термоелектричного мікрогенератора на 5 В:
Найменування Ціна, руб. Примітка Модуль Пельтьє TEC1-12705 (40x40) * - 2 шт. 600 Ціна за 2 шт. Підвищуючий перетворювач постійної напруги ЕК-1674 320 Дюралюміній 300 Лист для варіанту з ковшем Термоклей Radial 150 2 мл Ківш 100 Новий Разом на матеріали 1470
* - дана модель елемента обрана з міркувань ціни. Асортимент ТЕМ у фірм-постачальників досить широкий, що дозволяє підібрати більш продуктивні (до 8 В) моделі (вони відчутно дорожче).
Заводські вироби подібної конструкції тільки починають з'являтися в продажу. Серійне виробництво ведеться дрібними партіями, та й асортимент невеликий. Вартість такого «ковша» стартує з 2500 руб.
Заводський термогенератор - пристрій, засноване на ефекті Пельтьє-Зеебека, яке можна закріпити прямо на розігріту поверхню. Від конструкції, описаної вище, його відрізняє заводське виконання (а значить, надійність), відсутність рідинного теплообмінника (замість нього - ребра для повітряного охолодження) і більш висока ціна.
Стандартний «похідний» термогенератор має наступні характеристики:
Напруга 13,5 В Сила струму 0,16 А Потужність 2,2 Вт Вага 1,6-2 кг Кабель в бронерукаве Так Захист від перегріву Так Набір стандартних роз'ємів Так Розміри (приблизно) 150х150х200 мм Ціна Від 7000 руб.
Як видно з таблиці, заводська надійність і утилітарність обходиться недешево. При цьому не можна сказати, що він функціонально перевершує саморобний варіант з ковшем. Вражаючі 13,5 В прискорять зарядку мобільника, але для цього буде потрібно носити з собою 2 кг ваги в поході, а це недозволена розкіш (з урахуванням розмірів приладу). Ну і, звичайно, ціна змушує задуматися. На цю суму можна зібрати вже не «термоковшік», а «термокастрюлю» і спокійно заряджати ноутбук. І ще один нюанс - прилад все одно вимагає закріплення на металевій пластині в разі використання відкритого вогню.
В цілому це приємне і зручне доповнення для тих, у кого немає проблем з грошима і вільним місцем в багажнику.
Енергопечь
На сьогоднішній день енергопечь - апофеоз застосування ТЕМ в побуті. Це заводський виріб, по суті справи топка- «буржуйка», для будь-якого виду твердого палива з інтегрованим теплоелектричні модулем. Ідеальний варіант для мисливських будиночків, дач, віддалених зимівель і взагалі будь-якого способу життя далеко від цивілізації. Розрахована на автономне використання (без периферичних теплоотводов), має тільки вогнище і димар. Передбачає приготування їжі. На цю піч встановлюють найпотужніші елементи Пельтьє-Зеебека.
Характеристики енергопечей:
Вихідна потужність 25-50 Вт Вихідна напруга 12 В Обсяг топки 30-60 літрів Вага 30-60 кг Теплова потужність 4-6 кВт Стабілізатор Так Заводські роз'єми Так Захист від перегріву Так Ціна 23000-40000 руб.
Хоча піч і переносна, безумовно, це «суперважка вагова категорія» серед побутових приладів. Однак і спектр завдань у енергопечі досить широкий - вона може заряджати навіть автомобільні акумулятори, висвітлювати LED лампами цілі кімнати. Їй знайдеться місце в експедиційному обозі і в мисливському всюдиході, в технічному приміщенні і на дачі. Іншими словами, в цьому випадку джерело тепла у нас завжди з собою, залишилося знайти паливо.
У своїй ніші енергопечь незамінна, хоча і трохи насторожує заявлений виробником термін служби - 10 років. Слід зазначити, що, як і в Термогенератор, є можливість профілактичної (або аварійної) заміни всіх деталей аж до корпусу.
Термоелектричні модулі - вкрай цікаві об'єкти. Крім описаних методів застосування їх також використовують для кондиціонування води і повітря. При цьому на такий же елемент подається постійний струм і він працює «у зворотний бік» - охолоджує повітря. Ця технологія з успіхом застосовується в автомобільних кондиціонерах і кулери для води, в автомобілебудуванні та при виробництві мікропроцесорів. Ми опишемо ці пристрої в наступній статті .
Віталій Долбін, рмнт.ру
04.09.14
