Вклад А. Ф

Ефект Зеєбека для малої генерації електроенергії застосовується досить давно. До появи сонячних батарей це був досить поширений спосіб отримання хоча б електроживлення. Багато хто досі пам'ятає так званий «партизанський» казанок. За допомогою такого казанка можна було живити радіостанцію. Казанок з водою встановлювався на багатті. Усередині днища казанка було встановлено термопари. За рахунок теплового потоку від вогню до води через термопари користувач отримував електричний струм.
Сучасний аналог «партизанського» казанка:

Термоелектричний «партизанський» казанок

Широко застосовувалися свого часу і гасові лампи з аналогічним ефектом електричної потужності близько 5 Вт.
Гасова лампа із встановленим на неї термоелектричним генератором:

Гасова термоелектрична лампа

Нині, із запізненням у десятиліття, схожі продукти почали випускати і китайські та американські фірми. Проте вони мають істотний недолік. Термоелектричні модулі, що застосовуються там, виготовлені за технологією елементів Пельтьє, а не за технологією термоелектричних батарей Зеєбека. У результаті ці вироби виходять дуже недовговічними.
Періодичні доводиться чути, як винахідливі люди намагаються отримати автономну електроенергію шляхом на кшталт «обклеїти піч елементами Пельтьє». Однак вони не враховують, що недостатньо нагріти термоелектричний модуль. Необхідно пропустити через нього якнайбільше тепла. Тобто з одного боку ефективно нагріти, а з іншого дуже ефективно охолодити. І чим вищою буде різниця температур, тим більше відсотків тепла перетвориться на електроенергію. Можна придбати в мережі термоелектричні модулі на кераміці, які продають із позначкою генераторні термоелектричні модулі. Але треба розуміти, що для того, щоб такий термоелектричний модуль показав хоча б 80% від заявленої на ньому потужності, необхідно його охолоджувати постійним потоком холодної води через ретельно підігнану алюмінієву пластину. Зрозуміло, що таке охолодження в побутових пристроях малоймовірне. Та й у будь-якому разі ресурс таких термоелектричних генераторних модулів вкрай низький через невідповідність застосовуваних їх виробництва технологій умовам експлуатації. А саме великий у порівнянні з елементами Пельтьє різниці температур. Генераторні модулі, які виготовлені за технологією, розрахованою на тривалу експлуатацію в реальних умовах та з високим ККД, ви можете побачити на нашому сайті на сторінці Термоелектричний генераторний модуль.
Ще один виріб нашої розробки призначений для побуту. Це електрична енергопіч або піч генератор. Це термоелектричний генератор, вмонтований у твердопаливну піч. Призначений для опалення із природною циркуляцією рідкого теплоносія. Така піч може забезпечувати споживача електроенергією з електричною потужністю у піку до 2 кВт (напруга 220 В), а також 5-7 кВт теплової енергії.
Схема печі генератора із термоелектричним генератором.

ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЧІ ГЕНЕРАТОРА

Електрична потужність у піку - 2 кВт

Електрична потужність постійна номінальна - 150 Вт.

Напруга - 12 В і 220 В

Теплова потужність - 5-7 кВт

Опалення - рідинне

Вартість - від 48 000 руб.

Існує варіант для газового палива. Нами було розроблено газовий опалювальний котел із термоелектричною генерацією електроенергії.
Схема роботи термоелектричного генератора – газового опалювального котла.

Усіх вітаю.
Представляю вам черговий набір для складання наочного посібника з уроків фізики, розділ електрику або просто макет вентилятора з термоелектричним генератором. Містить електродвигун, джерело живлення як елемент Пельтьє. Цей наочний посібник показує, як можна використовувати альтернативні джерела енергії та й просто розширює кругозір. Іграшкою назвати можна, але із застереженням, бо використовується гаряча вода. Отже, тим, хто зацікавився, прошу під кат.

Згідно з вікіпедією, елемент Пельтьє це термоелектричний перетворювач, принцип дії якого базується на ефекті Пельтьє - виникненні різниці температур при протіканні електричного струму. В англомовній літературі елементи Пельтьє позначаються TEC (від англ. Thermoelectric Cooler – термоелектричний охолоджувач).
Багато хто вже чув про такі елементи, хто вже використовував у своїх цілях. Наочний приклад застосування елемента Пельтьє – кулер із водою в офісі. Охолоджена вода виходить за допомогою елемента Пельтьє.
Але в нашому випадку має бути все навпаки. Ми маємо отримати електроенергію з цього елемента.
У такому разі нам допоможе ефект, зворотний ефект Пельтьє, який називається ефектом Зеєбека.
Ефект Зеєбека - явище виникнення ЕРС у замкнутому електричному ланцюзі, що складається з послідовно з'єднаних різнорідних провідників, контакти між якими знаходяться за різних температур. Ефект Зеєбека також іноді називають просто термоелектричним ефектом.
Просто при нагріванні або охолодженні однієї зі сторін елемента виробляється електроенергія. Саме цей конструктор покликаний використовувати ефект Зеєбека і зібравши його ми отримаємо термоелектричний генератор.
Яскравий приклад термоелектричного генератора, що набув поширення в післявоєнні роки - термогенератор ТГК-3:


Джерело тепла і попутно світла було звичайною гасовою лампою. Розвинене ребра давало максимально можливий перепад температур для генерації електроенергії.
Більш ранній варіант термогенератора ТГ-1 застосовувався в період Великої Вітчизняної війни з 1943 року в партизанських формуваннях і був гарною підмогою батареям та генераторам на базі автомобілів.

Партизанський казанок

Коли почалася Велика Вітчизняна війна фізики Леніградського фізико-технічного інституту, розробили спеціально для партизанів і диверсійних груп, що закидаються в тил противника, термоелектрогенератор ТГ-1, відомий під назвою «партизанський казанок». Роботами з його створення керував один із колег Іоффе – Юрій Маслаковець, який зацікавився термоелектричними явищами у напівпровідниках ще до війни. ТГ-1 справді був схожий на казанок, наповнювався водою та встановлювався на багаття. Як напівпровідникові матеріали використовувалися з'єднання сурми з цинком і константан – сплав на основі міді з додаванням нікелю і марганцю. Різниця температур полум'я багаття та води доходила до 300° і виявлялася достатньою для виникнення в термоелектрогенераторі струму. В результаті партизани заряджали батареї своєї радіостанції. Потужність ТГ-1 досягала 10 Вт. Випуск генератора було налагоджено у березні 1943 року на «НДІ 627 з дослідним заводом № 1».

З призначенням та принципом роботи ми ознайомились, тепер перейдемо до нашого конструктора.

Доставка та упаковка:

Доставка транспортною компанією за 19 днів.


Я сподівався, що з такою упаковкою мені нічого не загрожує.


Стандартне пакування з подвійного пакету з насипаними всередину деталями.

Розкриваємо пакет:
Фанерна основа, кілька однакових брусків. Частина їх використовується як ніжки. Брус для стійки. Поліпропіленова клямка для кріплення електромотора. Сам електромотор та тюбик клею. У цю фотографію не потрапила ємність із кришкою для холодної води. Про це трохи згодом.


Склянка з кришкою для гарячої води. Виконаний із алюмінію, добре передає тепло. Розміри 60х60 мм. усередині склянки сховали енергетичну установку набору – елемент Пельтьє із встановленим радіатором. Місткість склянки не менше 100 мілілітрів.

Інструкція:

При складанні можна не дотримуватись, оскільки деталей кіт наплакав.

Трохи дьогтю:

Незважаючи на те, що пластикова коробочка знаходилася в окремому пакеті, все ж таки була пошкоджена. Дістав уламки і приклеїв на місце за допомогою дихлоретан. Залишилися сліди, трошки підрівняли наждачним папером.

Джерело електроенергії - елемент Пельтьє:
На жаль маркування якогось ні, або воно було, але на іншому боці.


Елемент приклеєний до радіатора розміром 40х40х20 мм та має 11 ребер.
До речі аналогічний радіатор можна видобути з мосту (північного чи південного) старої материнської плати.


Цікава деталь нічого не нагадує?


Так, це тримач дюймової поліпропіленової труби. Втім із фіксацією електродвигуна справляється на ура.


Електродвигун дуже слабкий. Робоча напруга 5 Вольт.
100% такої ж можна знайти розбираючи старий CD-Rom в якому моторчик відповідає за переміщення лотка.


Вентилятор 3х лопатевий, діаметр приблизно 55 мм. Надягається безпосередньо на вал електродвигуна.
Чомусь нагадало Карлсона, який живе на даху.


Клей цього разу справді визначається як ПВА. Чи не заморожений. Склеює добре та швидко.

Процес складання:

Фіксуємо ніжки на підставі. Встановлюємо брусок, який обмежує рух ванни.
На двосторонній скотч фіксуємо ванну і далі закріплюємо довгий брусок перпендикулярно до основи. Далі, із застосуванням клею ПВА закріплюємо поліпропіленовий затискач із попередньо встановленим у нього моторчиком з вентилятором. Для надійності можна зафіксувати невеликим шурупом.
Електрична частина - проводи електромотора за кольором з'єднуємо з проводами елемента Пельтьє і ізолюємо термозбіжною трубкою.
На цьому збирання можна вважати завершеним.

Для запуску конструктора необхідно налити холодну воду в прозору ємність десь на 2/3, опустити радіатор ребрами вниз і встановити зверху алюмінієву склянку в яку вже наливаємо гарячу воду. Для кращого ефекту краще наливати окріп. У будь-якому випадку, чим більший перепад температур, тим більше потужності генератор віддасть мотору і вищі обороти вентилятора.

Ванночка зафіксована на підставі за допомогою клею ПВА. За інструкцією треба було застосувати двосторонній скотч. Але оскільки я обробив поверхню наждачним папером, то приклеїлося просто чудово. Необхідність в бруску, що притискає, відсутня.


Припустився невеликої помилки при складанні. Гвинт зачіпав прямокутний брусок. Довелося трохи висунути моторчик уперед. Також брусок можна було б не встановлювати.

Пробуємо. Не працює! Легкий поштовх по лопаті та вентилятор стрімко набирає обертів.


Температура у нас складає: 5 і 72 градуси за Цельсієм відповідно.
У цьому вольтметр показує 0.8 Вольта. Це значення під навантаженням як електродвигуна.


Тахометр зафіксував максимальні обороти близько 1400 за хвилину.

Для кращого контакту склянки з елементом Пельтьє я застосував теплопровідну пасту, яку купив колись на аліекспрес.


З її використанням підштовхувати крильчатку вентилятора не потрібно. моторчик розкручується сам.
Можна трохи збільшити ефективність та вирівняти дно стаканчика. Воно хоч і штамповане і на вигляд не м'яте, але його поверхню можна покращити за допомогою дрібного наждакового паперу та рівної поверхні.
Ура, тепер працює самостійно та з меншим перепадом температури!
Хочете більшого? Здійсніть обкатку моторчика, оберти трохи додадуться. Також можна збільшити різницю температур.

У відео демонстрація зібраного макета з усіх боків, а також у робочому стані.
Решта відео починаючи з 1:28 присвячена збірці.

Застереження:
Через використання гарячої води пробні включення дуже бажано проводити під контролем дорослих.
Склянка з алюмінію - так само може бути гарячою як і вода всередині. Або обклеїти ізоляційним матеріалом, що самоклеїться, або брати в рукавичках або плоскогубцями.
Потужність двигуна слабка, тому якщо дасть крильчаткою на пальцях - то нічого страшного. Боляче не буде.

Висновки:
Цікавий, простий набір. Можна зайняти дитину на вечір та розширити кругозір. Не все ж таки в іграшки на телефоні грати.
Дерев'яні деталі – якісно напиляні. Задирок так само немає. Деревина – липа або осика.
Конструктор розрахований на дитину від початкових класів та вище. Точність та акуратність складання на підсумковий результат не впливає.
Рекомендую застосувати паяльник для паяння дротів. Альтернатива - скручування проводів.
Труднощі викликала фіксація колони на підставі, або треба довше чекати, поки клей схопиться, або використовувати шуруп.

Платформа досить універсальна. Замість елемента Пельтьє можна застосувати наприклад фотоелементи або зробити оборотний варіант - Електродвигун виробляє електроенергію і живить, наприклад, світлодіод.
А можна і зробити кораблик, застосувавши корпус з пінопласту. Вийде аероглісер. Як настільний вентилятор ідея навряд чи можна здійснити.
Як ви помітили, багато деталей можна знайти локально. Залишається купити елемент Пельтьє і зробити все своїми руками.
На цьому все. Дякую за приділений час.

Товар надано для написання огляду магазином. Огляд опубліковано відповідно до п.18 Правил сайту.

Планую купити +18 Додати в обране Огляд сподобався +46 +69

Балерину бачили? Вона крутиться, аж в очах рябить. Тьху!
Прив'яжи до ноги динама! Нехай вона дає струм у недорозвинені райони!
(А. Райкін)
Хотів написати про те, як пропонують вчені заряджати подій в умовах експедицій, оходів від спеціальних печок, що перетворюють тепло на електроенергію. Ось наприклад BioLite CampStove. Компактна, вагою всього 1 кг і легко вміщається у рюкзак. Ціна 129 $

Потім згадав про термофор та його піч Індигірку, що видає потужність 60Вт при напруженні 12 вольт.

Потім знайшлося ще
Hatsuden-Nabe від японської TES New Energy Corporation. Це каструля з USB портом, і вона може перетворити тепло, яке було б витрачено дарма, в живлення для заряджання телефону (або інших USB гаджетів.

і ще, і ще, і...
почав копати далі і ось вам невелика історія про те, як корисно в наш час "перевідкривати" відкриття.

Справжнім відродженням термоелектрики і термоенергетики вважатимуться початок 1930-х років XX століття, яке ініціатором – академіка А.И.Иоффе. Він висунув ідею у тому, що з допомогою напівпровідників можна зробити реальний крок шляху перетворення теплової (зокрема сонячної) енергії на електричну. Це призвело до створення вже 1940 року фотоелемента для перетворення світлової енергії на електричну.

Перше практичне застосування напівпровідникових термоелементів було здійснено СРСР під час Великої Великої Вітчизняної війни під безпосереднім керівництвом А.И.Иоффе. Це був, нині широко відомий, «партизанський казанок» – термоперетворювач на основі термоелементів із SbZn та константану. Різниця температур спаїв у 250-300оС забезпечувалася вогнем багаття при стабілізації температури холодних спаїв окропом. Такий пристрій, незважаючи на порівняно невисокий ККД (1,5-2,0 %), успішно забезпечував електроживленням ряд портативних партизанських радіостанцій. «Партизанський казанок», як і інший аналогічний прилад - «чайник», розвивав електричну потужність близько 10 ватів.
Приблизно тих же часів ось цей досить цікавий аксесуар. На звичайну гасову лампу встановлювався адаптер, який дозволяв запитати радіо, як на фото чи лампочку Ілліча.

Колись "широко відомий, партизанський казанок" тепер невідомий практично нікому, як і академік А.І. Іоффе. Зрозуміло, що в середині минулого століття енергетика розвивалася настільки бурхливо, що здавалося трохи й план електрифікації всієї країни приведе до того, що розетку можна буде знайти і в дрімучому лісі.

На жаль, країна вже неторт, плану немає і незаслужено забута практично ціла галузь знову знаходить свою нішу. Незрозуміло до чого ці крики про "винайшли", "інновації" тощо?

о 1/ На нашому знімку – фізики, які брали участь у розмагнічуванні кораблів у Севастополі. Праворуч – І. В. Курчатов, у центрі – Ю. С. Лазуркін (нині доктор фізико-математичних наук, завідувач сектору Інституту атомної енергії імені І. В. Курчатова,

Боєць народного ополчення, професор Ленінградського університету К. Ф. Огородніков.

Член-кореспондент СРСР П. П. Кобеко, який створив нову ізоляційну речовину – ескапон, яка мала велике оборонне значення, в лабораторії, біля крутильного верстата.

Групою ленінградських учених на чолі з академіком А. Ф. Іоффе було створено і побудовано одному з московських заводів «партизанський казанок» – термоелектричний генератор. «Партизанський казанок», як і інший аналогічний прилад – «чайник», розвивав

Е. О. Патон (праворуч) на полігоні під час випробування танків, зварених його методом.

У штабі радянської авіаційної науки – Центральному аерогідродинамічному інституті імені М. Є. Жуковського. На знімку (зліва направо): член-кореспондент Академії павук (нині академік, президент АН СРСР) М. В. Келдиш, авіаконструктор С. В. Ільюшин та заслужений

Академік В. І. Вернадський диктує свою останню роботу.

Головний хірург Червоної Армії Н.М. Бурденко в одному з фронтових шпиталів у перші місяці Великої Вітчизняної війни.

Протимінна вахта фізиків

9 серпня 1941 року з Ленінграда до Севастополя вилетіли науковий керівник однієї з лабораторій фізико-технічного інституту професор (нині академік) Анатолій Петрович Александров та славетний згодом вчений та організатор науки Ігор Васильович Курчатов. У Севастополі вони долучилися до роботи з практичної реалізації розробленого в інституті методу захисту кораблів від магнітних мін, яка велася групою вчених та представників Військово-Морського Флоту з початку липня.

Сутність методу полягала в розмагнічуванні корабля, точніше, компенсації вертикальної складової його власного магнітного поля. Саме на дію цієї складової і було розраховано підривники німецьких магнітних мін. Компенсація магнітного поля здійснювалася за допомогою розташованих по всьому кораблю обмоток, якими пропускався електричний струм. Надалі для малих кораблів і підводних човнів було розроблено простіший, безобмотувальний спосіб розмагнічування.

Статистика показала, що розмагнічування кораблів різко знижує ймовірність їх ураження магнітними мінами. Незабаром ці роботи здобули повне визнання з боку військових моряків. Жоден корабель не випускався у морі без «візи» вчених – без розмагнічування та перевірки залишкового магнітного поля.

Наприкінці серпня А. П. Александров виїхав із Севастополя у тому, щоб організувати роботи з розмагнічування кораблів на Північному флоті. Керівником севастопольської групи залишився І. В. Курчатов. У листопаді на плавбазі підводних човнів «Волга» групу перекинули з обложеного Севастополя до Поті. У 1942 році І. В. Курчатов виїхав до Казані, де в цей час був Ленінградський фізико-технічний інститут, а в 1943 році очолив колектив вчених, які розпочали розробку радянської ядерної зброї.

високою термоЕРС та низькою теплопровідністю.

На початку війни в лабораторії Іоффе було створено «партизанський котел» – термоелектрогенератор для живлення портативних радіостанцій. Це був казанок, на днищі якого зовні розташовувалися термоелементи. Їхні горючі спаї знаходилися у вогні багаття, а холодні, прикріплені до дна казанка, охолоджувалися налитою в нього водою.

Ретельний вибір матеріалів, застосування регенерації дозволили в наш час довести ККД термоелемента до 15%. На початку століття таку ефективність мали звичайні електростанції, але тепер вона зросла більш як утричі. Термоелементу у великій енергетиці поки що місця немає. Але є й енергетика мала. Кілька десятків ват потрібно для живлення радіорелейної станції, що стоїть на гірській вершині, або морського сигнального бую. Є й віддалені місця, де живуть люди, яким потрібна електрика та тепло. У подібних випадках застосування знаходять термоелементи, що підігріваються газом або рідким паливом. Особливо цінно, що ці пристрої можна помістити в невеликий підземний бункер і залишити без нагляду, лише раз на рік або рідше поповнювати запас палива. Зважаючи на малу потужність витрата його за будь-якого ККД виявляється прийнятною, а крім того... немає вибору.

Цікаве застосування для термоелектрогенераторів знайшли лікарі. Вже більше двох десятиліть тисяч людей носять імплантований, поміщений під шкіру ритмоводитель серцевої діяльності. Джерелом енергії для нього служить крихітна (з наперсток) батарея з сотні послідовно з'єднаних термоелементів, що підігріваються розпадом нешкідливого ізотопу. Нескладна операція з її заміни проводиться раз на 5 - "Про роки.

У Японії випускаються електрони

ний годинник, енергію яким від тепла руки дає термоелемент.

Нещодавно одна італійська фірма заявила про початок роботи над електромобілем із термоелектрогенератором. Це джерело струму значно легше акумуляторів, тому пробіг у термоелектричного автомобіля буде не меншим, ніж у звичайного. (Нагадаємо, що електромобілі здатні з однією зарядкою пройти ISO км.) Вважають, що шляхом різних хитрощів витрата палива вдасться зробити прийнятною. Головні переваги екіпажу нового типу - абсолютно нешкідливий вихлоп, безшумний рух, застосування найдешевшого рідкого (а можливо, твердого) палива, дуже велика надійність.

У 30-ті роки роботи, що проводилися в нашій країні, над термоелементами були широко відомі. Ймовірно, тому письменник Г. Адамов описав у своєму романі «Таємниця двох океанів» підводний човен «Піонер», який отримував енергію від тросів-батарей. Так він назвав термоелектричні генератори, виготовлені у вигляді довгих тросів. Їхні гарячі спаї за допомогою буя піднімалися у верхні шари океану, де температура досягає 20-25°С, а холодні - охолоджувалися глибоководною водою з температурою 1-2°С. Так фантастичний «Піонер» - човен, здатний дати сто очок уперед нинішнім атомним, заряджав свої акумулятори.

Чи реальне таке? Повідомлення про прямі подібні досліди в пресі немає. Втім, промайнуло щось цікаве. Створено термоелектрогенератор на 1000 кВт, що виробляє енергію за рахунок тепла гарячих підземних джерел. Різниця температур між гарячим і холодним спаями 23°С, як і океані, питому вагу 6 кг на 1 кВт - набагато нижче, ніж в енергетичних установок звичайних підводних човнів. Чи на порозі ми нової енергетичної революції, нового століття електрики?