Сборка термогенератора своими руками для получения электричества: особенности процесса
В современном мире большое количество бытовой техники и других устройств работает от электроэнергии. При этом, находясь в путешествии, приходится возить с собой химические источники тока, способные вырабатывать электроэнергию. Но также можно изготовить термогенератор своими руками. Для этого потребуются некоторые материалы, приспособления и определенные знания.
- Разновидности устройств
- Работа модуля
- Достоинства и недостатки
- Изготовление своими руками
Разновидности устройств
В цепи разнородных проводников при переменной температуре может возникать термо-ЭДС в местах контакта. На основании этого был разработан и создан так называемый модуль «Пельтье». Он представляет собой 2 пластины из керамики, между которыми установлен биметалл. При поступлении электрического тока одна из пластин постепенно начинает нагреваться, а другая одновременно охлаждается.
Эта способность позволяет делать из таких элементов холодильники.
Но можно наблюдать и обратный процесс, когда в местах контакта будет поддерживаться перепад температур. В этом случае пластины начнут вырабатывать электрический ток. Такой модуль можно использовать для получения небольшого количества электрической энергии.
Работа модуля
Термогенераторы электричества работают по определенному принципу. Так, в зависимости от направления тока, в контакте разнопроводных проводников наблюдается поглощение или выделение тепла. Это зависит от направления электричества. При этом плотность тока является одинаковой, а энергии — различной.
Разогревание кристаллической решетки наблюдается, если вытекающая энергия меньше той, что входит в контакт. При перемене направленности тока происходит обратный процесс. Энергия в кристаллической решетке снижается, поэтому происходит охлаждение устройства.
Наибольшей популярностью пользуется термоэлектрический модуль, состоящий из проводников типов р и n, которые между собой соединены через медные аналоги. В каждом из элементов существует по 4 перехода, которые охлаждаются и нагреваются. Из-за температурного перепада возможно создание термоэлектрогенератора.
Достоинства и недостатки
Независимо от того, куплен он или изготовлен своими руками, термоэлектрогенератор имеет ряд достоинств. Так, к наиболее весомым из них относятся:
- Малогабаритные размеры.
- Возможность работы как нагревательных, так и в охладительных приборах.
- При смене полярности наблюдается обратимость процесса.
- Отсутствие подвижных элементов, которые изнашиваются достаточно быстро.
Несмотря на имеющиеся существенные преимущества, такое устройство имеет некоторые недостатки:
- Незначительный КПД (всего 2−3%).
- Необходимость создания источника, отвечающего за температурный перепад.
- Существенное потребление энергии.
- Большая себестоимость.
Исходя из вышеперечисленных отрицательных и положительных качеств, можно сказать о том, что такое устройство целесообразно применять в случае необходимости подзарядки мобильного телефона, планшетного компьютера или зажигания светодиодной лампочки.
Изготовление своими руками
Можно изготовить термоэлектрический генератор своими руками. Для этой цели потребуются некоторые элементы:
- Модуль, способный выдерживать нагрев до 300−400 °C.
- Повышающий преобразователь, цель которого заключается в приеме беспрерывного напряжения 5 В.
- Нагреватель в виде костра, свечки или какой-либо миниатюрной печи.
- Охладитель. Вода или снег — наиболее популярные подручные варианты.
- Соединительные элементы. Для этой цели можно использовать кружки или кастрюли разного размера.
Провода, проходящие между преобразователем и модулем, необходимо изолировать термостойким составом или обычным герметиком. Собирать устройство необходимо в такой последовательности:
- От блока питания оставить только корпус.
- Холодной стороной к радиатору нужно приклеить модуль «Пельтье».
- Предварительно зачистив и отполировав поверхность, нужно приклеить элемент другой стороной.
- От входа преобразователя напряжения необходимо припаять провода к выходам пластины.
При этом термогенератор для корректной работы должен быть наделен такими характеристиками: выходное напряжение — 5 вольт, тип выхода для подключения устройства — USB (или любой другой в зависимости от предпочтений), минимальная мощность нагрузки должна составлять 0,5 А. При этом можно использовать любой вид топлива.
Проверить механизм достаточно просто. Внутрь можно положить несколько сухих и тонких веточек.
Поджечь их, а через несколько минут подключить какое-либо устройство, например, телефон для подзарядки. Собрать термогенератор несложно. Если все сделать правильно, то он прослужит не один год в поездках и походах.Термоэлектрический генератор своими руками — 155 фото и видео мастер-класс по созданию теплового насоса
Большинство начинающих электриков интересуется о возможности создания не затратного и автономного источника электроэнергии. Зачастую, например, выехав на пикник, рыбалку либо просто отдохнуть на свежем воздухе, критически не хватает электричества для зарядки какого-либо прибора или освещения в темное время суток.
В таких случаях может помочь самостоятельно сделанный термоэлектрический генератор, для дома такой прибор не подойдет, если только в крайних случаях.
При помощи его можно вырабатывать электрического напряжение до пяти вольт, этого будет достаточно для зарядки гаджетов и подключения лампочки.
Для визуального ознакомления с ТЭГ нужно лишь посмотреть в любых источниках фото термоэлектрического генератора.
Краткое содержимое статьи:
Что такое ТЭГ
Данное устройство, дает возможность выработать электроэнергию из энергии тепла.
Нужно пояснить, что выражение «Тепловая энергия» не совсем правильное, так как тепло, это метод отдачи, не являющийся отдельным типом энергии. Этим определением обозначают общую кинетику структурных элементов:
- молекул;
- атомов;
- иных частиц, которые входят в состав вещества.
Отличие ТЭГ от ТЭС
На ТЭС применяют топливо для выделения из жидкости пара, вращающий турбину электрогенератора.
С помощью теплоэлектрического генератора электроэнергия генерируется без посреднических преобразований.
Принцип работы
В девятнадцатом веке одним ученым обнаружилось возникновение электродвижущей силы в замкнутой цепи, при изменениях температуры в среде контактировании сурьмы с проводником.
Нагревая один из контактов, возникает магнитное поле, что вызывает ЭДС. При нагревании второго контакта, поток ЭДС противоположно изменяется.
Разорвав цепь, фиксируется противоположность потенциалов на ее краях. Это и является основным принципом работы термоэлектрических генераторов.
Спустя двенадцать 12 лет другой физик выявил противоположный эффект. Пропустив ток по цепи термопары, в контактах создается перепады температур.
В принципе эти оба эффекта разные стороны одного и того же явления, дающего возможность непосредственно получить электричество из тепла.
Перспективы
В данное время продолжают ставить опыты, подбирая оптимальные термопары, позволяющие повысить коэффициент полезного действия.
Большая вероятность того, что скоро разработки усовершенствования доброкачественности термических элементов, обретут высший статус производства материала для повышения взаимодействия термопар, с применением высоких технологий:
- нанотехнологий;
- ям квантования и т. п.
п.Вполне возможен вариант изобретения совсем другого принципа, с применением нестандартных материалов.
Были попытки соединения микроскопических проводников из золота искусственно синтезированной молекулой. Этот опыт в дальнейшем вполне может добиться успеха.
Сфера применения и виды
Учитывая низкий коэффициент полезного действия для теплоэлектрического генератора существуют два обстоятельства его использования:
- там, где отсутствуют иные источники электрической энергии;
- в местах, обладающими избытком тепла.
Как сделать собственноручно
Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.
Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.
Потребуется элемент термоэлектричества.
Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.
Однако есть большая проблема, необходимо подбирать элементы с похожими параметрами, что достаточно затруднительно либо дорого обходится, легче приобрести готовый прибор.
Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.
Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.
Главные нюансы сборки
Изначально нужно нанести на основание термопасту там, где предназначена фиксация основного элемента, прислонить его и прижать охлаждающей деталью. В итоге получается конструктивное изделие.
Сухой спирт, пожалуй, станет лучшим топливом для этого приспособления. Далее нужно подсоединить к сделанному прибору устройство стабилизирующие напряжение.
Схему возможно посмотреть на сайтах в интернете либо в иных источниках предлагающих эту тему.
Изделие готово, теперь осталось только произвести испытание.
Заключение
В заключении можно сказать, что изготовление данного устройства лучше доверить специалистам либо приобрести его. Попытка создать его самостоятельно может привести к неудаче.
Фото термоэлектрического генератора своими руками
Вам понравилась статья? Поделитесь 😉
Постройте термоэлектрический генератор, подобный тем, которые используются в дальних космических полетах
Getty images
org/Person»> Ретт АлленНаука
Термоэлектрические генераторы — это маленькие и надежные термоэлектрические генераторы без движущихся частей. что делает их идеальными для космических кораблей, таких как «Вояджер» и «Кассини».
Словосочетание «тепловой двигатель» может вызвать некоторые неприятные воспоминания из вашего вводного курса термодинамики. Но не волнуйтесь, я покажу вам самую крутую тепловую машину, которую вы только можете представить, — термоэлектрический генератор (ТЭГ).
Основная идея тепловой машины состоит в том, чтобы извлекать некоторую полезную энергию из разницы температур. Эта выходная энергия может быть механической или электрической — и другими странными вещами. Но есть очень простой пример, который вы, вероятно, видели: паровой двигатель. Вы нагреваете немного воды, чтобы получить пар, который может расширяться и что-то толкать.
Затем он конденсируется, позволяя чему-то сжаться.
Чтобы эта паровая машина вообще работала, нужна температура наружного воздуха ниже температуры пара, иначе пар никогда не сконденсируется. И в самом деле, все тепловые двигатели зависят от разницы температур. Если вы хотите получить более подробное объяснение механики парового двигателя, посмотрите это видео.
А теперь самая простая тепловая машина, которую вы когда-либо видели — вы даже можете сделать ее сами. Вам просто нужна скрепка и оголенный медный провод (или любые два разных металлических провода). Я предполагаю, что это стальная скрепка. Разрежьте скрепку на две части, а затем соедините каждую часть с одним концом медного провода. Это должно выглядеть примерно так.
Серьезно, одна эта установка будет термоэлектрическим генератором. Как это круто?! Чтобы заставить это работать, просто поместите один конец медно-стального перехода во что-то горячее, а другой медно-стальной переход во что-то холодное. Два свободных конца скрепки будут выходом этого генератора.
Поскольку это не очень эффективное термоэлектрическое устройство, я просто подключу выход к вольтметру. В качестве горячего конца я буду использовать горячую тарелку, а холодный конец будет состоять из соли и льда (который холоднее, чем обычный лед). Вот как это выглядит.
Самые популярные
Как видно из вольтметра, я получаю 1,2 мВ. Это немного, но хоть что-то. (Если вам интересно, масса на горячей пластине предназначена только для того, чтобы протолкнуть соединение медь-сталь для обеспечения хорошего контакта.)
Здесь вы видите эффект Зеебека (названный в честь Томаса Зеебека). Два разных металла вместе при двух разных температурах могут создавать электрический ток. Эффект более заметен при большей разнице температур, и некоторые комбинации металлов работают лучше, чем другие, но вот он, ваш термоэлектрический генератор.
На самом деле, вы можете сделать лучший генератор, используя полупроводник вместо двух разных металлов, но версию из двух металлов построить намного проще.
Вот демо с полупроводником. Устройство зажато между двумя алюминиевыми ножками, одна ножка в горячей воде, а другая в холодной. Выход устройства идет на небольшой электродвигатель сверху.
Самые популярные
Итак, как это работает? Почему при разнице температур (для разных металлов) возникает электрический ток? Я не собираюсь в полная история , так как это заняло бы слишком много времени. Но вот мой очень короткий ответ: у электрического проводника есть свободные заряды, которые могут перемещаться (несколько). Когда вы прикладываете электрическое поле, эти заряды перемещаются и создают электрический ток. Обычно мы думаем об этих зарядах как об электронах, но это может быть что-то другое. Если вы возьмете металл и сделаете один конец горячим, а другой холодным, электроны на горячей стороне будут иметь больше энергии и двигаться больше. Эти более горячие электроны расходятся, а на холодном конце электроны имеют меньшую энергию.
Величина разделения заряда зависит от конкретного металла.
Теперь возьмите другой металл с двумя концами при разной температуре. Но поскольку этот металл отличается от первого, у него будет другое разделение зарядов на горячем и холодном концах. Когда эти разные металлы соединяются вместе, они образуют что-то вроде батареи — не очень хорошей батареи, но все же похожей на батарею. И бум — вот и ваш термоэлектрический генератор.
Если вы думаете о строительстве термоэлектрического генератора для питания вашего дома, у меня для вас плохие новости. Эти вещи очень неэффективны. Нужны довольно большие перепады температур, чтобы извлечь из них что-то полезное. Однако есть и хорошие новости. Эти термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей. Отсутствие движущихся частей означает, что они маленькие и достаточно надежные. И именно поэтому они используются в некоторых космических кораблях (таких как «Вояджер», «Кассини» и других). Чтобы создать разницу температур, космический корабль будет использовать радиоактивный источник, который остается очень горячим — вот и все.
Так работает ваш радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ). Это то же самое, что генератор скрепки и медной проволоки, только намного лучше.
Но подождите! Есть больше. Вы можете сделать что-то еще с двумя разными металлами. Что, если я использую те же два металла, но вместо того, чтобы помещать концы на разную температуру и получать напряжение, я подключаю их к батарее? Кроме того, я погружу оба конца в воду, чтобы было немного легче измерять температуру. Чтобы получить измеримый эффект, я сделал два изменения: я использовал нихромовую проволоку вместо стальной и сделал несколько соединений последовательно. Вот как это выглядит.
Самые популярные
Оба стакана с водой имеют комнатную температуру. Вы видите несколько дополнительных проводов — они предназначены для измерения температуры двух одинаковых количеств воды. Теперь, когда я подключаю батарею D-cell, я могу измерять температуру как функцию времени.
Я должен увидеть, как температура воды в одном стакане повышается, а в другом понижается, но это не совсем работает. Возможно, мне нужно улучшить мою настройку, но что-то вроде этого должно работать. Это называется эффектом Пельтье (когда он работает). Это противоположно эффекту Зеебека.
Вот лучшая демонстрация. Если я сниму электродвигатель с термоэлектрического генератора, я смогу подать напряжение. В этом случае одна сторона нагревается, а другая охлаждается. Вы могли бы почувствовать это своими руками, но это не работает через Интернет. Вместо этого я могу показать вам это инфракрасное изображение.
Да, это холодильник. Это не очень эффективно для охлаждения вещей, но вы можете сделать очень маленькое устройство, которое может снизить температуру чего-либо без каких-либо движущихся частей. Охладители Пельтье очень полезны в камерах, которые очень чувствительны к тепловым шумам. Они также полезны для того, чтобы ваш напиток оставался холодным, пока вы едете в машине.
Они даже делают термоэлектрические винные холодильники (другое название охладителя Пельтье).
Хорошо, есть еще одна вещь, которую вы можете сделать с двумя разными металлами (на тот случай, если вы не хотите строить радиоактивный термоэлектрический генератор). Вы можете использовать два разных металла для измерения температуры. Да, датчик, который я поместил в стакан с водой, работал, измеряя напряжение, создаваемое двумя разными металлами с разницей температур.
Если вы можете сделать все это всего с двумя кусками металла, только представьте, что вы можете сделать с тремя .
Ретт Аллейн — адъюнкт-профессор физики Университета Юго-Восточной Луизианы. Он любит преподавать и говорить о физике. Иногда он разбирает вещи и не может собрать их обратно.
Темыфизикатермодинамикаэлектричество
Больше из WIREDСоздание схемы термоэлектрического генератора (ТЭГ)
by Swagatam 11 комментариев
Термоэлектрический генератор (ТЭГ) — это своего рода «устройство свободной энергии», обладающее свойством преобразовывать температуру в электричество.
В этом посте мы немного узнаем об этой концепции и узнаем, как мы можем использовать ее для выработки электроэнергии из тепла и холода.
Что такое ТЭГ
В одной из моих предыдущих статей я уже объяснял аналогичную концепцию изготовления небольшого холодильника с помощью устройства Пельтье
Устройство Пельтье также представляет собой ТЭГ, предназначенный для выработки электроэнергии за счет разницы температур. Термоэлектрическое устройство очень похоже на термопару, с той лишь разницей, что они состоят из двух частей.
В ТЭГ используются два разных полупроводниковых материала (p-n), тогда как термопара работает с двумя разнородными металлами для одного и того же, хотя для термопары может потребоваться значительно большая разница температур по сравнению с меньшей версией ТЭГ.
Также широко известный как эффект Зеебека, он позволяет устройству ТЭГ инициировать генерацию электроэнергии при воздействии на его обратные стороны разницы температур. Это происходит из-за специально сконфигурированной внутренней структуры устройства, в котором для процесса используется пара легированных p- и n-полупроводников.
Эффект Зеебека
В соответствии с принципом Зеебека, когда два полупроводниковых материала подвергаются воздействию двух экстремальных уровней температуры, инициируется движение электронов через p-n переход, что приводит к возникновению разности потенциалов на внешних выводах материалов.
Несмотря на то, что концепция кажется удивительной, все хорошие вещи имеют присущий им недостаток, который делает их относительно неэффективными.
Необходимость экстремальной разницы температур на двух его сторонах становится самой сложной частью системы, потому что нагрев одной из сторон также подразумевает нагрев другой стороны, что в конечном итоге приведет к отключению электричества и повреждению ТЭГ устройство.
Чтобы обеспечить оптимальный отклик и инициировать поток электронов, один полупроводниковый материал внутри ТЭГ должен быть горячим, и в то же время другой полупроводник должен быть изолирован от этого тепла, обеспечив надлежащее охлаждение с противоположной стороны.
Эта критичность делает концепцию немного неуклюжей и неэффективной.
Тем не менее, концепция ТЭГ является эксклюзивной и пока не реализуемой при использовании какой-либо другой системы, и эта уникальность этой концепции делает ее очень интересной и стоящей экспериментов.
Схема ТЭГ с использованием выпрямительных диодов
Я пытался спроектировать схему ТЭГ с использованием обычных диодов, хотя я не уверен, будет ли она работать или нет. для улучшения.
На рисунках мы видим простую диодную сборку, зажатую радиаторами. Диоды представляют собой диоды типа 6A4, я выбрал эти диоды большего размера, чтобы получить большую площадь поверхности и лучшую скорость проводимости.
Диод 6A4
Простая схема термоэлектрического генератора, показанная выше, может быть использована для выработки электроэнергии из отработанного тепла путем надлежащего применения требуемой разницы температур между указанными теплопроводящими пластинами.
На правом рисунке показано множество диодов, соединенных последовательно-параллельно для достижения более высокой эффективности и пропорционально большего накопления разности потенциалов на выходе.