Саморобний термогенератор - виживання в екстремальних умовах і надзвичайних ситуаціях

При необхідності беру ще й радіостанцію JJ-Connect (4 батарейки ААА, 30 годин). Всі ресурси вказані заводські, вони більш-менш реальні при кімнатній температурі. Для рації передбачається, що говорити за 30 годин доведеться раз 30 (стандартних середніх радіосеансу), решту часу вона включена на прийом.

Не можу сказати, що мене радує необхідність тягати з собою всюди важкі і зовсім неїстівні батарейки. Особливо взимку, коли, протаскав їх весь похід, можна виявити, що вони перемерзли і не придатні. Тому я (і підозрюю, що не тільки я) постійно думаю про можливість заміни батарей в поході якимось альтернативним джерелом електроенергії. Вибір для туристів не дуже великий:
- сонячні батареї;
- елементи Пельтьє;
- вітрогенератор;
- гідроелектрогенератор;
- ручний генератор ( «динамо»);
- все інше, ще більш екзотичне.

Сонячні батареї вимагають до себе уваги - їх треба тримати на сонці. А сонця може і не бути. Вітрогенератор вимагає вітру, та й габарити його великі (по крайней мере в відомих конструкціях). Те ж і з гідроелектрогенератором. Ручний генератор, навпаки, вкрай невимогливий до природних умов, тисни рукою, так тисни. Однак всі три типи генераторів (вітро, гідро і ручний) містять в своєму складі електричну машину з постійними магнітами (а це вага), і механічну передачу, що викликає питання щодо надійності.

Сенс конструкції - взяти більшу кухоль, укласти їй на дно елемент Пельтьє, зверху на елемент Пельтьє встановити меншу. У меншу наливається вода (насипається сніг), зовнішня ставиться на вогонь (в моєму варіанті на газовий пальник). Далі технологічні моменти:

- Поверхня кухлів в місці контакту з елементом Пельтьє повинна бути рівною, зачищеною, а найкраще полірованої. Я, на всякий випадок, пополірував дрилем, з вставленим в шпиндель повстяним пижем, натертим пастою Гоя, але насправді це не є важливим.

- На поверхні торкання елемента Пельтьє і кухлів (обох) необхідно нанести термопровідних пасту (КПТ-8).

- Простір між донцями кухлів, не зайняте елементом Пельтьє краще заповнити термостійким герметиком (герметик для вихлопних труб).

Елемент Пельтьє найкраще брати з максимальною кількістю гілок (термоелементів). Я купив TEC1-127120-50 (у нього 127 елементів), на 12А в режимі охолодження. Можна брати і на менший струм (для моїх цілей даний елемент виявився набагато могутніше необхідного). Напруга на виході елемента (при снігу, насипаного у внутрішню кухоль, на електричній плиті) становить близько 3В. Струм - до 1.5А. При киплячій воді в гуртку на електричній плиті потужність падає приблизно в 3 рази (при цьому напруга падає до 1.2В).

Отже, я став щасливим володарем ударостійкого електро-термогенератора, що не має рухомих частин і видає стабілізовану напругу +5 В при силі струму 100 мА (0.5 Вт). Потужність обмежена перетворювачем напруги. Вага генератора з усіма проводами і перетворювачем напруги -400 гр. З них 100 гр - вага герметика, на який я не поскупився (можна істотно зменшити його кількість). Крім вироблення електрики, генератор ще і кип'ятить воду для чаю. Надалі я збираюся поміняти перетворювач (мікросхему) на більш потужний і пустити від гуртки по-справжньому термостійкі дроти - щоб можна було експлуатувати генератор не тільки на пальнику, а й на звичайному вогнищі. Очікувана потужність генератора в модернізованому варіанті - 3Вт при роботі на снігу і близько 1.5Вт при роботі на киплячій воді. Ця потужність дозволить (сподіваюся) перейти на акумуляторне живлення всіх приладів, що заощадить в походах деяку вагу і дозволить не возитися з батарейками (не треба буде в морози брати їх з собою в спальник, носити за пазухою і т.п.).

[Вкладення видалено Адміністратором]

Класична теорія пояснює явище Пельтьє тим, що при перенесенні електронів струмом з одного металу в інший, вони прискорюються або сповільнюються внутрішньою контакний різницею потенціалів між металами. У разі прискорення кінетична енергія електронів збільшується, а потім виділяється у вигляді тепла. У зворотному випадку кінетична енергія зменшується, і енергія поповнюється за рахунок енергії теплових коливань атомів другого провідника, таким чином він починає охолоджуватися. При більш повному розгляді враховується зміна не тільки потенційної, а й повної енергії.

Уже в 20 столітті було виясенно, що ефект Пельтьє значно сильніше виявляється при з'єднанні напівпровідників різних типів. Залежно від напрямку протікання електричного струму через p-n- і n-p- переходи внаслідок взаємодії Зоря, представлених електронами (n) і дірками (p), і їх рекомбінації, енергія або поглинається, або виділяється. У зв'язку з цим полголощается або вилеляется тепло. Об'єднання великої кількості пар напівпровідників p- і n-типу дозволяє створювати охолоджуючі елементи - модулі Пельтьє порівняно великої потужності.

Ну, щодо "саморобний" - не знаю на скільки "в тему", але девайс мені сподобався

Термоелектрогенератор ТГК-3 раніше випускався серійно, тепер в раритети

( "Радіо", №2, 1954 р. Стор 24)
В. Даніель-Бек,
А. Воронін,
Н. Рогінський

До теперішнього часу єдиним джерелом електричного струму, придатним для харчування радіоприймачів в неелектрифікованих сільських місцевостях, служили батареї з гальванічних елементів. Однак названі батареї мають ряд недоліків, основним з яких є те, що через саморозряду такі джерела струму можуть зберігатися лише обмежений час і що напруга на їх затискачах при розряді нестабільно (воно знижується в процесі експлуатації приблизно на 50%).
В даний час у нас розроблені і освоюються промисловістю нові джерела живлення для радіопристроїв - термоелектрогенератори.
У даній статті дається опис принципу дії і пристрої термоелектрогенераторов типу ТГК-3 потужністю 3 Вт, призначеного для харчування сільських батарейних радіоприймачів «Батьківщина-47», «Батьківщина-52», «Іскра»,
«Таллінн Б-2», «Тула» і т. П.

ПРИНЦИП РОБОТИ термоелектрогенераторов

Дія термоелектрогенераторов засноване на використанні термоелектрічсского ефекту, суть якого полягає в тому, що при нагріванні місця з'єднання (спаю) двох різних металів між їх свободнимн кінцями, мають більш низьку температуру, виникає різниця потенціалів, або так звана термоелектрорушійна сила (термо-ЕРС). Якщо замкнути такий термоелемент (термопару) на зовнішній опір, то по ланцюгу потече електричний струм (рис. 1). Таким чином, при термоелектричних явищах відбувається пряме перетворення теплової енергії в електричну.
Величина термоелектродвіжущей сили визначається наближено за формулою

Е = а # 40; Т1 - Т2 # 41; # 40; 1 # 41;

Тут Е - термоелектрорушійна сила в вольтах, Т1 і Т2 - відповідно температура нагрітого і холодного (холодних кінців) спаю термопари, а - коефіцієнт термо-ЕРС, що залежить від природи обох металів, що утворюють дану термопару, і що виражається в мікровольтах на градус ,.

Мал. 1. Схема включення термопари

Візьмемо кільцевої провідник, що складається з двох металів А і Б (рис. 2), і нагріємо місця їх з'єднання з дотриманням до температури Т1 і Т2 так, щоб Т1 було більше, ніж Т2. У гарячому спае такої термопари ток йде з металу Б в метал А, а в холодному спае з металу А в метал В. Прийнято вважати в такому випадку термоелектродвіжущей силу металу А позитивної по відношенню до металу Б.
Всі відомі метали можна розташувати в послідовний ряд так, щоб будь-який попередній метал мав позитивну термоелектродвіжущей силу щодо подальшого. Нижче наведені значення термоелектродвіжущей сили в мілівольтах, що розвивається термопарою, в якій одним термоелектроди служить вказаний метал, а іншим - платина, різниця температур спаїв якої дорівнює 100 ° С (знаки «+» і «-», що стоять перед цифровими даними термоелектродвіжущей сили, вказують полярність цієї ЕРС щодо платини).
Сурма + 4,7
Залізо +1,6
Кадмій + 0,9
Цинк + 0,7
Мідь + 0,74
Золото + 0,73
Срібло + 0 71
Олово + 0,41
Алюміній + 0,38
ртуть 0
платина 0
Кобальт - 1,52
Нікель - 1,64
Константан (сплав медії нікелю) - 3,4
Вісмут - 6,5

За наведеними вище даними легко підрахувати термоелектродвіжущей силу, що розвивається термопарою, складеної з будь-яких зазначених в таблиці металів. Вона буде дорівнює алгебраїчній різниці термоелектродвіжущей сил двох термоелектродів, для кожного з яких ця величина дається щодо платини. Так, наприклад, термоелектрорушійна сила пари вісмут - сурма. складе + 4,7- (- 6,5) = 11,2 мв,
а пари залізо - алюміній +1,6 - (+ 0,38) = 1,22 мв.

Рис.2. Кільцевий провідник, складений з двох різних металів

Якщо температуру холодного спаю термопари підтримувати постійною, термоелектрорушійна сила буде змінюватися приблизно пропорційно зміні температури гарячого спаю. Це дає можливість застосовувати термопари для вимірювання тсмператури.

Рис.4. Пристрій термоелектрогенераторов ТГК-3

КОНСТРУКЦІЯ термоелектрогенераторов ТГК-3

Термоелектрогенератор ТГК-3 призначений для харчування індивідуальних радіоприймачів в неелектрифікованих місцевостях, де застосовується керосиновое освітлення. Тому в якості джерела теплової енергії для термоелектрогенераторов було вирішено використовувати звичайну гасову лампу- "блискавку" служить одночасно і для цілей освітлення. Таким чином, термоелектрогенератор ТГК-3 не вимагає спеціальних витрат палива для своєї роботи.
У заголовку статті показаний зовнішній вигляд термоелектрогенераторов ТГК-3, а на рис.4 - його схематичне пристрій. Лампа, обігріває термоелектрогенератор, має вкорочене скло без верхньої цілінріческой частини. Всередину цього скла, безпосередньо над полум'ям лампи, входить нижня частина металевого теплопередатчик, що має форму багатогранної призми 1. На бічній поверхні верхньої частини цього теплопередатчик, яка виступає над склом, розташовані блоки термобатареи 2.
Для використання теплопередачі не тільки шляхом випромінювання від полум'я, а й шляхом конвекції теплопередатчик забезпечений декількома поздовжніми каналами. Через ці канали гарячі гази (продукти згоряння в суміші з надмірною повітрям) надходять в витяжну трубу 3, розташовану над теплопередатчик. Для охолодження холодних спаїв термоелементів до зовнішніх поверхонь блоків притиснуті металеві радіаторні ребра 4. Таким чином тут здійснюється повітряне охолодження.
Термоелектрогенератор має дві самостійні термобатареи, що складаються з великого числа послідовно з'єднаних елементів. Одна з них, що дає напругу 2 в при струмі 2 а, служить для харчування анодних ланцюгів приймача через віброперетворювач, і друга, що дає таке ж напруга при струмі 0,5 а - для харчування ниток напруження. Крім того, накальная батарея має відвід на 1,2 в (при струмі 0,36 а). Спаї термоелементів електрично ізольовані від нагрівача і від ребер.
У порівнянні з сухими елементами і батареями, що застосовуються в даний час для харчування радіоприймачів, термоелектрогенератор має ряд важливих переваг. З економічної точки зору одним з переваг є різке зменшення витрати кольорових металів. Крім того, слід зазначити, що термоелектрогенератор може необмежено довго зберігатися в неробочому стані і має тривалим терміном служби в умовах експлуатації; він стійкий в роботі, дає стабільну напругу і не боїться коротких замикань. Так само як і сухі елементи і батареї, термоелектрогенератор не вимагає спеціального догляду.
В даний час промисловість приступила до серійного випуску термоелектрогенераторов типу ТГК-3.

Уф..ф. ледве знайшов, що шукав.

Установка використовує ефект появи ЕРС в ланцюгах, що складаються з різних металів або напівпровідників.
Візьмемо два електричних провідників, яких виготовлені з різних металів, і спаяні їх кінці. Тепер при нагріванні одного і охолодженні іншого кінця в ланцюзі провідників - термоелементів (термопар) потече електричний струм.

Створена ЕРС буде залежати від різниці температур, а також від підбору матеріалів, що становлять термоелемент. ККД таких перетворювачів не перевищує 5-6%. Максимальна температура, до якої можна нагрівати термопару, визначається точкою плавлення елементів. Наприклад, пару мідь - константан можна нагрівати до 350 градусів, сталь - константан до 315 - 649 градусів - в залежності від діаметра дроту, а пару хромель - алюмель до 700, - 1152 градусів. Для збільшення ККД, як ви розумієте, треба максимально збільшити різницю температур між холодним і гарячим спаєм. Але при цьому при підборі пар треба враховувати теплопровідність матеріалів. Краще, якщо співвідношення між середньою теплопровідністю і середньої електропровідністю буде мінімальним.

При підборі матеріалів зручно користуватися таблицею, наведеною нижче. Краще вибрати ті з них, що максимально віддалені в стовпці один від одного. Наприклад, сталь (нагорі), констант (внизу) дадуть хороші результати, а мідь і срібло-малоактивні елементи. Пара сурма-вісмут найкраща, але практично недоступна любителю.

Хоча і дає вона найбільше термоелектричне напруга - близько 112 мкВ / град. матеріали занадто специфічні і рідкісні.
Крім того, кожен матеріал, зазначений в таблиці, має негативний потенціал по відношенню до всіх інших, що знаходяться вище. Наприклад, в парі сталь - константан сталь буде мати відносний потенціал плюс, а константан - мінус. У термопарі хромель - алюмель хромель має плюс, а алюмель мінус.
Для виготовлення батареї будуть потрібні два шматки дроту (сталевий і константан свій) діаметром 1,3 мм, довжиною 18 м кожен. Кінці кожного елемента зачищають і скручують разом, потім зварюють. Елементи кріплять на асбоцементной панелі (рис. 1). При перевірці окремі термопари повинні давати струм близько 22 мА від нагрівання сірником і близько 30 мА при нагріванні спиртової пальником. При нормальному горінні спиртівки батарея дасть 1,5 В при струмі 0,3 А (рис. 2). Виготовивши набір таких батарей і з'єднавши їх паралельно, можна отримати постійний електричний струм потужністю, достатньою для 'харчування транзисторного приймача і схожих електроприладів. Треба лише пам'ятати про те, що при послідовному підключенні зростає внутрішній опір батареї.

Макс спасибі за інфу

Ігор писав (а): Цікаво. А в Сумие можна купити ці елементи Пельтьє? Зайшов в радіодеталі, продавець толко плечима знизав ((. А річ цікава.

Я теж хотів купити, хотів зробити дешевий кондиціонер, ну і термогенератор.
Замовив, в зазначений термін не прийшли, забрав гроші, потім ще почитав про них, подумав і передумав купувати тому ККД від них вже дуже маленький, а зламати тим же перегрівом досить просто, це ж послідовно підключені напівпровідники.

Поки що всетаки думаю розробити міні парову турбіну

Треба зауважити, що елементи Пельтьє, які продають по п'ять єнотів на Алі, реально розраховані на виробництво холоду. Для виробництва електрики вони не розраховані. ККД їх при використанні в якості термогенератора низький. Треба використовувати саме Термогенератор (ефект Зеєбека, зворотний Пельтьє).
Практично конструктивно два цих модуля нічим не відрізняються один від одного. Але у термогенераторов одну з пластин, яка буде нагріватися покривають графітовим напиленням з метою підвищення термоміцністі, чого не роблю у елементів для хпроізводства холоду. Коштують вони, природно, дорожче. Найдешевше, що попадалося, це ТЕГ SP1848-27145. І ще треба враховувати температуру нагрівання. Особливо у елементів Пельтьє. Перегрів (щось близько 150 градусів) призводить до виведення з ладу елемента.

Характеристики SP1848-27145:
- температура на гарячій пластині не більше 150 градусів;
- різницю температур на пластинах не більше 150 градусів;
- температура на холодній пластині не більше 50 градусів;
- нагрівання та охолодження повинні бути рівномірними.

- вирабативаемості ток при різниці температур:
- 20 градусів Цельсія о.97 Вольт 225 мА;
- 40 градусів Цельсія 1.8 Вольт 368 мА;
- 60 градусів Цельсія 2.4 Вольт 469 мА;
- 80 градусів Цельсія 3.6 Вольт 558 мА;
- 100 градусів Цельсія 4.8 Вольт 669 мА.

- нагрівається сторона має графітове напилення;
- розмір: 40 х 40 х 4 мм
- вага: до 25 гр.