Андрей Смирнов
Время чтения: ~19 мин.
Просмотров: 1

Электрогенератор на дровах: принцип работы и изготовление своими руками

Генератор на элементе Пельтье. Термогенератор пельтье своими руками

Чуть чуть теории.

Единичным элементом термоэлектрического модуля (ТЭМ)
является термопара, состоящая из двух разнородных элементов с p- и n- типом проводимости. Элементы соединяются между собой при помощи коммутационной пластины из меди. В качестве материала элементов традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы и селена.

Термоэлектрический модуль (Элемент Пельтье)
представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных, как правило, последовательно. В стандартном термоэлектрическом модуле термопары помещаются между двух плоских керамических пластин на основе оксида или нитрида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах — от единиц до сотен пар, что позволяет создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности — от десятых долей до сотен ватт.

При прохождении через термоэлектрический модуль постоянного электрического тока между его сторонами образуется перепад температур -одна сторона (холодная) охлаждается, а другая (горячая) нагревается. Если с горячей стороны ТЭМ обеспечить эффективный отвод тепла, например, с помощью радиатора, то на холодной стороне можно получить температуру, которая будет на десятки градусов ниже температуры окружающей среды. Степень охлаждения будет пропорциональной величине тока. При смене полярности тока горячая и холодная стороны меняются местами.

Практика.

Элементы Пельте широко используются в системах охлаждения. Но не многие знают об их другом свойстве – вырабатывать энергию. Изучению этих их возможностей и посвящена данная лабораторная работа.

50*50 мм элемент, установлен между двумя алюминиевыми брусками. Предварительно их поверхности притёрты и смазаны пастой КПТ. В одном из брусков просверлены сквозные отверстия, через которые пропущена медная трубка, для водяного охлаждения. Вот, что получилось:

БЫТОВОЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ 1TG-8

Техническая спецификация

Масса без жидкости, кг, не более0,55

Габаритные размеры, мм

без ручки250х130х110 ? 123, h=100

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Будущий рынок

Хотя технология ТЭГ использовалась в военных и аэрокосмических приложениях в течение десятилетий, новые материалы и системы ТЭ разрабатываются для выработки энергии с использованием отходящего тепла при низких или высоких температурах, и это может предоставить значительные возможности в ближайшем будущем. Эти системы также можно масштабировать до любого размера и иметь более низкие затраты на эксплуатацию и обслуживание.

В целом инвестиции в технологию ТЭГ стремительно растут. Мировой рынок термоэлектрических генераторов оценивается в 320 миллионов долларов США в 2015 году. Согласно недавнему исследованию, ожидается, что TEG достигнет 720 миллионов долларов в 2021 году с темпами роста 14,5%. Сегодня Северная Америка занимает 66% доли рынка, и в ближайшем будущем она будет оставаться крупнейшим рынком. Однако, согласно прогнозам, в странах Азиатско-Тихоокеанского региона и Европы темпы роста будут относительно высокими. Исследование показало, что рынок Азиатско-Тихоокеанского региона будет расти со среднегодовым темпом роста (CAGR) 18,3% в период с 2015 по 2020 год из-за высокого спроса на термоэлектрические генераторы со стороны автомобильной промышленности для повышения общей топливной эффективности. по мере роста индустриализации в регионе.

Небольшие термоэлектрические генераторы также находятся на ранних стадиях исследования носимых технологий, чтобы сократить или заменить зарядку и длительность ускоренной зарядки. Недавние исследования были сосредоточены на новой разработке гибкого неорганического термоэлектрика, селенида серебра, на нейлоновой подложке. Термоэлектрики представляют собой особую синергию с носимыми устройствами, собирая энергию непосредственно из человеческого тела, создавая автономное устройство. В одном проекте использовался селенид серебра n-типа на нейлоновой мембране. Селенид серебра — это полупроводник с узкой запрещенной зоной, обладающий высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью, что делает его идеальным для термоэлектрических применений.

Маломощный ТЭГ или рынок «субватт» (т. Е. Генерирующий пиковую мощность до 1 Вт) — это растущая часть рынка ТЭГ, использующая новейшие технологии. Основными приложениями являются датчики, приложения с низким энергопотреблением и более глобальные приложения Интернета вещей . Специализированная компания, занимающаяся исследованиями рынка, сообщила, что в 2014 году было отгружено 100 000 единиц продукции, а к 2020 году ожидается 9 миллионов единиц в год.

Тепловой насос под солнечную энергию

Возвращаясь от генераторов к тепловым насосам, стоит отметить ещё один привлекающий вариант термоэлектрических устройств, где используется нагрев от естественного источника – солнца.

Подобные конструкции обещают более эффективную отдачу при условии правильного построения. К тому же в этом случае не требуется затрачивать искусственную энергию на подогрев.

Солнечный тепловой насос можно представить в образе двух отдельных ёмкостей, которые имеют циркуляционные контуры. Одна ёмкость исполняет роль горячей стороны, вторая, соответственно, исполняет роль холодной стороны.

Между ёмкостями устанавливается термоэлектрический преобразователь (к примеру, тот же модуль Пельтье). Горячая ёмкость дополняется солнечной панелью. Холодная ёмкость дополняется радиатором охлаждения. Схематично конструкция выглядит примерно так:

Структурная схема солнечного теплового насоса: A – ёмкость горячая; B – ёмкость холодная; 1 – солнечная энергия; 2 – стекловидное покрытие; 3 – тепловая изоляция; 4 – термоэлектрический преобразователь (модуль Пельтье); 5 – металлический радиатор; 6 – тепловая радиация; 7 – электрический ток

Как демонстрирует структурная схема теплового насоса, работающего от солнечной энергии, при нагреве через солнечную панель вода в контуре начинает циркулировать, разогревая, таким образом, весь объём жидкости. Теплом жидкости нагревается горячая сторона модуля Пельтье.

В свою очередь в холодной ёмкости наблюдается аналогичный эффект, но за счёт охлаждения жидкости через радиатор. Получаемая разница температур даёт электричество на термоэлектрическом преобразователе.

Нужно отметить, эта идея появилась достаточно давно. Задолго до появления модулей Пельтье и вообще систем кондиционирования. На практике эту систему применяли в разных видах, но значительного эффекта добиться так и не удавалось. Возможно, современные технологии помогут достичь высоких горизонтов.

Концепция теплового насоса

Базовая идея теплового насоса заключается в извлечении некоторой полезной энергии из полученной разницы температур. Выходная энергия может быть механической, электрической или другой. Одним из явных примеров, который часто встречается в той же бытовой практике, выступает паровой двигатель. В данном случае нагревается вода с целью получения пара. В свою очередь пар, обладая свойством расширения, создаёт давление.

Классическая схема теплового насоса, применяемого на практике: 1 – холодный цилиндр; 2 – радиатор; 3 – маховик; 4 – источник тепла; 5 – горячий цилиндр; 6 – пар (газ); 7 – контур прохождения пара (газа)

Полученное давление используется для выполнения какой-то работы. Например, для толкания поршня в цилиндре механического привода. Выполняя работу, пар охлаждается, сжимается, конденсируется. Поэтому, чтобы паровая машина работала, необходима внешняя температура ниже температуры пара. Фактически, работа всех тепловых насосов зависит от разницы температур.

Классический вариант

Как уже отмечено, в электростанции на дровах используется несколько технологий для получения электричества. Классической среди них является энергия пара, или попросту паровой двигатель.

Здесь все просто – дрова или любое другое топливо сгорая, разогревает воду, в результате чего она переходит в газообразное состояние – пар.

Полученный пар подается на турбину генераторной установки, и за счет вращения генератор вырабатывает электроэнергию.

Поскольку паровой двигатель и генераторная установка соединены в единый закрытый контур, то после прохождения турбины пар охлаждается, снова подается в котел, и весь процесс повторяется.

Такая схема электростанции – одна из самых простых, но у нее имеется ряд существенных недостатков, одним из которых является взрывоопасность.

После перехода воды в газообразное состояние давление в контуре значительно повышается, и если его не регулировать, то высока вероятность порыва трубопроводов.

И хоть в современных системах применяются целый набор клапанов, регулирующих давление, но все же работа парового двигателя требуется постоянного контроля.

К тому же обычная вода, используемая в этом двигателе, может стать причиной образования накипи на стенках труб, из-за чего понижается КПД станции (накипь ухудшает теплообмен и снижает пропускную способность труб).

Но сейчас эта проблема решается использованием дистиллированной воды, жидкостей, очищенных примесей, выпадающих в осадок, или же специальных газов.

Но с другой стороны эта электростанция может выполнять еще одну функцию – обогревать помещение.

Здесь все просто – после выполнения своей функции (вращения турбины) пар необходимо охладить, чтобы он снова перешел в жидкое состояние, для чего нужна система охлаждения или попросту – радиатора.

И если разместить этот радиатор в помещении, то в итоге от такой станции получим не только электроэнергию, но еще и тепло.

Способ №3 — Самодельные станции

Также многие умельцы создают самодельные станции (обычно на основе газогенератора), которые после продают.

Все это указывает на то, что можно и самостоятельно изготовить электростанцию из подручных средств и использовать ее для своих целей.

Далее рассмотрим, как можно сделать устройство самостоятельно.

На основе термоэлектрогенератора.

Первый вариант – электростанция на основе пластины Пельтье. Сразу отметим, что изготовленное в домашних условиях устройство подойдет разве что для зарядки телефона, фонаря или для освещения с использованием светодиодных ламп.

Для изготовления потребуется:

  • Металлический корпус, который будет играть роль печи;
  • Пластина Пельтье (отдельно приобретается);
  • Регулятор напряжения с установленным USB-выходом;
  • Теплообменник или просто вентилятор для обеспечения охлаждения (можно взять компьютерный кулер).

Изготовление электростанции — очень простое:

  1. Изготавливаем печь. Берем металлический короб (к примеру, корпус от компьютера), разворачиваем так, чтобы печь не имела дна. В стенках внизу проделываем отверстия для подачи воздуха. Вверху можно установить решетку, на которую можно установить чайник и т. д.
  2. На заднюю стенку монтируем пластину;
  3. Сверху на пластину монтируем кулер;
  4. К выводам от пластины подключаем регулятор напряжения, от которого и запитываем кулер, а также делаем выводы для подключения потребителей.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ:  Что такое умные розетки, их виды, устройство и принцип работы

Работает все просто: разжигаем дрова, по мере нагрева пластины на ее выводах начнется генерация электроэнергии, которая будет подаваться на регулятор напряжения. От него же начнет и работать кулер, обеспечивая охлаждение пластины.

Остается только подключить потребители и следить за процессом горения в печке (подкидывать своевременно дрова).

На основе газогенератора.

Второй способ сделать электростанцию – это изготовить газогенератор. Такое устройство значительно сложнее в изготовлении, но и выход электроэнергии – значительно больше.

Для его изготовления потребуется:

  • Цилиндрическая емкость (к примеру, разобранный газовый баллон). Она будет играть роль печки, поэтому следует предусмотреть люки для загрузки топлива и очистки твердых продуктов горения, а также подвод воздуха (потребуется вентилятор для принудительной подачи, чтобы обеспечить более лучший процесс горения) и вывод для газа;
  • Радиатор охлаждения (может быть изготовлен в виде змеевика), в котором газ будет охлаждаться;
  • Емкость для создания фильтра типа «Циклон»;
  • Емкость для создания фильтра тонкой очистки газа;
  • Бензиновая генераторная установка (но можно просто взять любой бензиновый мотор, а также обычный асинхронный электродвигатель 220 В).

После этого все необходимо соединить в единую конструкцию. От котла газ должен поступать на радиатор охлаждения, а после на «Циклон» и фильтр тонкой очистки. И только после этого полученный газ подается на двигатель.

Это указана принципиальная схема изготовления газогенератора. Исполнение же может быть самым разным.

К примеру, возможна установка механизма принудительной подачи твердого топлива из бункера, который, кстати, тоже будет запитываться от генератора, а также всевозможных контролирующих устройств.

Создавая электростанцию на основе эффекта Пельтье, особых проблем не возникнет, поскольку схема простая. Единственное, следует принимать некоторые меры безопасности, поскольку огонь в такой печке практически открытый.

А вот создавая газогенератор, следует учитывать множество нюансов, среди них — обеспечение герметичности на всех соединениях системы, по которой проходит газ.

Чтобы двигатель внутреннего сгорания нормально работал, следует побеспокоиться о качественной очистке газа (наличие примесей в нем недопустимо).

Газогенератор – конструкция громоздкая, поэтому для него необходимо правильно подобрать место, а также обеспечить нормальную вентиляцию, если он будет установлен в помещении.

Поскольку такие электростанции не новь, и любителями они изготавливаются уже сравнительно давно, то и отзывов о них накопилось немало.

В основном, все они положительные. Даже у самодельной печи с элементом Пельтье отмечается, что она полностью справляется с поставленной задачей. А что касается газогенераторов, то здесь наглядным примером может выступить установка таких устройств даже на современных авто, что говорит об их эффективности.

Пути развития и повышения КПД[править]

Самым пожалуй важным в развитии термоэлектрогенераторов и увеличения их КПД является — материаловедение, и воспитание специалистов высочайшего класса. Именно вопросы разработки новых материалов являются ключевыми в прогрессе термоэлектрогенераторов.Вот наиболее актуальные направления для ТЭГов:

  • Эффективный термоэлектрический материал: КПД преобразования,термо-ЭДС, пластичность,тонкопленочное исполнение.
  • Эффективный и совместимый с теплообменником жидкометаллический теплоноситель.
  • Расширение использования высококачественной керамики в конструкции ТЭГ.
  • Унификация узлов преспособленных в разных случаях применения.
  • Предельное повышение энергоплотности ТЭГов до уровня автомобильных и авиационных двигателей, и выше.
КПД различных термоэлектрических генераторов и состовляющих их узлов:
Типы термоэлектрогенераторов и основных состовляющих генераторных узлов1965.год.1970.год.1975.год.1980.год.Карно.
Солнечная энергия без концентрации0,80,850,90,920,96
Солнечная энергия с концентрацией0,650,70,750,80,9
Газовые горелки0,50,60,650,70,8
Газовые топки0,750,80,850,90,92
Изотопы0,80,850,90,951,00
Атомные реакторы0,750,80,850,951,00
Низкотемпературные термоэлектрические материалы0,060,080,10,120,5
Среднетемпературные термоэлектрические материалы0,040,060,080,10,35
Высокотемпературные термоэлектрические материалы0,040,050,060,070,23
Каскадные термоэлементы0,120,140,180,200,77
Комутация термоэлектрических батарей0,90,930,950,980,99
Изоляция термоэлектрических батарей0,90,920,950,971,00
Тепловой контакт0,90,930,950,970,99
Теплоноситель0,90,920,930,940,98
Охлаждающее оребрение наземное0,550,6
Охлаждающее оребрение космическое0,80,85
Солнечный космический термоэлектрогенератор без концентратора0,0160,0250,0350,0450,16
Солнечный космический термоэлектрогенератор с концентратором0,0170,0290,0430,0610,25
Солнечный наземный термоэлектрогенератор с концентратором0,0290,0440,0880,1450,59
Газовый термоэлектрогенератор с оребрением0,0130,0230,0300,0430,20
Газовый термоэлектрогенератор с теплоносителем0,020,0350,0730,1750,57
Радиоизотопный термоэлектрогенератор с оребрением0,0210,0320,0490,120,36
Радиоизотопный термоэлектрогенератор с теплоносителем0,0320,0750,1290,240,71
Реакторный космический термоэлектрогенератор0,0160,0230,0440,1130,36
Реакторный наземный термоэлектрогенератор0,030,0470,1210,240,71
Термоэлектрогенератор типа парового котла0,2260,66

Примечание: Коэффициент Карно = 1 соответствует 100%.

Из таблицы заметен существенный рост КПД, связанный прежде всего с тщательным совершенствованием технологий изготовления материалов, рациональным исполнением конструкций, развитием материаловедения в области термоэлектричества.

Обозначения и символ диаметра

Например, если речь идет о математике, то в ней чаще всего употребляется латинская буква «D». Причем допускается как прописное написание этой буквы, так и строчное – «d». Второй вариант даже чаще встречается в задачках.

Например, это может выглядеть так:

А вот если говорить о бытовом понятии «диаметра», то тут уже чаще используется другой символ. Это – перечеркнутая буква «О».

Именно такой знак вы наверняка увидите, когда речь идет о трубах, о размере сверла и так далее. И записываются они так:

По умолчанию считается, что подобные обозначения всегда считаются в миллиметрах.

Стоит сказать, что символа «Ø» нет на обычной раскладке клавиатуры. И чтобы напечатать его в тексте, нужно или открыть специальный раздел «дополнительные символы» в программе Word, или просто скопировать откуда-нибудь, а потом вставить.

Обзор моделей

Купить дровяной электрогенератор можно в специализированных компаниях.

Портативные модели


Они представлены щепочницами и грилями, оснащенными электропреобразующим элементом. Такая печка хороша в походе для разогрева еды, на ней можно согреть кружку чая, пожарить небольшой кусочек мяса и заодно зарядить гаджеты. На большее они не рассчитаны.

К примеру, печь BioLite CampStove способна работать на любом древесном топливе: веточки, щепки, шишки. Она выдает до 5 Вт мощности, оборудована USB. Чтобы вскипятить литр воды, достаточно совсем немного древесины, а займет это буквально 5 минут. Цена BioLite CampStove 9 600 рублей.

Индигирка


Печь Индигирка — это наиболее известная модель дровяных электрогенераторов. Эта печь отапливает помещение до 50 м3, весит 37 килограммов, выполнена она из жаростойкой стали и служит не один десяток лет. Объем топки – 30 литров. Выходное напряжение Индигирки — 12 вольт, максимальная выходная мощность — 50 Вт. Конечно, основное предназначение печи — обогрев, удобная чугунная конфорка позволяет приготовить пищу или согреть чай. В качестве электрогенератора печь в состоянии работать уже через 15 минут после розжига.

Читайте так же:  Обзор стабилизаторов напряжения Лидер

В комплект поставки входят

  • Кабель с зажимами «крокодил»,
  • Кабель с разъемом как у прикуривателя автомобиля,
  • USB 5 вольт.

Конечно, 50 Вт – это немного, однако 2-3 светодиодных лампы для освещения, 10 дюймовый телевизор и зарядку для мобильного телефона такой электрогенератор «потянет».

Индигирка 2


Это обновленная модель, которая немного больше по размерам и вырабатывает электричества на 10 Вт больше, то есть 60, что дает дополнительные возможности.

Стоимость такой печки порядка 30 000 — 50 000 рублей в зависимости от комплектации и поставщика.

Печи kibor с электрогенератором

Компания Kibor представляет две модели электрогенераторов на дровах. Первая модель весит всего 22 килограмма, объем топки у нее 30 литров, выходная мощность – 25 Вт. Стоит такая печь 45 000 рублей.

Более мощная модель способна вырабатывать 60 Вт. Она больше по размерам, весит 59 килограммов, а объем топки у нее 60 литров. Цена – 60 000 рублей.

Термоэлектрический генератор

Не обязательно покупать целую печь с электрогенератором. Можно приобрести отдельно термоэлектрический генератор, который монтируется на горячие поверхности, и приспособить его к уже имеющейся печи. Такой агрегат стоит порядка 15 000 рублей.

При эксплуатации дровяного генератора образуются продукты горения, для удаления которых из помещения обязательно нужен дымоход.

Обзор типов

В зависимости от методов получения электроэнергии, источников тепла, а также от разновидностей задействованных структурных элементов все термоэлектрические генераторы бывают на нескольких видов.

Топливные. Получают тепло от сжигания топлива, который представляет собой уголь, природный газ и нефть, а также тепло, полученное путем сгорания пиротехнических групп (шашек).

Атомные термоэлектрические генераторы, в которых источником выступает тепло атомного реактора (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), зачастую здесь термический насос — вторая и третья ступени превращения.

Солнечные генераторы формируют тепло от солнечных коммуникаторов, которые известны нам в повседневной жизни (зеркала, линзы, тепловые трубы).

Утилизационные генерируют тепло из всевозможных источников, в результате чего выделяется отходное тепло (выбросные и топочные газы и прочее).

Радиоизотопные получают тепло путем распада и расщепления изотопов, данный процесс характеризуется неконтролируемостью самого расщепления, и результатом выступает момент полураспада элементов.

Градиентные термоэлектрические генераторы базируются на перепаде температур без каких-либо вмешательств извне: между окружающей средой и местом проведения эксперимента (специально оснащенным оборудованием, промышленным трубопроводом и т. д.) с использованием исходного отправного тока. Приведенный тип теплоэлектрического генератора был использован с утилизацией полученной электрической энергии от эффекта Зеебека для превращения в тепловую энергию согласно закону Джоуля-Ленца.

Термоэлектрогенераторы

Электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье – достаточно интересный вариант.

Физик Пельтье обнаружил эффект, который сводится к тому, что при пропускании электроэнергии через проводники, состоящие из двух разнородных материалов, на одном из контактов происходит поглощение тепла, а на втором – выделение.

Причем эффект этот обратный – если с одной стороны проводник разогревать, а со второй – охлаждать, то в нем будет образовываться электроэнергия.

Именно обратный эффект используется в электростанциях на дровах. При сгорании они разогревают одну половину пластины (она и является термоэлектрогенератором), состоящую их кубиков, сделанных из разных металлов, а вторая же ее часть – охлаждается (для чего используются теплообменники), в результате чего на выводах пластины появляется электроэнергия.

Но есть у такого генератора несколько нюансов. Один из них – параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температуры на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использование регулятора напряжения.

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия – лишь побочный эффект, большая часть энергии при сгорании дров просто преобразуется в тепло. Из-за этого КПД такого типа станции не очень высокая.

К достоинствам электростанций с термоэлектрогенераторами относятся:

  • Длительный срок службы (нет подвижных частей);
  • Одновременно вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использоваться для обогрева или приготовления пищи;
  • Бесшумность работы.

Электростанции на дровах, использующие принцип Пельтье, — достаточно распространенный вариант, и выпускаются как портативные устройства, которые способны лишь выделить электроэнергии для зарядки маломощных потребителей (телефона, фонаря), так и промышленные, способные запитать мощные агрегаты.

Устройство и принцип работы

Принцип работы термоэлектрического генератора, или, как его еще называют, теплового насоса, основывается на преобразовании энергии тепла в электрическую энергию с использованием термических элементов полупроводников, которые связываются между собой параллельно или последовательно.

В ходе проведения исследований немецким ученым был создан совершенно новый эффект Пелтье, в котором указывается, что абсолютно разные материалы полупроводников при проведении спаивания дают возможность обнаружить отличие температур между их боковыми точками.

Но как же понять, как работает данная система? Все довольно-таки просто, такая концепция основана на определенном алгоритме: когда один из элементов охлаждают, а другой нагревают, то мы получаем энергию силы тока и напряжения. Главная особенность, которая выделяет из остальных именно этот метод, заключается в том, что тут могут использоваться всевозможные источники тепла, среди которых недавно отключенная плита, лампа, костер или даже чашка с только налитым чаем. Ну а охлаждающим элементом чаще всего является воздух или же обычная вода.

Как же устроены эти термические генераторы? Они состоят из специальных термических батареек, которые изготавливают из материалов проводников, и тепловых обменников разнородных температур спаев термобатарей.

Схема электрической цепи выглядит следующим образом: термоэлементы полупроводников, ветви прямоугольной формы n- и p-типа проводимой способности, соединенные пластины холодных и горячих сплавов, а также высокая нагрузка.

Среди положительных сторон термоэлектрического модуля отмечают возможность использовать абсолютно во всех условиях, в том числе и в походах, да и к тому же легкость транспортировки. Более того, в них отсутствуют подвижные детали, которые имеют свойство быстро изнашиваться.

А к недостаткам относят далеко не низкую стоимость, низкий коэффициент полезного действия (приблизительно 2–3%), а также важность еще одного источника, который обеспечит рациональный перепад температур

Следует отметить, что ученые активно работают над перспективами усовершенствования и устранения всех погрешностей в получении энергии таким способом. Продолжаются эксперименты и исследования по разработке наиболее эффективных термических батареек, которые помогут повысить значение коэффициента полезного действия.

Однако довольно сложно определить оптимальность этих вариантов, так как они базируются исключительно на практических показателях, не имея при этом теоретического обоснования.

Существует теория, что на современном этапе физиками будет использоваться технологически новый метод замены сплавов на более эффективные, в отдельности с внедрением нанотехнологий. Более того, возможен вариант использования нетрадиционных исходников. Так, в университете Калифорнии был проведен эксперимент, где термические батарейки заменили синтезированной искусственной молекулой, которая выступала как связующий материал золотых микроскопических полупроводников. Согласно проведенным опытам стало ясно, что результативность нынешних исследований покажет лишь время.

Инженерные возможности

Технические характеристики электрогенерирующего оборудования говорят сами за себя:

  • оптимальный объем топлива для загрузки – 30 литров;
  • внешние размеры имеют следующие параметры: высота – 652 мм, глубина – 427 мм, ширина – 540 мм;
  • вес агрегата – 54 кг;
  • предельная величина обогреваемого сооружения составляет 50 м³;
  • диаметр дымопровода – 80,0 мм;
  • наименьшая высота дымоотвода – 3,0 метра;
  • количество дымоходных труб — 9 штук в комплекте;
  • отсек для сгорания – 41 дм³;
  • мощность тепловая – 4 кВТ;
  • электромощность на выходе – 50 Вт (min);
  • напряжение выходное – приблизительно 12 Вольт;
  • размер дверцы топки – 178 мм в диаметре;
  • поверхность нагревания – 0,6 кв. м;
  • вид топлива – уголь бурый, торф, дрова лиственных деревьев, топливные брикеты, паллеты.

Важно знать: категорически нельзя применять каменный уголь в качестве горючего материала

Принцип действия

Существуют различные объяснения причин возникновения вихревого эффекта вращения при полном отсутствии движения и магнитных полей.

В данном случае, газ выступает телом вращения, за счет быстрого перемещения внутри устройства. Такой принцип работы отличается от общепринятого стандарта, где отдельно идет холодный и горячий воздух, т.к. при совмещении потоков согласно законам физики образуется разное давление, которое в нашем случае вызывает вихревое движение газов.

Благодаря наличию центробежной силы, температура воздуха на выходе намного больше температуры её на входе, это позволяет использовать устройства, как для получения тепла, так и для эффективного охлаждения.

Существует еще одна теория принципа работы теплогенератора, за счет того, что оба вихря вращаются с одинаковой угловой скоростью и направлением, внутренний вихревой угол теряет свой угловой момент. Уменьшение момента передается кинетической энергии к внешнему вихрю, в результате чего образуются отрывные течения горячего и холодного газа. Такой принцип работы является полным аналогом эффекта Пельтье, в котором устройство использует электрическую энергию давления (напряжения) для перемещения тепла к одной стороне перехода разнородных металлов, в результате чего другая сторона охлаждается и потребляемая энергия возвращается к источнику.

Достоинства вихревого теплогенератора:

  • Обеспечивает значительную (до 200 º С) разность температур между «холодным» и «горячим» газом, работает даже при низком входном давлении;
  • Работает с эффективностью до 92%, не нуждается в принудительном охлаждении;
  • Преобразует весь поток на входе в один охлаждающий. Благодаря чему практически исключена вероятность перегрева систем отопления
  • Используется энергия, вырабатываемая в вихревой трубки единым потоком, что способствует эффективному нагреву природного газа при минимальных теплопотерях;
  • Обеспечивает эффективное разделение вихревой температуры входного газа при атмосферном давлении и выходного газа при отрицательном давлении.

Такое альтернативное отопление при практически нулевой затрате вольт отлично нагревает помещение от 100 квадратных метров (в зависимости от модификации). Главные минусы: это высокая стоимость и редкое применение на практике.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации