Холодильне обладнання настільки міцно увійшло в наше життя, що навіть важко уявити, як можна було без нього обходитися. Але класичні конструкції на хладагентах не підходять для мобільного використання, наприклад, в якості похідної сумки-холодильника.
Для цієї мети використовуються установки, в яких принцип роботи побудований на ефекті Пельтьє. Коротко розповімо про це явище.
Що це таке?
Під даним терміном мають на увазі термоелектричне явище, відкрите в 1834 році французьким натуралістом Жаном-Шарлем Пельтьє. Суть ефекту полягає у виділенні або поглинанні тепла в зоні, де контактують різнорідні провідники, по яких проходить електричний струм.
Відповідно до класичної теорії існує таке пояснення явища: електричний струм переносить між металами електрони, які можуть прискорювати або сповільнювати свій рух, в залежності від контактної різниці потенціалів в провідниках, зроблених з різних матеріалів. Відповідно, при збільшенні кінетичної енергії, відбувається її перетворення в теплову.
На другому провіднику спостерігається зворотний процес, що вимагає поповнення енергії, відповідно до фундаментального законом фізики. Це відбувається за рахунок теплового коливання, що викликає охолодження металу, з якого виготовлений другий провідник.
Сучасні технології дозволяють виготовити напівпровідникові елементи-модулі з максимальним термоелектричним ефектом. Має сенс коротко розповісти про їх конструкції.
Пристрій і принцип роботи
Сучасні модулі є конструкцією, що складається з двох пластин-ізоляторів (як правило, керамічних), з розташованими між ними послідовно з'єднаними термопарами. З спрощеною схемою такого елемента можна ознайомитися на представленому нижче малюнку.
позначення:
- А - контакти для підключення до джерела живлення;
- B - гаряча поверхня елемента;
- З - холодна сторона;
- D - мідні провідники;
- E - напівпровідник на основі р-переходу;
- F - напівпровідник n-типу.
Конструкція виконана таким чином, що кожна зі сторін модуля контактує або p-n, або n-p переходами (в залежності від полярності). Контакти p-n нагріваються, n-p - охолоджуються (див. Рис.3). Відповідно, виникає різниця температур (DT) на сторонах елементу. Для спостерігача цей ефект буде виглядати, як перенесення теплової енергії між сторонами модуля. Примітно, що зміна полярності харчування призводить до зміни гарячої і холодної поверхні.
Мал. 3. А - гаряча сторона термоелемента, В - холодна Технічні характеристики
Характеристики термоелектричних модулів описуються наступними параметрами:
- холодопроизводительностью (Q max), ця характеристика визначається на основі максимально допустимого струму і різниці температури між сторонами модуля, вимірюється в Ватах;
- максимальним температурним перепадом між сторонами елемента (DT max), параметр наводиться для ідеальних умов, одиниця виміру - градуси;
- допустима сила струму, необхідна для забезпечення максимального температурного перепаду - I max;
- максимальною напругою U max, необхідним для струму I max, щоб досягти пікової різниці DT max;
- внутрішнім опором модуля - Resistance, вказується в Омах;
- коефіцієнтом ефективності - СОР (абревіатура від англійського - coefficient of performance), по суті це ККД пристрою, що показує відношення охолоджуючої до споживаної потужності. У недорогих елементів цей параметр знаходиться в межах 0,3-0,35, у більш дорогих моделей наближається до 0,5.
маркування
Розглянемо, як розшифровується типова маркування модулів на прикладі малюнка 4.
Рис 4. Модуль Пельтьє з маркуванням ТЕС1-12706 Маркування розбивається на три значущих групи:
- Позначення елемента. Дві перші літери завжди незмінні (ТІ), говорять про те, що це термоелемент. Наступна вказує розмір, можуть бути літери «С» (стандартний) і «S» (малий). Остання цифра вказує, скільки шарів (каскадів) в елементі.
- Кількість термопар в модулі, зображеному на фото їх 127.
- Величина номінального струму в Амперах, у нас - 6 А.
Таким же чином читається маркування та інших моделей серії ТЕС1, наприклад: 12703, 12705, 12710 і т.д.
застосування
Незважаючи на досить низький ККД, термоелектричні елементи знайшли широке застосування в вимірювальної, обчислювальної, а також побутової техніки. Модулі є важливим робочим елементом наступних пристроїв:
- мобільних холодильних установок;
- невеликих генераторів для вироблення електрики;
- систем охолодження в персональних комп'ютерах;
- кулери для охолодження і нагріву води;
- осушувачі повітря і т.д.
Наведемо детальні приклади використання термоелектричних модулів.
Холодильник на елементах Пельтьє
Термоелектричні холодильні установки значно поступаються по продуктивності компресорним і абсорбційним аналогам. Але вони мають вагомі переваги, що робить доцільним їх використання за певних умов. До таких переваг можна віднести:
- простота конструкції;
- стійкість до вібрації;
- відсутність рухомих елементів (за винятком вентилятора, що обдуває радіатор);
- низький рівень шуму;
- невеликі габарити;
- можливість роботи в будь-якому положенні;
- тривалий термін служби;
- невелике споживання енергії.
Такі характеристики ідеально підходять для мобільних установок.
Елемент Пельтьє як генератор електроенергії
Термоелектричні модулі можуть працювати як генератори електроенергії, якщо одну з них сторін піддати примусовому нагріванню. Чим більше різниця температур між сторонами, тим вище сила струму, що виробляється джерелом. На жаль, максимальна температура для термогенератора обмежена, вона не може бути вище точки плавлення припою, використовуваного в модулі. Порушення цієї умови призведе до виходу елемента з ладу.
Для серійного виробництва термогенераторов використовують спеціальні модулі з тугоплавким припоєм, їх можна нагрівати до температури 300 ° С. У звичайних елементах, наприклад, ТЕС1 12715, обмеження - 150 градусів.
Оскільки ККД таких пристроїв невисокий, їх застосовують тільки в тих випадках, коли немає можливості використовувати більш ефективний джерело електричної енергії. Проте, Термогенератор на 5-10 Вт користуються попитом у туристів, геологів і жителів віддалених районів. Великі і потужні стаціонарні установки, що працюють від високотемпературного палива, використовують для живлення приладів газорозподільних вузлів, апаратури метеорологічних станцій і т.д.
Для охолодження процесора
Відносно недавно дані модулі стали використовувати в системах охолодження CPU персональних комп'ютерів. З огляду на низьку ефективність термоелементів, користь від таких конструкцій досить сумнівна. Наприклад, щоб охолодити джерело тепла потужністю 100-170 Вт (відповідає більшості сучасних моделей CPU), буде потрібно витратити 400-680 Вт, що вимагає установки потужного блоку живлення.
Другий підводний камінь - незавантажений процесор буде менше виділяти теплової енергії, і модуль може охолодити його менше точки роси. В результаті почне утворюватися конденсат, що, гарантовано, виведе з ладу електроніку.
Тим, хто зважитися створити таку систему самостійно, потрібно провести серію розрахунків по підбору потужності модуля під певну модель процесора.
Виходячи з вище сказаного, використовувати дані модулі в якості системи охолодження CPU не рентабельно, крім цього вони можуть стати причиною виходу комп'ютерної техніки з ладу.
Зовсім інакше йде справа з гібридними пристроями, де термомодуля використовуються спільно з водяним або повітряним охолодженням.
Гібридні системи охолодження довели свою ефективність, але висока вартість обмежує коло їх шанувальників.
Кондиціонер на елементах Пельтьє
Теоретично такий пристрій конструктивно буде значно простіше класичних систем клімат-контролю, але все впирається в низьку продуктивність. Одна справа - охолодити невеликий обсяг холодильної камери, інше - приміщення або салон автомобіля. Кондиціонери на термоелектричних модулях будуть більше (в 3-4 рази) споживати електроенергії, ніж обладнання, що працює на холодоагенті.
Що стосується використання в якості автомобільної системи клімат-контролю, то для роботи такого пристрою потужності штатного генератора буде недостатньо. Заміна його на більш продуктивне обладнання призведе до суттєвого витраті палива, що не рентабельно.
У тематичних форумах періодично виникають дискусії на цю тему і розглядаються різні саморобні конструкції, але повноцінного робочого прототипу поки не створено (не рахуючи кондиціонера для хом'ячка). Цілком можливо, ситуація змінитися, коли з'являться в широкому доступі модулі з більш прийнятним ККД.
Для охолодження води
Термоелектричний елемент часто використовують як охолоджувач для кулерів води. Конструкція включає в себе: охолоджуючий модуль, контролер, керований термостатом і обігрівач. Така реалізація значно простіше і дешевше компресорної схеми, крім цього, вона надійніше і простіше в експлуатації. Але є і певні недоліки:
- вода не охолоджується нижче 10-12 ° С;
- на охолодження потрібно довше часу, ніж компресорного аналогу, отже, такий кулер не підійде для офісу з великою кількістю працівників;
- пристрій чутливо до зовнішньої температури, в теплому приміщенні вода не буде охолоджуватися до мінімальної температури;
- не рекомендується установка в запилених кімнатах, оскільки може забитися вентилятор і охолоджуючий модуль вийде з ладу.
Настільний кулер для води з використанням елемента Пельтьє Осушувач повітря на елементах Пельтьє
На відміну від кондиціонера, реалізація осушувача повітря на термоелектричних елементах цілком можлива. Конструкція виходить досить простий і недорогий. Охолоджуючий модуль знижує температуру радіатора нижче точки роси, в результаті на ньому осідає волога, що міститься в повітрі, що проходить через пристрій. Пил, що осів вода відводиться в спеціальний накопичувач.
Незважаючи на низький ККД, в даному випадку ефективність пристрою цілком задовільна.
Як підключити?
З підключенням модуля проблем не виникне, на дроти виходів необхідно подати постійну напругу, його величина вказана в даташит елемента. Червоний дріт необхідно підключити до плюса, чорний - до мінуса. Увага! Зміна полярності міняє місцями охлаждаемую і нагрівається поверхні.
Як перевірити елемент Пельтьє на працездатність?
Найпростіший і надійний спосіб - тактильний. Необхідно підключити модуль до відповідного джерела напруги і доторкнутися до його різних сторін. У працездатного елемента одна з них буде тепліше, інша - холодніше.
Якщо відповідного джерела під рукою немає, буде потрібно мультиметр і запальничка. Процес перевірки досить простий:
- підключаємо щупи до висновків модуля;
- підносимо запалений запальничку до однієї зі сторін;
- спостерігаємо за показаннями приладу.
У робочому модулі при нагріванні однієї зі сторін генерується електричний струм, що відобразиться на табло приладу.
Як зробити елемент Пельтьє своїми руками?
Зробити саморобний модуль в домашніх умовах практично неможливо, тим більше в цьому немає сенсу, враховуючи їх відносно невисоку вартість (близько $ 4 $ 10). Але можна зібрати пристрій, який буде корисним в поході, наприклад, термоелектричний генератор.
Для стабілізації напруги необхідно зібрати простий перетворювач на мікросхемі ІМС L6920.
На вхід такого перетворювача подається напруга в діапазоні 0,8-5,5 В, на виході він буде видавати стабільні 5 В, що цілком достатньо для підзарядки більшості мобільних пристроїв. Якщо використовується звичайний елемент Пельтьє, необхідно обмежити робочий діапазон температури нагрівається боку 150 ° С. Щоб не обтяжувати себе відстеженням, як джерело тепла краще використовувати казанок з киплячою водою. У цьому випадку елемент гарантовано не нагріється вище температури 100 ° С.
Ну що ж, все графіки накреслені, все таблиці заповнені, тепер можна і помріяти. В цілому якщо прикидати енергоспоживання в поході по максимуму, то виходить наступне:
GPS-навігатор - 0,3 Вт х 10 год \u003d 3 Вт * ч в день;
фотоапарат (зеркалка Canon) - акумулятор 8 Вт * ч на 4 дні \u003d 2 Вт * ч в день;
відеокамера (відеореєстратор для фіксації цікавих моментів поїздки, близько 1 години відео в день) - 1,6 Вт * год в день;
стільниковий телефон - близько 0,2 Вт * год в день;
світлодіодний ліхтарик для підсвічування стоянки ввечері - 2 Вт * ч в день.
Разом отримуємо: 3 + 2 + 1,6 + 0,2 + 2 \u003d 8,8 Вт * год на добу. З урахуванням втрат при зарядці акумуляторів цих пристроїв і непередбачені витрати можна з легкістю округлити цю цифру до 10 Вт * год на добу, що приблизно дорівнює трьом NiMH акумуляторів формфактору АА (по 3,2 Вт * год). Будемо вважати, що саме ця кількість електроенергії дозволяє комфортно подорожувати по раніше запланованому маршруту не обмежуючи свої творчі позиви. Цей розрахунок більш-менш вірний для одиночної вилазки або групи з двох осіб. Якщо народу більше, то тут на кожного додається додатковий споживач, будь то стільниковий або ще один фотоапарат. Я думаю що на кожного "зайвого" учасника можна сміливо додавати по 1 Вт * ч, тобто для групи з 6-ти чоловік комфортний рівень енергоспоживання складе 14 Вт * год або близько 4,5 акумулятора АА. Припустимо що похід триватиме 10 днів, то для групи з 2-х чоловік знадобиться 100 Вт * год енергії, це 31 NiMH акумулятор загальною масою 31 х 31,5 \u003d 976,5 м Тобто майже 1 кг акумуляторів. Якщо брати лужні батарейки, то найкращі віддають 2,2 Вт * год і їх потрібно 45 штук. Масу їх не знаю, але навіть якщо вони по 25 г, то в сумі вже більше кілограма набирається. Для групи з 6-ти осіб загальна кількість електроенергії становить 140 Вт * год, це майже 44 акумулятора масою тисячі триста вісімдесят шість г або 64 батарейки ще більшою масою. Якщо брати з собою LiPo акумулятори, які використовують моделісти, то для двох чоловік це буде акумулятор масою 100 Вт * год ÷ 160 Вт * год / кг \u003d 0,625 кг або 625 г. Для групи з 6-ти чоловік маса LiPo акумулятора складе 875 г .
Тепер прикинемо як йдуть справи з Термогенератор. Припустимо у нас модуль (або модулі) ТЕС1-12709, гріємо його не вище 150 ° С, охолоджуємо в струмку з температурою 15 ° С, тобто на холодній стороні буде 20 ° С, перепад температур 150 - 20 \u003d 130 ° С. Для такого значення різниці температур у мене немає показника ефективності, доведеться рахувати. Беремо два максимальних значення на графіку залежності ефективності від струму для ТЕС1-12709, наприклад 13,6 мВт / ° С для усередненої різниці температур 71 ° С і 15,7 мВт / ° С для 87 ° С і розраховуємо на яку величину збільшилася ефективність при підвищенні різниці температур на 87 - 71 \u003d 16 ° С. Виходить на 2,1 мВт / ° С. А далі по пропорції: якщо збільшення різниці в 16 ° С призвело до збільшення ефективності на 2,1 мВт / ° С, то збільшення різниці на 130 - 87 \u003d 43 ° С приведе до збільшення ефективності на (43 х 2,1) ÷ 16 \u003d 5,6 мВт / ° С. Значить ефективність при різниці температур в 130 ° С буде дорівнює 15,7 + 5,6 \u003d 21,3 мВт / ° С. У підсумку отримуємо 21,3 х 130 \u003d 2769 мВт або 2,8 Вт. Це досить близьке до реальності значення якщо зважити на те, що в деяких відеоексперіментах два модуля видавали 4 ... 6 Вт. Щоб за допомогою одного модуля отримати 10 Вт * год енергії, треба щоб генератор працював 10 ÷ 2,8 \u003d 3,57 ч, а для 14 Вт * ч - 5 годин. Тобто якщо використовувати термогенератор що складається з 2-х елементів Пельтьє, то вироблення електроенергії навіть для великої групи не займає дуже багато часу.
Єдина серйозна проблема, що виникає при виробництві електрики в поході цим методом - це розсіювання тепла на холодній стороні. Найкращий і оптимальний - водяне охолодження, так як вода має велику теплоємність. В цьому плані водним туристам пощастило більше, ніж велосипедистам: у них спосіб пересування пов'язаний саме з водою і якщо продумати конструкцію генератора (дуже дивно, чому вона досі не продумана і не реалізована в промислових обсягах), то вироблення електроенергії у них може відбуватися під час руху. Генератор частково занурений у воду, частково плаває на поверхні. У піч у міру витрачання подгружается паливо, зовні це все охолоджується водою. Паливо збирається і готуватися на привалі.
Якщо морочитися зі збиранням дров і соснових шишок не хочеться, то можна подумати над конструкцією газової печі. Тут варто трохи порахувати. Отже, маємо:
балон скрапленого газу для газових пальників з паливом масою 450 г .;
склад: ізобутан - 72%, пропан - 22%, бутан - 6%, в перерахунку на масу це 324 г, 99 г та 27 г відповідно;
теплоти згорання для цих газів рівні відповідно 49,22 МДж / кг, 48,34 МДж / кг і 49,34 МДж / кг.
Після множення і складання маємо 22,07 МДж в одному балоні скрапленого газу. Приймаємо ККД нашого генератора дорівнює 1%, отже отримуємо в якості електроенергії 220 кДж, що складає 61,3 Вт * ч. З чим можна порівняти? Ну наприклад з 19-ма NiMH акумуляторами АА. Не густо і досить накладно, газ не дешевий.
Раз використовувати газ дорого, то можна придумати щось з використанням рідкого палива, наприклад бензину. Я трохи порився в інтернеті на предмет дешевого каталізатора для каталітичних пальників, але крім оксиду хрому (VI), отриманого з біхромату амонію нічого не знайшов. Та й з ним не все так гладко, але при бажанні, шляхом деякої кількості експериментів можна і тут домогтися стабільних позитивних результатів. В каталітичних грілках китайського виробництва швидше за все використовуються елементи платинової групи в микроколичествах. От би каталізатор як в цій грілці, але більшого розміру для елементів Пельтьє. Вийшов би компактний і легкий генератор. Теплота згоряння бензину 44,5 МДж / кг, щільність 0,74 кг / л, з одного літра бензину маємо 33 МДж енергії, при 1% -му ККД це 330 кДж або 91,6 Вт * ч електроенергії (28 акумуляторів АА). Більш бюджетний варіант, але все таки збирати і заготовляти наявне в природі безкоштовне паливо природно вигідніше, і у нього немає однієї дуже неприємної особливості, властивої тим запасам, які купуються в магазині - воно не закінчується в самий невідповідний момент.
Чуть чуть теорії.
одиничним елементом термоелектричного модуля (ТЕМ) є термопара, що складається з двох різнорідних елементів з p- і n- типом провідності. Елементи з'єднуються між собою за допомогою комутаційної пластини з міді. Як матеріал елементів традиційно використовуються напівпровідники на основі вісмуту, телуру, сурми і селену.
Термоелектричний модуль (Елемент Пельтьє) являє собою сукупність термопар, електрично з'єднаних, як правило, послідовно. У стандартному термоелектричному модулі термопари поміщаються між двох плоских керамічних пластин на основі оксиду або нітриду алюмінію. Кількість термопар може змінюватися в широких межах - від одиниць до сотень пар, що дозволяє створювати ТЕМ практично будь-який холодильної потужності - від десятих часток до сотень ват.
При проходженні через термоелектричний модуль постійного електричного струму між його сторонами утворюється перепад температур -одна сторона (холодна) охолоджується, а інша (гаряча) нагрівається. Якщо з гарячою боку ТЕМ забезпечити ефективне відведення тепла, наприклад, за допомогою радіатора, то на холодній стороні можна отримати температуру, яка буде на десятки градусів нижче температури навколишнього середовища. Ступінь охолодження буде пропорційною величиною струму. При зміні полярності струму гаряча і холодна боку міняються місцями.
Практика.
Елементи Пельтьє широко використовуються в системах охолодження. Але мало хто знає про їх іншому властивості - виробляти енергію. Вивченню цих їхніх можливостей і присвячена дана лабораторна робота.
50 * 50 мм елемент, встановлений між двома алюмінієвими брусками. Попередньо їх поверхні притертою і змащені пастою КПТ. В одному з брусків просвердлені наскрізні отвори, через які пропущена мідна трубка, для водяного охолодження. Ось що вийшло:
Підключаємо воду до охолоджувача до однієї сторони елемента Пельтьє, А іншу ставимо на конфорку. До виходу елемента підключаємо 10Вт 6 вольтова лампочку. Результат - наш генератор працює!
Досвід доводить, що елемент Пельтьє добре виробляє електрику. Лампочка горить досить яскраво, напруга близько 4.5 вольта.
Нагрівання до 160 градусів виявився не оптімаленлен, при 120 градусах результат був найгірше на 10%.
Температура охолоджуючої рідини на виході десять градусів, на вході на один градус менше. Судячи з таких результатів, вода, для охолодження, не так вже необхідна ...
За допомогою елементів Пельтьє можна добувати електрику в експедиції, в турпохід, на мисливському зимовище, словом в будь-якому місці, де це може знадобитися. Природно, при наявності дров або яскравого сонця, ну і обов'язково кмітливості.
Використання термоелектричного модуля.
Такий термоелектричний генератор прекрасно пам'ятають ті, хто пам'ятає радянські радгоспи і колгоспи. Кажуть, під час війни німці не могли зрозуміти, як партизани можуть довго вести радіопередачі з обложеного лісу.
Так, як то кажуть - якби нашим вченим платили гроші, то вони б iphone ще в `85 винайшли б! :-)
термоелектричний холодильник
Термоелектричний холодильник (варіант 2)
Термоелектричний холодильник (варіант 3)
Автомобільний охолоджувач для банкових напоїв
Кулер для питної води
Термоелектричний кондиціонер для кабіни КАМАЗа
У такій "кухлик" наливається вода, ставиться на вогонь і, будь ласка, підзаряджатися мобільник. Весь секрет у дні, там "заритий" Пельтьє
Давайте більш детально про цю конструкції.
В даний час зростає інтерес до використання термоелектричних генераторних модулів в побутових пристроях. В першу чергу це стосується можливості харчування малопотужних споживачів електроенергії - радіоприймачі, стільникові та супутникові телефони, портативні комп'ютери, пристрої автоматики і т.п. від наявних джерел тепла. Термоелектричний генератор, в якому відсутні обертові, що труться і будь-які інші зношуються, дозволяє безпосередньо отримувати електрику з будь-якого джерела тепла: вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння, гарячої води геотермальних джерел, "непридатного" тепла ТЕЦ і т.п. Керуючись досвідом, отриманим при створенні промислових термоелектричних генераторів (ТЕГ) різної потужності - від декількох Ватт до декількох кіловат ИПФ Кріотерм приступила до серійного виробництва побутового ТЕГ номінальною потужністю 8 Вт. Конструктивно генератор виконаний у вигляді алюмінієвого ковшика з внутрішнім об'ємом близько 1 л в донної частини якого встановлені генераторні модулі виробництва ИПФ Кріотерм.
Необхідний для роботи генератора перепад температур досягається при розігріві ковша, наприклад, полум'ям багаття. Вода, що нагрівається всередині ковша може йти на приготування їжі або на інші цілі. Даний генератор в першу чергу призначений для використання в глухих, важкодоступних місцях для підзарядки елементів живлення індивідуальних засобів зв'язку і навігації, освітлення і т.п. Він незамінний для мисливців, туристів, моряків, співробітників рятувальних та спеціальних служб, які змушені тривалий час знаходиться далеко від джерел центрального енергопостачання.
Перевагою генератора є мала вага і обсяг, висока питома генерується потужність, функціональність і висока надійність. Конструкція генератора виключає можливість його перегріву при правильному використанні. В якості додаткової опції до генератора пропонується ступінчастий стабілізатор напруги з діапазонами 3 В - 6 В - 9В-12В і перехідники для зарядних пристроїв.
ПОБУТОВИЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ 1TG-8
Технічна специфікація
Маса без рідини, кг, не более0,55
Габаритні розміри, мм
без ручкі250х130х110? 123, h \u003d 100
У цій, заключній статті, розповім вам про те, що ці модулі не тільки здатні пристойно кушая електрику забезпечувати різницю температур на своїх сторонах, а й самі здатні виробляти електроенергію, якщо одну сторону елемента примусово охолоджувати, а другу нагрівати.
Без навантаження, перепад температур ~ 100 ° С
У цих випробуваннях добровольцем виступив невеликий модуль TB109-0.6-0.8, з площею поверхні всього 3,12кв.см., Нагадаю вам його ро .., вид і характеристики:
Для випробувань Пельтьє в режимі електрогенератора був зібраний невеликий стенд, який містить наступні прилади: нагрівач, вольтметр, амперметр і навантаження, так само знадобився радіатор і шматочок льоду в водонепропускаемом пакеті, ну і звичайно сам піддослідний TB109-0.6-0.8. В якості нагрівача виступив 20Вт резистор на 5,6Ом, який був розігрітий приблизно до 80-90 градусів. Для поліпшення теплового контакту елемента Пельтьє з нагрівачем була застосована намакондовская термопровідних прокладка, витягнуті з якого то відмучилися комп'ютерного блоку живлення.
Приступимо до тестів.
Перший тест був проведений з 1Омной навантаженням, підключеної до висновків Пельтьє, як охолоджувач був використаний радіатор кімнатної температури.
З модуля вдалося отримати 0,117В при струмі 119,5мА або 14мВт, при різниці температур приблизно в 60 градусів.
Навантаження 1Ом, перепад температур ~ 100 ° С
При різниці температур в 100 градусів модуль видав результати краще, а саме: 0,21В 0,22А або 46мВт.
Наступний тест був проведений з навантаженням в 20ом.
Навантаження 20ом, перепад температур ~ 100 ° С
Модуль видав 1,31В при струмі 66мА або 86мВт.
На холостому ходу, перше фото, модуль видав 2,19В.
Висновок - модулі Пельтьє можна з успіхом використовувати для генерації електрики. Якщо модуль в 109 термопар, площею 3,12кв.см. при різниці температур в 100 градусів зміг видати 86мВт при півтора вольтах і більше 2-х В на холостому ходу, то модуль з набагато більшою площею і різницею температур вистачить на харчування невеликого світлодіодного освітлювача або радіоприймача, або ж для зарядки акумуляторів. Але, на жаль, таке їх застосування сильно обмежується їх ціною.
Приклади застосування: різні теги, від портативних туристичних, які можна прикріпити до казанка біля багаття і слухати радіо, до РІТЕГ, які застосовуються для харчування віддалених важкодоступних автономних об'єктів (наприклад - маяки) або на космічних супутниках.
Подяка за надані модулі фірмі - Радіоелектроніка.
В продовження теми про саморобних девайсах.
На цей раз мова піде про темрогенераторе на елементах Пельтьє.
Елементи Пельтьє це такі невеликі (зазвичай 4х4 см.) Штуковини, що складаються з керамічних пластин і біметалу між ними, за допомогою якого при нагріванні одного боку і охолодженні інший - виробляється електричний струм. Або навпаки, подаючи струм, нагріваємо одну сторону і охолоджуємо іншу. Дана властивість елементів Пельтьє використовують при виготовленні переносних холодильників, але мене в першу чергу більше цікавить генераторная здатність цих пристроїв.
Дійсно, дуже зручно. Нагріваєш одну сторону елемента, охолоджують іншу - і отримуєш достатній струм і напруга для зарядки, наприклад, стільникового або інших електронних девайсів. А у мене взагалі з електрикою напряг, часто не буває, так що така штука мені життєво необхідна. Ні, звичайно, частково, проблему нестачі електрики можуть вирішити сонячні батареї. Це, на даному етапі, я взагалі вважаю один з кращих джерел альтернативної енергетики. Тому у мене є і сонячна батарея (про яку розповім пізніше), невеликий, але достатній для мене потужності. Видає вона десь 1 - 1,5 ампера при напрузі від 5 до 15 вольт.
Але сонце є не завжди, тому термогенератор виявився потрібніше. Та й поза цивілізацією він необхідний, а також вижівальщік, я думаю, такими речами цікавляться.
Для створення термогенератора підійдуть не всякі елементи Пельтьє, а лише ті, які тримають температуру 300-400 градусів. Звичайно, можна виготовити генератор і зі звичайних елементів, тих, що застосовують в холодильниках, але лише в порядку експерименту. Бо, як тільки перегріється - і елемент вийде з ладу. Придбати високотемпературні елементи можна у американців або у китайців. (Невеликий відступ про китайців: читаючи мій блог, може скластися невірне уявленняпро, що я погано ставлюся до Китаю або китайцям. Зовсім навпаки, Китаєм я захоплююся, що не заважає мені вважати, що це найвірогідніший наш противник. Знову ж, німці теж коли -то були нашим ворогом, та й французи, та й хто тільки не був. і що з того? Буде війна - будемо ненавидіти, але поки світ - ми друзі. Тим більше, що все врешті-решт закінчиться, як раніше у випадку з іншими націями. і таки стануть, після всіх воєн, росіяни і китайці - братами навік. Амінь.)
Можна придбати елементи і у співвітчизників, але вже зовсім за надзвичайною ціною, а це не наш шлях.
Отже мій термогенератор нагрівається масляної (на звичайному, найдешевшому, соняшниковій олії) пальником.
Яка поміщена ось в такий розбірний корпус, що складається з консервної банки, регулятора висоти пальника і самого елемента Пельтьє.
Сама пальник теж складається з банки і вугільного гніту.
Виготовити такий гніт можна по цій відеоінструкції.
Особисто я роблю такі гноти з вугілля від багаття, просунуті мешканці великих міст можуть просто купити деревне вугілля в магазині. Подібна пальник і сама по собі хороша, можна використовувати як джерело освітлення, замість свічок. Масло на її роботу йде мало, особливо не чадить, може горіти цілодобово.
Ось це елемент Пельтьє, зверху на нього поміщений радіатор від охолодження комп'ютерного процесора, з вентилятором.
Це регулятор рівня вогню пальника. Я його виготовив від убитого CD-rom_а. Його можна виготовити з чого завгодно, лише б фантазія працювала.
Елемент Пельтьє (в даному варіанті два-три елементи, один на одному, все змазано термопастой) у мене затиснутий між охолоджуючим радіатором і нагріває радіатором.
Простір навколо елемента я заповнив гумою (від каблуків непотрібної взуття) і склеїв все це автомобільним термогерметіком.
Вентилятор для охолодження виготовив з 3-х вольта двигуна від того ж несправного CD-rom_а і лопатей штатного вентилятора від комп'ютерного кулера. Двигун і вентилятор зістикував за допомогою китайського суперклею і Дискотримач від все того ж CD-rom_а. В результаті вийшов вентилятор охолодження, який починає працювати від півтора вольт і жере зовсім невеликий струм.
Для радіатора нагрівання взяв радіатор від кулера старого процесора.
Напруга, близько 6-8 вольт, у мене виходить на перетворювач, де зменшується до потрібних для девайсів п'яти вольт.
Про цей перетворювач я вже писав.
Ось і сам генератор в зборі. Кат тільки (в межах хвилини-дві) виробляється напруга досягає півтора вольт, починає крутитися вентилятор охолодження, і холодна сторона елемента починає охолоджуватися. У робочий режим генерації термогенератор виходить через кілька хвилин. Від нього можна живити світлодіодні гірлянди та заряджати електронні девайси. Мій генератор дає близько 400 міліампер струму при 5 вольтах напруги. Сила струму залежить від застосовуваного елемента. Якщо буде можливість, поставлю елементи краще.
Також даний пристрій, якщо зняти генераторну частина, можна використовувати в якості звичайної горілки, для кип'ятіння води. Зазвичай я заповнюю наполовину банку і вона закипає через 10-15 хвилин.
