За допомогою простих пристроїв можна використовувати тепловтрати від нагрівання повітря чи рідин. У цій статті ми розповімо, як використовувати непридатну енергію печей, котлів та відкритого вогню, перетворивши її на постійний електричний струмневеликий сили.
Будь-який хімічний процес проходить із виділенням різного роду енергії. Таке потужне джерело, як горіння, використовувалося в усі часи. Його можна назвати первинним джерелом тепла та світла. Горять практично всі речовини на Землі, виділяючи при цьому тепло та світло у різних кількостях. Перетворити теплову енергію на електричну — справа нескладна, якщо під рукою є робоча паротурбіна, подібна до тих, що встановлені на ТЕЦ. Це громіздкий та складний пристрій, якому навряд чи знайдеться місце у котельні заміського будинку. Ми спробуємо отримати користь із виділення тепла під час пічного опалення або нагрівання води.
Ефект Пельтьє - це явище перепаду температур при взаємодії термопар двох різних типівпровідників (p-типу та n-типу) при проходженні через них постійного струму. Ефект Зеєбека - наслідок ефекту Пельтьє, коли при нагріванні однієї з термопар утворюється електричний струм. Ми не детально описуватимемо термодинаміку процесу — цю складну для сприйняття інформацію можна легко знайти у довідковій літературі. Нас цікавить результат та 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 можна тільки в заводських умовах. Але скомпонувати кілька ТЕМ для потреб вийде і вдома. Елементи Пельтьє-Зеєбека є у вільному продажу у 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 завтовшки 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 поряд. Зміцнюємо термоклеєм пластини на модулях з обох боків. Фіксуємо (термоклеєм) «сендвіч», що вийшов на дно ковша. Таку конструкцію вже можна ставити на вогонь, але ми отримаємо на виході марні 1,5 В. Для поліпшення характеристик нам і потрібен перетворювач, що підвищує, який ми впаюємо в ланцюг. Він підвищить напругу до 5, а цього вже достатньо для зарядки мобільного телефону.
Увага! Перетворювач має розміри 1,5х1,5 см. За відсутності професійних навичок довірте пайку фахівця.
Різниця температур в нашій конструкції виходить за рахунок нагрівання однієї сторони (від печі або полум'я) та охолодження іншої (вода в ковші). Зрозуміло, що більше різниця, тим більше ефективніша роботамодуля. Тому для роботи в режимі мікрогенератора знадобиться порівняно низька температура води в ковші (її краще періодично замінювати). Для вироблення заповітних 5 досить поставити конструкцію на склянку з свічкою, що горить.
Пропорційно комбінуючи більшу кількість модулів, ми отримаємо ефективнішу систему вироблення енергії. Відповідно, збільшуючи конструкцію, пропорційно збільшуємо теплообмінник. При цьому поверхня, що охолоджується, повинна бути повністю покрита ємністю з водою (найпростіший і доступний варіант).
Все так просто, що відразу виникає бажання зібрати більше модулів в одну систему і виробляти 220 В з багаття. А потім підключити масляний обігрівач чи кондиціонер. Така проста система має свої недоліки, і головний із них — низький ККД. Зазвичай цей показник не перевищує 5%. Це зумовлює порівняно малу силу струму 0,5-0,8 А і дуже малу потужність - до 4 Вт.
Для насоса або лампи розжарювання це дуже мало, але цілком достатньо для:
- зарядки акумуляторів до мотоциклетних (у випадках, пропорційних вимогам);
- роботи світлодіодних (LED) ламп;
- радіоприймача.
У зимовий час система, поміщена на джерело тепла, що знаходиться на вулиці, працюватиме максимально ефективно.
Витрати на матеріали для складання термоелектричного мікрогенератора на 5 В:
*- дана модельелемент вибрано з міркувань ціни. Асортимент ТЕМ у фірм-постачальників досить широкий, що дозволяє підібрати продуктивніші (до 8 В) моделі (вони відчутно дорожчі).
Заводські вироби подібної конструкції лише починають з'являтися у продажу. Серійне виробництво ведеться дрібними партіями, та й асортимент невеликий. Вартість такого "ковшика" стартує з 2500 руб.
Заводський термогенератор - пристрій, заснований на ефекті Пельтьє-Зеєбека, який 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) та більш висока ціна.
Стандартний «похідний» термогенератор має такі характеристики:
Як видно з таблиці, заводська надійність та утилітарність обходиться недешево. При цьому не можна сказати, що він функціонально перевершує саморобний варіант із ковшем. Вражаючі 13,5 В прискорять зарядку мобільного телефону, але для цього потрібно носити з собою 2 кг ваги в поході, а це недозволена розкіш (з урахуванням розмірів приладу). Ну і, звісно, ціна змушує замислитись. На цю суму можна зібрати вже не «термоковщик», а «термокаструлю» та спокійно заряджати ноутбук. І ще один нюанс – прилад все одно вимагає закріплення на металевій пластині у разі використання відкритого вогню.
Загалом це приємне та зручне доповнення для тих, у кого немає проблем із грошима та вільним місцему багажнику.
Енергопіч
На сьогоднішній день енергопіч — апофеоз застосування ТЕМ у побуті. Цей заводський виріб, по суті справи топка-буржуйка, для будь-якого виду твердого палива з інтегрованим теплоелектричним модулем. Ідеальний варіант для мисливських будиночків, дач, віддалених зимівель і взагалі будь-якого способу життя далеко від цивілізації. Розрахована на автономне використання (без периферичних тепловідводів), має лише вогнище та димар. Передбачає приготування їжі. На цю піч встановлюють найпотужніші елементи Пельтьє-Зеєбека.
Характеристики енергопечей:
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, освітлювати лампами цілі кімнати. Їй знайдеться місце в експедиційному обозі та в мисливському всюдиході, в технічному приміщенні та на дачі. Іншими словами, в цьому випадку джерело тепла у нас завжди із собою залишилося знайти паливо.
У своїй ніші енергопіч незамінна, хоча трохи насторожує заявлений виробником термін служби — 10 років. Слід зазначити, що, як і термогенераторі, 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 кондиціювання води та повітря. При цьому на такий самий елемент подається постійний струмі він працює "у зворотний бік" - охолоджує повітря. Ця технологія з успіхом застосовується в автомобільних кондиціонерах та кулерах для води, в автомобілебудуванні та під час виробництва мікропроцесорів. Ми опишемо ці пристрої у наступній статті.
Віталій Долбінов, рмнт.ру
> Генератори > Термоелектричний генератор
Багато електронних пристроїв поглинає електричну енергію, яку треба постійно відновлювати. Перебуваючи в дорозі, доводиться возити із собою хімічні джерела струму або виробляти електрику з механічної енергії за допомогою складних та громіздких пристроїв.
Вид термоелектричного генератора
Ще раніше Зеєбек виявив виникнення термо-ЕРС у ланцюзі з різнорідних провідників при підтримці різної температури у місці контакту.
На підставі термоелектричних ефектів був створений так званий елемент або модуль «Пельтьє», що є 2 керамічні пластини з розташованим між ними біметалом.
При подачі через них електричного струму одна сторона пластини нагрівається, а інша охолоджується, що дозволяє створювати з них холодильники. На малюнку нижче зображені модулі різних розмірів, що застосовуються у техніці.
Модулі «Пельтьє» різних розмірів
Процес є оборотним: якщо підтримувати температурний перепад на елементах з обох боків, у них вироблятиметься електричний струм, що дозволяє використовувати пристрій як термоелектричний генератор для вироблення невеликої кількості електроенергії.
Ефект «Пельтьє» полягає у виділенні тепла в місці контакту різнорідних провідників при протіканні електричним струмом.
Принцип дії модулів
На контакті різнорідних провідників відбувається виділення чи поглинання тепла залежно від напрямку електричного струму. Потік електронів має потенційну та кінетичну енергію. Щільність струму в провідниках контактують однакова, а щільності потоків енергії відрізняються.
Якщо енергія, що втікає в контакт, більше енергії, що з нього, це означає, що електрони гальмуються в місці переходу з однієї області в іншу і розігрівають кристалічні грати (електричне поле гальмує їх рух). Коли напрямок струму змінюється, відбувається зворотний процес прискорення електронів, коли енергія у кристалічних ґрат забирається і відбувається її охолодження (напрями електричного поля та руху електронів збігаються).
Енергетична різниця зарядів на межі напівпровідників найвища і в них ефект проявляється найбільше.
Модуль «Пельтьє»
Найбільше поширений термоелектричний модуль (ТЕМ), що є напівпровідниками p-, і n-типів, з'єднані між собою через мідні провідники.
Схема принципу роботи модуля
В одному елементі існує 4 переходи між металом та напівпровідниками. При замкнутому ланцюгу потік електронів переміщається від негативного полюса АКБ до позитивного, послідовно проходячи через перехід.
Поблизу першого переходу мідь – напівпровідник p-типу відбувається тепловиділення у напівпровідникової зоні, оскільки електрони переходять у стан із меншою енергією.
Поблизу наступного кордону з металом у напівпровіднику відбувається поглинання теплоти у зв'язку з «висмоктуванням» електронів із зони р-провідності під дією електричного поля.
На третьому переході електрони потрапляють у напівпровідник типу n, де вони мають більшу енергію, ніж у металі. При цьому відбувається поглинання енергії та охолодження напівпровідника біля межі переходу.
Останній перехід супроводжується зворотним процесом тепловиділення в n-напівпровіднику через переход електронів у зону з меншою енергією.
Оскільки переходи, що нагріваються і охолоджуються, знаходяться в різних площинах, елемент «Пельтьє» зверху охолоджуватиметься, а знизу нагріватиметься.
На практиці кожен елемент містить велику кількість переходів, що нагріваються і охолоджуються, що призводить до утворення відчутного температурного перепаду, що дозволяє створити термоелектрогенератор.
Як виглядає структура модуля
Елемент «Пельтьє» містить велику кількість напівпровідникових паралелепіпедів p-, і n-типів, що послідовно з'єднані між собою перемичками з металу – термоконтактів, іншою стороною, що стикаються з керамічною пластиною.
Як напівпровідники застосовується телурид вісмуту і германід кремнію.
Переваги та недоліки ТЕМ
До переваг термоелектричного модуля (ТЕМ) відносять:
- малі розміри;
- можливість роботи як охолоджувачів, так і нагрівачів;
- оборотність процесу при зміні полярності, що дозволяє підтримувати точне значення температури;
- відсутність рухливих елементів, які зазвичай зношуються.
Недоліки модулів:
- малий ККД (2-3%);
- необхідність створення джерела, що забезпечує температурний перепад;
- значне споживання електроенергії;
- висока вартість.
Незважаючи на недоліки, ТЕМ застосовуються там, де великі енерговитрати не мають значення:
- охолодження чіпів, деталей цифрових фотокамер, діодних лазерів, кварцових генераторів, інфрачервоних детекторів;
- використання каскадів ТЕМ, що дозволяють досягти низької температури;
- створення компактних холодильників, наприклад, для автомобілів;
- термоелектрогенератор для заряджання мобільних пристроїв.
При малій продуктивності ТЕГ доцільно застосовувати в похідних умовах, де потрібно отримати електрику для заряджання стільникового телефонуабо світлодіодної лампочки. Простота конструкції дозволяє виготовити електрогенератор своїми руками.
Альтернативними джерелами також є сонячні батареїчи вітрогенератор. Для перших потрібні особливі умови - наявність сонячного освітлення, яке може бути не завжди. Інше джерело має великі габарити і для нього потрібний вітер. Ще одним недоліком у них є наявність рухливих частин, що знижують надійність і мають велику вагу.
Термогенератори промислового виготовлення
Компанія BioLite розробила нову модель для походів, що дозволяє готувати їжу в компактній переносній пічці на дровах та одночасно заряджати мобільний пристрій від вбудованого ТЕГ.
Компактна переносна пічка на дровах
Пристрій стане в нагоді скрізь: на рибалці, в поході, на дачі. Як паливо можна застосовувати все, що горить.
При згорянні в топці палива тепло передається через стінку модулю, що виробляє електрику.
При напрузі 5В потужність на виході становить 2-4 Вт, чого цілком вистачає для зарядки багатьох типів мобільних пристроїв і роботи освітлення на світлодіодах.
Червоною стрілкою зображено напрямок руху тепла, синьою – холодного повітря в топку, жовтими – подача електрики на обертання вентилятора підсмоктування повітря та на вихід генератора через USB.
Схема роботи ТЕГ компанії BioLite на дровах
Піч-генератор «Індигірка», розроблена петербурзьким підприємством Кріотерм, має характеристики:
- теплова потужність – 6 кВт;
- вага – 56 кг;
- габарити – 500х530х650 мм;
- ел. потужність при напрузі 5-60 Вт.
Пекти є звичайною опалювально-варильною, де з двох сторін закріплені термоелектрогенератори.
Як виглядає піч-термоелектрогенератор «Індигірка»
Пристрій досить зручний, але вражає ціна - 50 тис. руб. Хоч пекти, і призначена для похідних умов, але рядовим мисливцям та рибалкам вона буде явно не по кишені. Як опалювальна, вона нічим не краща за звичайні і дешевші моделі.
Якщо прилаштувати ТЕГ до простої печі, пристрій, виготовлений своїми руками, працюватиме чудово.
ТЕГ своїми руками
Щоб термоелектричний генератор зібрати своїми руками, потрібні такі елементи:
- Модуль. Для генерування електричного струму можна застосовувати не всі модулі, а ті, які здатні витримати нагрівання до 300-4000С. Наявність запасу з нагрівання необхідна, оскільки навіть при незначному перегріві елемент виходить з ладу. Найбільш поширені моделі типу ТЕС1-12712 у вигляді квадратних пластин розміром сторони 40, 50 або 60 мм.
Якщо взяти максимальний розмір, достатньо конструкції, зробленої своїми руками, застосувати один елемент. Перші 3 цифри маркування – 127 означають, скільки елементів міститься у 1 пластині. Останні цифри показують величину максимально допустимого струму, що становить 12 А.
- Підвищує перетворювач. Він необхідний отримання постійної напруги 5В. Генератор може видавати меншу напругу, яку необхідно збільшити. Пристрої випускають зарубіжні (типи 5V NCP1402 та MAX 756) та вітчизняні (3.3В/5В ЕК-1674). Для зарядки мобільного телефону слід підібрати пристрій з USB роз'ємом.
- Нагрівач. Найпростішими варіантами є багаття, свічка, саморобна лампаабо мініатюрна піч.
- Охолоджувач. Найпростіше застосовувати воду або взимку – сніг.
- Сполучні елементи. Необхідне обладнання для створення максимально можливого перепаду температур між двома сторонами пластини. Тут вибір за умільцями, вони найчастіше застосовують 2 кружки або каструлі різних розмірів, у яких відпилюються ручки і де одна вставляється всередину іншого. Між ними поміщається модуль та кріпиться на термопасту. До нього припаюються 2 дроти і підключаються до перетворювача напруги.
Для підвищення ККД генератора, днища металевих поверхонь кухлів або каструль, що контактують з пластиною генератора, слід відполірувати. Крім того, на місця між денцями меншого та великого кухлів наноситься термостійкий герметик. Тоді тепло від нагрівання буде локалізовано у місці знаходження модуля.
Проводи між модулем та перетворювачем захищаються термостійкою ізоляцією та герметиком.
У внутрішній кухоль наливається вода, і вся конструкція ставиться на вогонь. За кілька хвилин можна перевірити вихідну напругу мультиметром.
Для того щоб зібрати термоелектричний генератор самостійно, знадобляться матеріали:
- елемент Пельтьє";
- корпус від старого блоку живлення комп'ютера виготовлення міні-топки;
- перетворювач напруги з USB виходом на 5В при вхідному 1-5;
- радіатор із кулером від процесора;
- термопасти.
Витрати тут невеликі і пристрій цілком здатний зарядити мобільний телефон. Генератор, зібраний власноруч, є аналогом зарубіжної моделі фірми BioLite. Якщо його зібрати акуратно, пристрій надійно працюватиме довгий часоскільки ламатися тут нема чому. Важливо тільки не перегріти елемент Пельтьє, чому він може вийти з ладу.
При використанні кулера для охолодження радіатора його слід підключити до генератора, після чого частина енергії, що виробляється, буде витрачатися на охолодження.
Незважаючи на додаткові енерговитрати, ККД установки зросте. Якщо радіатор сильно нагріватиметься в процесі роботи, необхідно вжити заходів щодо його охолодження. Інакше ефективність роботи генератора буде низькою.
Характеристики генератора такі:
- вихідна напруга – 5В;
- потужність навантаження – 0,5А;
- тип виходу – USB;
- паливо – будь-яке.
Пристрій виготовляється таким чином:
- розібрати блок живлення, залишивши корпус;
- приклеїти термопастий модуль «Пельтьє» до радіатора. Клеїти треба холодною стороною, де нанесено маркування;
- зачистити та відполірувати зовнішню бічну поверхню корпусу блоку живлення та приклеїти до неї елемент іншою стороною (разом з радіатором);
- припаяти дроти від входу перетворювача напруги висновків пластини.
Перевірити ТЕГ можна, якщо накласти всередину топки тонких гілочок та підпалити їх. Через кілька хвилин можна підключати телефон, для заряджання якого потрібна різниця температури сторін модуля 1000С. На малюнку нижче зображено генератор у складання.
Термоелектрогенератор у збірці, виготовлений своїми руками
При використанні ТЕГ необхідно дотримуватись полярності підключення модулів.
. Термоелектричний генератор
Ефект «Пельтьє» дозволяє створити невеликі генератори та холодильники, що працюють без рухомих частин. Підвищення якості модулів та зниження енергоспоживання мобільних пристроїв дозволяє створити своїми руками термоелектрогенератор для заряджання акумуляторів та постачання великою кількістюенергією різні пристрої, де ККД немає особливого значення.
Джерело: https://elquanta.ru/generatory/termoehlektricheskijj-generator.html
Для того, щоб отримати електрику, потрібно знайти різницю потенціалів і провідник Люди завжди прагнули заощаджувати, та й в епоху постійно зростаючих комунальних платежів – це зовсім не дивно.
На сьогодні вже існують способи, за допомогою яких людина може здобути безкоштовну для неї вільну електрику.
Як правило, це певні установки, зроблені власноруч, в основі яких знаходиться електрогенератор.
Термоелектричний генератор – це пристрій, що дозволяє виробляти електричну енергію із тепла. Це чудове парове джерело електроенергії, щоправда, з невеликим ККД.
Як пристрій для прямого перетворення теплоти на електричну енергію застосовують термоелектричні генератори, які використовують принцип роботи звичайних термопар.
По суті, термоелектрика – це пряме перетворення тепла на електрику в рідких або твердих провідниках, а потім зворотний процес нагрівання та охолодження контакту різних провідників за допомогою електричного струму.
Пристрій теплогенератора:
- Тепловий генератор має два напівпровідники, кожен із яких складається з певної кількості електронів;
- Вони теж поєднані між собою провідником, над яким знаходиться шар, здатний проводити тепло;
- До нього приєднано ще термоемісійний провідник передачі контактів;
- Далі йде охолодний шар, а за ним напівпровідник, контакти якого ведуть до провідника.
На жаль, теплоелектрогенератор не завжди може працювати з великими потужностями, тому використовується в основному в побуті, а не на виробництві.
На сьогоднішній день теплоелектричний перетворювач майже ніде не використовується. Ресурсів він «просить» багато, місця займає теж, а ось напруга та струм, які він може виробити та перетворити, дуже малі, що вкрай невигідно.
Сонячний тепловий генератор електрики та радіохвилі
Джерела електричної енергії можуть бути різними. Сьогодні стало набирати популярності виробництво сонячних термоелектричних генераторів. Такими установками можуть користуватися на маяках, у космосі, автомобілях та інших сферах життя.
Сонячні теплові генератори – це чудовий спосіб заощадити енергоресурси
РІТЕГ (розшифровується як радіонуклідний термоелектричний генератор) працює за рахунок перетворення енергії ізотопів на електричну. Це дуже економний спосіб, що дозволяє отримати практично халявну електрику та можливість освітлення в умовах відсутності електроенергії.
Особливості РІТЕГ:
- Отримати джерело енергії з розпадів ізотопів простіше, ніж наприклад, зробити те саме нагріваючи пальник або гасову лампу;
- Отримання електрики та розпад часток можливі за наявності спеціальних ізотопів, адже процес їхнього розпаду може тривати десятиліттями.
Використовуючи таку установку, потрібно розуміти, що при роботі зі старими моделями обладнання є ризик отримати дозу радіації, та й утилізувати такий прилад дуже складно. Якщо його неправильно знищити, він може зіграти роль радіаційної бомби.
Вибираючи виробника установки, краще зупинитися на фірмах, що вже зарекомендували себе. Таких як Глобал, Алтек (Altec), ТГМ (Tgm), Кріотерм, Терміона (Termiona).
До речі, ще одним непоганим способом отримати електрику на халяву, вважається генератор зі збирання радіохвиль. Він складається з пар плівкових та електролітичних конденсаторів, а також малопотужних діодів. Як антена береться ізольований кабель близько 10-20 метрів і ще один заземлюючий провід кріпиться до водопровідної чи газової труби.
Як зробити елемент Пельтьє своїми руками
Звичайний елемент Пельтьє – це пластина, зібрана з деталей різного металу з роз'ємами для підключення до мережі. Така пластинка пропускає через себе струм, нагріваючись з одного боку (наприклад, до 380 градусів) та працюючи від холоду з іншого.
Елемент Пельтьє – це спеціальний термоелектричний перетворювач, який працює за однойменним принципом подачі електричного струму
Такий термогенератор має зворотний принцип:
- Одна сторона може грітися від палива, що горить (наприклад, вогню на дровах або будь-якої іншої сировини);
- Інша сторона, навпаки, охолоджується рідким або повітряним теплообмінником;
- Таким чином, на дротах відбувається вироблення струму, який можна використовувати за своїми потребами.
Правда, працездатність у приладу не дуже велика, та й ефект не вражаючий, проте такий простий саморобний модуль цілком може зарядити телефон або підключити світлодіодний ліхтарик.
Цей генераторний елемент має свої переваги:
- Безшумну роботу;
- Можливість використовувати те, що є під рукою;
- Легка вага та мобільність.
Такі пічки-саморобки стали набирати популярності серед любителів заночувати в лісі біля багаття, користуючись дарами землі і які не проти отримати електрику на халяву.
Модуль Пельтьє також використовується для охолодження плат комп'ютерів: елемент підключається до плати і як тільки температура стає вищою за допустиму, починає охолоджувати схеми. З одного боку до приладу входить холодний повітряний простір, з іншого – гарячий. Популярністю користується модель 50X50X4mm (270w). Такий пристрій можна придбати в магазині або зробити самому.
До речі, підключення до такого елемента стабілізатора дозволить отримати на виході відмінний зарядний пристрій для побутової техніки, а не просто термомодуль.
Щоб виготовити елемент Пельтьє у домашніх умовах, потрібно взяти:
- Провідники з біметалу (приблизно 12 штук або більше);
- Дві пластини із кераміки;
- Кабелі;
- Паяльник.
Схема виготовлення така: провідники припаюються та розміщуються між пластинами, після чого щільно фіксуються. При цьому потрібно пам'ятати про дроти, які потім кріпляться до перетворювача струму.
Сфера використання такого елемента дуже різноманітна. Так як одна з його сторін має властивість охолоджуватися, за допомогою цього пристрою можна зробити похідний невеликий холодильник, або, наприклад, автокондиціонер.
Але, як і будь-який прилад, цей термоелемент має свої плюси та мінуси. До плюсів можна віднести:
- Компактний розмір;
- Можливість роботи охолоджуючими або нагріваючими елементами разом чи кожним окремо;
- Тиха, практично безшумна робота.
Мінуси:
- Необхідність здійснювати контроль різниці температур;
- велике споживання енергії;
- Невисокий рівень ККД за високої собівартості.
Простий саморобний генератор
Незважаючи на те, що ці прилади зараз не користуються популярністю, даний моментнемає нічого практичнішого, ніж термогенераторний агрегат, який у подорожі цілком здатний замінити електричну піч, освітлювальну лампочку або виручити, якщо зламалася зарядка до мобільного телефону, запитати електросклопідйомник. Така електрика допоможе й удома у разі відключення електроенергії. Його можна здобути задарма, можна сказати, на кулі.
Отже, щоб зробити термоелектрогенератор, потрібно приготувати:
- Стабілізатор напруги;
- Паяльник;
- Будь-який корпус;
- Радіатори для охолодження;
- Термопасту;
- Нагрівальні елементи Пельтьє.
Складання приладу:
- Спочатку робиться корпус приладчика, який має бути без дна, з отворами внизу для повітря та вгорі з підставкою для ємності (хоча це не обов'язково, тому що генератор може не працювати на воді);
- Далі на корпус кріпиться елемент Пельтьє, а до його холодної сторони через термопасту – радіатор, що охолоджує;
- Потім потрібно спаяти стабілізатор і модуль Пельтьє згідно їх полюсів;
- Стабілізатор слід добре ізолювати, щоб туди не потрапила волога;
- Залишається перевірити його роботу.
До речі, якщо немає можливості дістати радіатор, замість нього можна використовувати комп'ютерний кулер або генератор. Нічого страшного не станеться від такої заміни.
Стабілізатор можна купити з діодним індикатором, який подасть світловий сигнал, коли напруга досягне зазначеної величини.
Такий теплогенератор розігрівається близько 30 секунд, але при цьому спожита ним напруга вже досягає кількох вольт. Після кількох хвилин розігріву генератор буде готовий до роботи.
Термопара своїми руками: особливості процесу
Що таке термопара? Термопара це електроланцюг, що складається з двох різних елементів з електричним контактом.
ТермоЕРС термопари при різниці температури 100 градусів на її краях - величина приблизно в 1 мВ. Щоб зробити її вищою, можна послідовно з'єднати кілька термопар. Вийде термобатарея, термоЕРС якої дорівнюватиме загальній сумі ЕРС, що входять до неї термопар.
Процес виготовлення термопари полягає в наступному:
- Створюється міцне поєднання двох різних матеріалів;
- Береться джерело напруги (наприклад, автомобільний акумулятор) і до одного його кінця підключаються заздалегідь скручені в джгут дроти різних матеріалів;
- В цей час до іншого кінця потрібно підвести висновок, з'єднаний з графітом (тут підійде звичайний стрижень від олівця).
До речі, для безпеки дуже важливо не працювати під високою напругою! Максимальний показник у цьому плані – 40-50 Вольт. Але краще почати з невеликих потужностей від 3 до 5 кВт, поступово підвищуючи їх.
Є ще "водний" спосіб створення термопари. Він полягає у забезпеченні розігріву з'єднаних дротів майбутньої споруди дуговим розрядом, який з'являється між ними та міцним розчином води із сіллю.
У процесі такої взаємодії водяні пари скріплюють матеріали між собою, після чого термопару можна вважати готовою. При цьому має значення, якого діаметру джгуть вироби.
Він не повинен бути надто великим.
Безкоштовна електрика своїми руками (відео)
Отримання безкоштовної електрики справа не така вже й мудра, як здається. Завдяки різного роду генераторам, що працюють з різними джереламивже не страшно залишитися без світла при відключенні електроенергії. Трохи спритності і у вас вже готова власна міні-станція з вироблення електрики.
Джерело: http://6watt.ru/elektrosnabzhenie/besplatnoe-elektrichestvo
Модуль Пельтьє: Технічні характеристики
Термоперетворювач (модуль Пельтьє) працює за принципом, зворотним дією термопари, - появі різниці температур, коли протікає електричний струм.
Як працює елемент Пельтьє?
Досить просто застосовувати модуль Пельтьє, принцип роботи якого полягає у виділенні чи поглинанні тепла в момент контакту різних матеріалів під час проходження через нього струму. Щільність енергетичного потоку електронів перед контактом та після нього відрізняється.
Якщо на виході вона менша, значить, там виділяється тепло. Коли електрони в контакті гальмуються електричним полем, вони передають кінетичну енергію кристалічних ґрат, розігріваючи її. Якщо вони прискорюються, тепло поглинається.
Це відбувається за рахунок того, що частина енергії забирається у кристалічних ґрат і відбувається її охолодження.
Значною мірою це явище притаманне напівпровідникам, що пояснюється великою різницею зарядів.
Модуль Пельтьє, застосування якого є темою нашого огляду, використовується при створенні термоелектричних пристроїв для охолодження (ТЕМ). Найпростіше складається з двох напівпровідників p- і n-типів, послідовно з'єднаних через мідні контакти.
Якщо електрони рухаються від напівпровідника p до n, на першому переході з металевою перемичкою вони рекомбінують з виділенням енергії.
Наступний перехід із напівпровідника «p» у мідний провідник супроводжується «витягуванням» електронів через контакт електричним полем.
Цей процес призводить до поглинання енергії та охолодження області навколо контакту. Аналогічним чином відбуваються процеси наступних переходах.
При розташуванні нагріваються і охолоджуваних контактів різних паралельних площинах вийде практична реалізація способу. Напівпровідники виготовляються із селену, вісмуту, сурми чи телуру. Модуль Пельтьє містить велику кількість термопар, розміщених між керамічними пластинами з нітриду або оксиду алюмінію.
Чинники, що впливають на ефективність ТЕМ
- Сила струму.
- Кількість термопар (до кількох сотень).
- Типи напівпровідників.
- Швидкість охолодження.
Великих величин досягти поки що не вдалося через низький ККД (5-8 %) і високу вартість. Щоб ТЕМ успішно працював, треба забезпечити ефективне відведення тепла з боку, що нагрівається.
Це створює складності у практичному втіленні способу. Якщо змінити полярність, холодна та гаряча сторони змінюються один з одним.
Переваги та недоліки модулів
Потреба в ТЕМ виникла з появою електронних пристроїв, які потребують мініатюрних систем охолодження. Переваги модулів такі:
- компактність;
- відсутність рухливих з'єднань;
- модуль Пельтьє принцип роботи має оборотний при зміні полярності;
- простота каскадних з'єднань підвищення потужності.
Головним недоліком модуля є низький ККД. Це проявляється у високих витратах потужності при досягненні необхідного ефекту охолодження. Крім того, він має високу вартість.
Застосування ТЕМ
Пельтьє модуль застосовується переважно для охолодження мікросхем та невеликих деталей. Початок було покладено для охолодження елементів військової техніки:
- мікросхеми;
- інфрачервоні детектори;
- елементи лазерів;
- генератори кварцові.
Термоелектричний модуль Пельтьє поступово став застосовуватися в побутової техніки: для створення холодильників, кондиціонерів, генераторів, терморегуляторів. Головним призначенням є охолодження невеликих об'єктів.
Охолодження процесора
Основні компоненти комп'ютерів постійно удосконалюються, що призводить до зростання тепловиділення. Разом з ними розвиваються системи охолодження із застосуванням новаторських технологій, із сучасними засобами контролю.
Модуль Пельтьє застосування у цій сфері знайшов насамперед у охолодженні мікросхем та інших радіодеталей. З форсованими режимами розгону мікропроцесорів традиційні кулери не справляються.
А збільшення частоти роботи процесорів дає можливість підвищити їхню швидкодію.
Збільшення швидкості обертання вентилятора призводить до значного шуму. Його усувають за рахунок використання модуля Пельтьє у комбінованій системі охолодження. Таким шляхом передові фірми швидко освоїли виробництво ефективних систем охолодження, які стали користуватися великим попитом.
З процесорів тепло зазвичай приділяється кулерами. Повітряний потік може засмоктуватись зовні або надходити зсередини системного блоку. проблема полягає в тому, що температура повітря часом виявляється недостатньою для тепловідведення.
Тому ТЕМ стали використовуватиме охолодження потоку повітря, що у системний блок, цим підвищуючи ефективність теплообміну.
Таким чином, вбудований повітряний кондиціонер є помічником традиційної системи охолодження комп'ютера.
По обидва боки модуля кріпляться алюмінієві радіатори. З боку холодної пластини повітря нагнітається на охолодження до процесора. Після того, як він забере тепло, його видує інший вентилятор через радіатор гарячої пластини модуля.
Сучасний ТЕМ управляється електронним пристроєм з датчиком температури, де ступінь охолодження пропорційна розігріву процесора.
Активізація охолодження процесорів створює деякі проблеми.
- Прості модулі для охолодження Пельтьє призначені для безперервної роботи. При зниженому енергоспоживання також зменшується тепловиділення, що може спричинити переохолодження кристала та подальше зависання процесора.
- Якщо робота кулера та холодильника не буде належним чином узгоджена, останній може перейти в режим нагрівання замість охолодження. Джерело додаткового тепла викликає перегрів процесора.
Таким чином, для сучасних процесорів необхідні передові технології охолодження з контролем роботи самих модулів. Подібні зміни режимів роботи не відбуваються з відеокартами, які також потребують інтенсивного охолодження. Тому для них ТЕМ підходить ідеально.
Автохолодильник своїми руками
У середині минулого століття вітчизняна промисловість намагалася освоїти випуск малогабаритних холодильників, що ґрунтуються на ефекті Пельтьє. Існуючі технології на той час не дозволили цього зробити. Наразі стримуючим фактором переважно є висока ціна, але спроби продовжуються, і успіхів тут уже досягнуто.
Широке виробництво термоелектричних пристроїв дозволяє створити своїми руками невеликий холодильник, зручний для використання у автомобілях. Його основою є «сендвіч», який робиться в такий спосіб.
- На верхній радіатор наноситься шар теплопровідної пасти типу КПТ-8 і Пельтьє приклеюється модуль з одного боку керамічної поверхні.
- Аналогічно до нього кріпиться з нижньої сторони інший радіатор, призначений для поміщення у камеру холодильника.
- Весь пристрій щільно стискається та просушується протягом 4-5 годин.
- На обох радіаторах встановлюються кулери: верхній відводитиме тепло, а нижній — вирівнюватиме температуру в камері холодильника.
Корпус холодильника виготовляється з теплоізолюючою прокладкою всередині. Важливо, щоб він щільно закривався. Для цього можна використовувати звичайну пластикову скриньку для інструментів.
Живлення 12 подається з системи автомобіля. Його можна зробити і від мережі 220 В змінного струму, із блоком живлення. Схема перетворення змінного струму в постійній застосовується найпростіша.
Вона містить випрямний міст і конденсатор, що згладжує пульсації. При цьому важливо, щоб на виході вони не перевищували 5% від номінального значення, інакше ефективність пристрою знижується. Модуль має два висновки з кольорових проводів.
До червоного завжди підключається плюс, до чорного мінус.
Потужність ТЕМ має відповідати обсягу боксу. Перші 3 цифри маркування означають кількість пар напівпровідникових мікроелементів усередині модуля (49-127 і більше). Сила струму виражається двома останніми цифрами маркування (від 3 до 15 А). Якщо потужності недостатньо, треба наклеїти на радіатори ще один модуль.
Зверніть увагу! Якщо сила струму перевершуватиме потужність елемента, він нагріватиметься з обох сторін і швидко вийде з ладу.
Модуль Пельтьє: генератор електричної енергії
ТЕМ можна використовуватиме вироблення електроенергії. Для цього треба створити перепад температури між пластинами, і розташовані між ними термопари вироблятимуть електричний струм.
Для практичного використання потрібен ТЕМ щонайменше ніж на 5 В. Тоді за його допомогою можна буде заряджати мобільний телефон. Через низький ККД модуля Пельтьє знадобиться підвищуючий перетворювач постійної напруги. Для складання генератора знадобляться:
- 2 модулі Пельтьє ТЕС1-12705 з розміром пластин 40х40 мм;
- перетворювач ЕК-1674;
- алюмінієві пластини завтовшки 3 мм;
- каструля для води;
- термостійкий клей.
Між пластинами розміщуються два модулі на клей, а потім вся конструкція фіксується на дні каструлі. Якщо її заповнити водою і поставити на вогонь, вийде необхідна різниця температури, що виробляє ЕРС близько 1,5 В. Підключивши модулі до перетворювача, що підвищує, можна підвищити напругу до 5 В, необхідних для зарядки акумулятора телефону.
Чим більша різниця температури між водою і нижньою пластиною, що підігрівається, тим генератор працює ефективніше. Тому треба намагатися знижувати нагрівання води різними способами: зробити її проточною, частіше замінювати свіжою тощо.
p align="justify"> Дієвим засобом збільшення різниці температур є каскадне включення модулів, коли вони накладаються шарами один на інший.
Збільшення габаритних розмірів пристрою дозволяє помістити між пластинами більше елементів і збільшити загальну потужність.
Продуктивності генератора буде достатньо зарядки невеликих акумуляторів, роботи світлодіодних ламп або радіоприймача. Зверніть увагу! Для створення термогенераторів будуть потрібні модулі, здатні працювати при 300-400 0С! Інші підійдуть лише для пробних випробувань.
На відміну від інших засобів альтернативного отримання електроенергії, вони можуть працювати під час руху, якщо створити щось типу каталітичного нагрівача.
Вітчизняні модулі Пельтьє
ТЕМ свого виробництва з'явилися на ринку не так давно. Вони відрізняються високою надійністю та мають хороші характеристики. Модуль Пельтьє, який має широкий попит, має розміри 40х40 мм. Він розрахований на максимальний струм 6 А та напруга до 15 В.
Вітчизняний модуль Пельтьє можна купити за невелику ціну. При споживаній потужності 85 Вт створює температурний перепад 60 0С. Разом з кулером він здатний захистити від перегріву процесор з потужністю 40 Вт, що розсіюється.
Характеристики модулів провідних фірм
Зарубіжні пристрої представлені на ринку у більшому розмаїтті. Для захисту процесорів провідних фірм застосовується як холодильник Рах56В модуль Пельтьє, ціна якого в комплекті з вентилятором становить $35.
При розмірах 30х30 мм він підтримує температуру процесора не вище 63 0С при потужності, що виділяється 25 Вт. Для живлення достатньо напруги 5, а струм не перевищує 1,5 А.
Добре підходить під охолодження процесора модуль Пельтьє РА6ЕХВ, який забезпечує нормальний температурний режимза потужності розсіювання 40 Вт. Площа його модуля становить 40х40 мм, а споживаний струм - до 8 А. Крім значних розмірів - 60х60х52, 5 мм (разом з вентилятором) - пристрій вимагає наявності навколо нього вільного простору. Ціна його складає $65.
Коли застосовується модуль Пельтьє, технічні характеристики у нього повинні відповідати потребам пристроїв, що охолоджуються. Неприпустимо, щоб вони мали занадто низька температура. Це може спричинити конденсацію вологи, яка згубно діє на електроніку.
Модулі для виготовлення генераторів, такі як ТЕС1-12706, ТЕС1-12709 відрізняються більшою потужністю - 72 Вт і 108 Вт відповідно. Їх розрізняють за маркуванням, що завжди наноситься на гарячу сторону.
Максимальна температура гарячої сторони, що допускається, у них становить 150-160 0С. Чим більший температурний перепад між пластинами, тим вища напруга на виході.
Пристрій працює за максимального температурного перепаду 600 0С.
Модуль Пельтьє купити можна недорого — близько $10 і менше за штуку, якщо добре пошукати. Досить часто продавці значно завищують ціни, але можна знайти у кілька разів дешевше, якщо купувати на розпродажі.
Висновок
Ефект Пельтьє знайшов застосування нині у створенні невеликих холодильників, необхідні сучасної техніки. Оборотність процесу дає можливість виготовити мікроелектростанції, затребувані для заряджання акумуляторів електронних пристроїв.
На відміну від інших засобів альтернативного отримання електроенергії вони можуть працювати під час руху, якщо встановити каталітичний нагрівач.
Трохи трохи теорії.
Єдиним 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 двома плоскими керамічними пластинами на основі оксиду або нітриду алюмінію. Кількість термопар може змінюватися в широких межах – від одиниць до сотень пар, що дозволяє створювати ТЕМ практично будь-якої 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 гарячого боку ТЕМ забезпечити ефективне відведення тепла, наприклад, за допомогою радіатора, то на холодному боці можна отримати температуру, яка буде на десятки градусів нижче за температуру навколишнього середовища. Ступінь охолодження буде пропорційною величиною струму. При зміні полярності струму гаряча та холодна сторони змінюються місцями.
практика.
Елементи Пельте широко використовуються у системах охолодження. Але не багато хто знає про їхню іншу властивість – виробляти енергію. Вивченню цих можливостей і присвячена дана лабораторна робота.
50*50 мм елемент, встановлений між двома алюмінієвими брусками. Попередньо їх поверхні притерті та 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 одного боку елемента Пельтьє, а іншу ставимо на конфорку. До виходу елемента підключаємо 10Вт 6-вольтову лампочку. Результат – наш генератор працює!
Досвід доводить, що елемент Пельтьє добре виробляє електрику. Лампочка світиться досить яскраво, напруга близько 4.5 вольта.
Нагрів до 160 градусів виявився не оптимальним, при 120 градусах результат був найгіршим на 10%.
Температура рідини, що охолоджує, на виході десять градусів, на вході на один градус менше. Судячи з таких результатів, вода, для охолодження, не така вже й необхідна.
За допомогою елементів Пельтьєможна видобувати електрику в експедиції, у турпоході, на мисливській зимівлі, словом у будь-якому місці, де це може знадобитися. Природно, за наявності дров або яскравого сонця, та й обов'язково кмітливості.
Використання термоелектричного модуля.
Такий термоелектричний генератор чудово пам'ятають ті, хто пам'ятає радянські радгоспи та колгоспи. Кажуть, у війну німці не могли зрозуміти, як партизани можуть довго вести радіопередачі з обложеного лісу.
Так, як кажуть - якби нашим ученим 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 КАМАЗу
У такий "ковшик" наливається вода, ставиться на вогонь і, будь ласка, заряджай мобільник. Весь секрет у дні, там "заритий" Пельтьє
Давайте детальніше про цю конструкцію.
В даний час зростає інтерес до використання термоелектричних генераторних модулів у побутових пристроях. Насамперед це стосується можливості живлення малопотужних споживачів електроенергії – радіоприймачі, стільникові та супутникові телефони, переносні комп'ютери, пристрої автоматики тощо. від наявних джерел тепла. Термоелектричний генератор, в якому відсутні обертові, що труться і будь-які інші частини, що зношуються, дозволяє безпосередньо отримувати електрику з будь-якого джерела тепла: вихлопних газів двигунів внутрішнього згоряння, гарячої води геотермальних джерел, "непрямого" тепла ТЕЦ і т.п. Керуючись досвідом, отриманим при створенні промислових термоелектричних генераторів (ТЕГ) різної потужності - від кількох Ват до кількох кіловат ІПФ 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 у донній частині якого встановлені генераторні модулі виробництва ІПФ Кріотерм.
Необхідний для роботи генератора перепад температур досягається при розігріванні ковшика, наприклад, полум'ям багаття. Вода, що нагрівається всередині ковшика, може йти на приготування їжі або на інші цілі. Даний генератор в першу чергу призначений для використання в глухих, важкодоступних місцях для заряджання елементів живлення індивідуальних засобів зв'язку та навігації, освітлення тощо. Він незамінний для мисливців, туристів, моряків, співробітників рятувальних та спеціальних служб, змушених довгий час перебуває далеко від джерел центрального енергопостачання.
Перевагою генератора є мала вага і об'єм, висока питома потужність, що генерується, функціональність і висока надійність. Конструкція генератора унеможливлює його перегріву при правильному використанні. Як додаткова опція до генератора пропонується ступінчастий стабілізатор напруги з діапазонами 3 - 6 - 9В -12В і перехідники для зарядних пристроїв.
ПОБУТОВИЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ 1TG-8
Технічна специфікація
Маса без рідини, кг, не більше0,55
Габаритні розміри, мм
без ручки250х130х110 ? 123 h=100
Багатьох електриків цікавить одне дуже популярне питання – як автономно та безкоштовно отримати невелику кількість електроенергії. Дуже часто, наприклад, при виїзді на природу чи поході катастрофічно не вистачає розетки для заряджання телефону або включення світильника. У цьому випадку Вам допоможе саморобний термоелектричний модуль, зібраний на основі елемента Пельтьє. За допомогою такого пристрою можна генерувати струм, напругою до 5 Вольт, чого цілком вистачить для зарядки девайса та підключення лампи в екстреній ситуації. Далі ми розповімо, як зробити термоелектричний генератор своїми руками, надавши простий майстер-клас у картинках та з відео прикладами!
Коротко про принцип дії
Щоб надалі Ви розуміли, для чого потрібні ті чи інші запчастини при складанні саморобного термоелектричного генератора, спочатку поговоримо про влаштування елемента Пельтьє та про те, як він працює. Цей модуль складається з послідовно з'єднаних напівпровідників - pn переходів, що знаходяться між керамічними пластинами, як показано на малюнку нижче.
Коли через такий ланцюг проходить електричний струм, відбувається так званий ефект Пельтьє – одна сторона модуля нагрівається, а друга – охолоджується. Навіщо це нам потрібно? Все дуже просто, цей ефект працює і у зворотному напрямку: якщо одну сторону пластини нагріти, а другою охолодити, то можна отримати електроенергію невеликої напруги та сили струму. Величезна перевага даного методув тому, що можна використовувати будь-яке джерело тепла, чи то багаття, чи гаряча кружка з окропом, остигаюча плита і так далі. Для охолодження можна використовувати повітря або більш сильних варіантів – звичайну воду, яка неодмінно знайдеться навіть в умовах походу. Далі переходимо до майстер-класів, які наочно покажуть із чого і як зробити термоелектричний генератор своїми руками.
Майстер-клас зі збирання
У нас є дуже докладна і водночас проста інструкція зі збирання саморобного генератора електроенергії на базі міні-печі та елементу Пельтьє. Вона стане в нагоді кожному мандрівнику в поході. Для початку Вам необхідно підготувати такі матеріали:
- Саме елемент Пельтьє з параметрами: максимальний струм 10 А, напруга 15 Вольт, розміри 40*40*3,4 мм. Маркування - TEC 1-12710.
- Старий неробочий блок живлення від комп'ютера (з нього потрібний лише металевий корпус).
- Стабілізатор напруги, з наступними технічними характеристиками: вхідна напруга 1-5 Вольт, на виході – 5 Вольт. У цій інструкції зі збирання термоелектричного генератора використовується модуль з USB виходом, що спростить і зробить безпечним процес підзарядки сучасного телефону або планшета. Цю деталь можна придбати в магазині радіокомпонентів або інтернету.
- Радіатор. Можна взяти від процесора з кулером (вентилятором), як показано на фото.
- Термопаста продається в комп'ютерному магазині.
Підготувавши всі матеріали можна переходити до виготовлення пристрою своїми руками. Отже, щоб Вам було зрозуміліше, як самому зробити генератор, надаємо покроковий майстер-клас з картинками та докладним поясненням:
Працює термоелектричний генератор наступним чином: усередину печі Ви засипаєте дрова, дрібні тріски, підпалюєте їх і чекаєте кілька хвилин, доки одна зі сторін термоелемента не нагріється. Паралельно можна закип'ятити воду на ґратах. Для підзарядки телефону потрібно, щоб різниця між температурами різних сторін була близько 100 про С. Якщо охолоджувальна частина (радіатор) нагріватиметься, його потрібно буде остуджувати - акуратно поливати водою, поставити на нього кухоль з рідиною, льодом і т.д. Краще кріпити радіатор так, щоб його ребра були розташовані вертикально, це покращує віддачу тепла в повітря.
А ось і відео, на якому наочно показується, як працює саморобний електрогенератор на дровах:
Генерація електрики з вогню
Також можна встановити на холодну сторону пристрою вентилятор від комп'ютера, що змінить його конструкцію. Давайте розглянемо цей варіант детальніше: 
У цьому випадку кулер витрачатиме невелику частку потужності генераторної установки, але в результаті система працюватиме з вищим ККД. Крім телефонної зарядки модуль Пельтьє можна використовувати як джерело електроенергії для ліхтарика, що є не менш корисним варіантом застосування генератора. Ще одна особливість даної конструкції – це здатність регулювати висоту над вогнем. Для цього автор використовує деталь від CD-ROM (на одному з фото добре видно, як можна виготовити конструкцію).
Якщо зробити термоелектричний генератор своїми руками за такою методикою, на виході у Вас може бути до 8 Вольт напруги, тому для підзарядки телефону потрібно підключити понижувальний перетворювач, який зробить на виході 5 В стабільні.
Холодильне обладнання настільки міцно увійшло в наше життя, що навіть важко уявити, як можна без нього обходитися. Але класичні конструкції на холодоагентах не підходять для мобільного використання, наприклад, як похідна сумка-холодильник.
З цією метою використовуються установки, у яких принцип роботи побудований ефект Пельтье. Коротко розповімо про це явище.
Що це таке?
Під цим терміном мають на увазі термоелектричне явище, відкрите в 1834 році французьким натуралістом Жаном-Шарлем Пельтьє. Суть ефекту полягає у виділенні чи поглинанні тепла у зоні, де контактують різнорідні провідники, якими проходить електричний струм.
Відповідно до класичної теорії існує таке пояснення явища: електричний струм переносить між металами електрони, які можуть прискорювати або уповільнювати свій рух, залежно від контактної різниці потенціалів у провідниках, зроблених з різних матеріалів. Відповідно, зі збільшенням кінетичної енергії, відбувається її перетворення на теплову.
На другому провіднику спостерігається зворотний процес, що вимагає поповнення енергії відповідно до фундаментального закону фізики. Це відбувається за рахунок теплового коливання, що спричиняє охолодження металу, з якого виготовлений другий провідник.
Сучасні технології дозволяють виготовити напівпровідникові елементи-модулі із максимальним термоелектричним ефектом. Має сенс коротко розповісти про їхню конструкцію.
Пристрій та принцип роботи
Сучасні модулі є конструкцією, що складається з двох пластин-ізоляторів (як правило, керамічних), з розташованими між ними послідовно з'єднаними термопарами. Зі спрощеною схемою такого елемента можна ознайомитися на наведеному нижче малюнку.
Позначення:
- А – контакти підключення до джерела живлення;
- B – гаряча поверхня елемента;
- С – 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(залежно від полярності). Контакти p-nнагріваються, n-p – охолоджуються (див. рис.3). Відповідно виникає різниця температур (DT) на сторонах елемента. Для спостерігача цей ефект виглядатиме як перенесення теплової енергії між сторонами модуля. Примітно, що зміна полярності живлення призводить до зміни гарячої та холодної поверхні.
Мал. 3. А – гаряча сторона термоелемента, В – холодна Технічні характеристики
Характеристики термоелектричних модулів описуються такими параметрами:
- холодопродуктивністю (Q max), ця характеристика визначається на основі максимально допустимого струму та різниці температури між сторонами модуля, що вимірюється у Ваттах;
- максимальним температурним перепадом між сторонами елемента (DT max), параметр наводиться для ідеальних умов, одиниця виміру - градуси;
- допустима сила струму, необхідна забезпечення максимального температурного перепаду – I max ;
- максимальним напругою U max , необхідним струму I max , щоб досягти пікової різниці DT max ;
- внутрішнім опором модуля – Resistance, що вказується в Омах;
- коефіцієнтом ефективності - СОР (абревіатура від англійської - coefficient of performance), по суті це ККД пристрою, що показує ставлення потужності, що охолоджує до споживаної. У недорогих елементів цей параметр знаходиться в межах 0,3-0,35, більш дорогі моделі наближаються до 0,5.
Маркування
Розглянемо, як розшифровується типове маркування модулів з прикладу малюнка 4.
Рис 4. Модуль Пельтьє з маркуванням ТЕС1-12706 Маркування розбивається на три значущі групи:
- Позначення елемента. Дві перші літери завжди незмінні (ТІ) говорять про те, що це термоелемент. Наступна вказує розмір, можуть бути літери "С" (стандартний) та "S" (малий). Остання цифра вказує скільки шарів (каскадів) в елементі.
- Кількість термопар у модулі, зображеному на фото їх 127.
- Розмір номінального струму в Амперах, у нас – 6 А.
Так само читається маркування та інших моделей серії ТЕС1, наприклад: 12703, 12705, 12710 тощо.
Застосування
Незважаючи на досить низький ККД, термоелектричні елементи знайшли широке застосування у вимірювальній, обчислювальній та побутовій техніці. Модулі є важливим робочим елементом таких пристроїв:
- мобільних холодильних установок;
- невеликих генераторів для вироблення електрики;
- систем охолодження у персональних комп'ютерах;
- кулери для охолодження та нагрівання води;
- осушувачі повітря тощо.
Наведемо детальні приклади використання термоелектричних модулів.
Холодильник на елементах Пельтьє
Термоелектричні холодильні установки значно поступаються за продуктивністю компресорним та 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 у 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 їх сторін піддати примусовому нагріванню. Чим більша різниця температур між сторонами, тим вища сила струму, що виробляється джерелом. На жаль, максимальна температура для термогенератора обмежена, вона не може бути вищою за точку плавлення припою, що використовується в модулі. Порушення цієї умови призведе до виходу елемента з ладу.
Для серійного виробництва термогенераторів використовують спеціальні модулі з тугоплавким припоєм, їх можна нагрівати до 300°С. У звичайних елементах, наприклад ТЕС1 12715, обмеження - 150 градусів.
Оскільки ККД таких пристроїв невисокий, їх застосовують лише у випадках, коли немає можливості використовувати більш ефективне джерело електричної енергії. Тим не менш, термогенератори на 5-10 Вт мають попит у туристів, геологів і жителів віддалених районів. Великі та потужні стаціонарні установки, що працюють від високотемпературного палива, використовують для живлення приладів газорозподільних вузлів, апаратури метеорологічних станцій тощо.
Для охолодження процесора
Нещодавно дані модулі стали використовувати в системах охолодження CPU персональних комп'ютерів. Враховуючи низьку ефективність термоелементів, користь таких конструкцій досить сумнівна. Наприклад, щоб охолодити джерело тепла потужністю 100-170 Вт (відповідає більшості сучасних моделей CPU), потрібно витратити 400-680 Вт, що потребує встановлення потужного блока живлення.
Другий підводний камінь – незавантажений процесор менше виділятиме теплової енергії, і модуль може охолодити його менше точки роси. В результаті почне утворюватися конденсат, що гарантовано виведе електроніку з ладу.
Тим, хто зважиться створити таку систему самостійно, потрібно провести серію розрахунків щодо підбору потужності модуля під певну модель процесора.
Виходячи з вище сказаного, використовувати дані модулі як систему охолодження CPU не рентабельно, крім цього можуть стати причиною виходу комп'ютерної техніки з ладу.
Зовсім інакша справа з гібридними пристроями, де термомодулі використовуються спільно з водяним або повітряним охолодженням.
Гібридні системи охолодження довели свою ефективність, але висока вартість обмежує коло їхніх шанувальників.
Кондиціонер на елементах Пельтьє
Теоретично такий пристрій конструктивно буде значно простіше за класичні системи клімат-контролю, але все впирається в низьку продуктивність. Одна справа – охолодити невеликий об'єм холодильної камери, інша – приміщення чи салон автомобіля. Кондиціонери на термоелектричних модулях більше (в 3-4 рази) споживатимуть електроенергії, ніж обладнання, що працює на холодоагенті.
Що стосується використання як автомобільної системи клімат-контролю, то для роботи такого пристрою потужності штатного генератора буде недостатньо. Заміна його на більш продуктивне обладнання спричинить суттєву витрату палива, що не рентабельно.
У тематичних форумах періодично виникають дискусії на цю тему та розглядаються різні саморобні конструкції, але повноцінного робочого прототипу поки не створено (крім кондиціонера для хом'ячка). Можливо, ситуація зміниться, 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: охолодний модуль, контролер, керований термостатом і обігрівач. Така реалізація значно простіше і дешевше компресорної схеми, крім цього, вона надійніша і простіше в експлуатації. Але є й певні недоліки:
- вода не охолоджується нижче 10-12 ° С;
- на охолодження потрібно довше часу, ніж компресорному аналогу, отже такий кулер не підійде для офісу з великою кількістю працівників;
- пристрій чутливий до зовнішньої температури, в теплому приміщенні вода не охолоджуватиметься до мінімальної температури;
- не рекомендується встановлення в запилених кімнатах, оскільки може забитися вентилятор і модуль, що охолоджує, вийде з ладу.
Настільний кулер для води з використанням елементу Пельтьє Осушувач повітря на елементах Пельтьє
На відміну від кондиціонера реалізація осушувача повітря на термоелектричних елементах цілком можлива. Конструкція виходить досить простою та недорогою. Охолодний модуль знижує температуру радіатора нижче точки роси, в результаті на ньому осідає волога, що міститься в повітрі, що проходить через пристрій. Осіла вода відводиться у спеціальний накопичувач.
Попри низький ККД, у разі ефективність пристрою цілком задовільна.
Як підключити?
З підключенням модуля проблем не виникне, на дроти виходів необхідно подати постійна напруга, Його величина вказана в даташит елемента. Червоний провід необхідно підключити до плюса, чорний до мінуса. Увага! Зміна полярності змінює місцями поверхні, що охолоджується і нагрівається.
Як перевірити елемент Пельтьє на працездатність?
Найпростіший і найнадійніший спосіб – тактильний. Необхідно підключити модуль до відповідного джерела напруги і торкнутися різних сторін. У працездатного елемента одна з них буде теплішою, інша – холоднішою.
Якщо потрібного джерела під рукою немає, буде потрібно мультиметр і запальничка. Процес перевірки досить простий:
- підключаємо щупи до висновків модуля;
- підносимо запалену запальничку до однієї зі сторін;
- спостерігаємо за показаннями приладу.
У робочому модулі під час нагрівання однієї зі сторін генерується електричний струм, що відобразиться на табло приладу.
Як зробити елемент Пельтьє своїми руками?
Зробити саморобний модуль у 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 у 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, на виході він видаватиме стабільні 5, що цілком достатньо для підзарядки більшості мобільних пристроїв. Якщо використовується звичайний елемент Пельтьє, необхідно обмежити робочий діапазон температури сторони, що нагрівається 150 °С. Щоб не турбувати себе відстеженням, як джерело тепла краще використовувати казанок з киплячою водою. В цьому випадку елемент гарантовано не нагріється вище за температуру 100 °С.
