Термоэлектрическая печь на основе элементов пельтье

Содержание

Мощный генератор на 12 модулях Пельтье

Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима. Потому что их нужно хорошо охлаждать, чтобы хоть что-то получить.

В эксперименте с испытанием мощного генератора использованы 12 модулей Пельтье TEC1-12706. Самые дешевые и популярные, продаются в этом китайском магазине. Для него есть кулер охлаждения.

Охлаждение в показанном примере осуществлялось вентилятором мощностью 5,4 ватта, 12 вольт.

О том, что это такое элемент Пельтье, какие у него характеристики и как работает, конструкции рабочих моделей, описано в нескольких статьях на нашем сайте, которые вы легко сможете найти через строку удобного поиска.

Цель эксперимента узнать, какую максимальную мощность может выдать обычный китайский самый дешевый термоэлемент в зимнее время года.
Итак, с началом эксперимента печь растоплена, когда дрова немного разгорелись, термогенератор начал работать и запустился вентилятор. Он охлаждает холодную сторону термоэлементов. Схема простейшая. В конце видео показано, как собирается такой термогенератор.


В ходе эксперимента будет достигнуто максимальное напряжение холостого хода этого генератора. Потом при помощи потенциометра это напряжение будет понижено ровно вполовину. Тем самым уровняется сопротивление генератора и сопротивление нагрузки. Тогда в генераторе и в нагрузке рассеивается одна и та же величина мощности. Это даст 50 процентную мощность, точнее кпд 50% отдаваемой мощности. Это соответствует эффективности всего лишь 50%. Но зато выход такой мощности будет максимальным в таком соотношении. Но передача максимальной мощности имеет место только при таком соотношении!
По мере разогрева печи растет напряжение, выдаваемое электрогенератором. Вентилятор набрал обороты, это довольно мощный вентилятор мощностью 5,5 ватт. Поэтому часть мощности он будет отбирать на себя. Та мощность, которую сейчас будет определена, это будет полезная мощность. Больше 26 вольт напряжение не поднимается. Подключаем потенциометр и начинаем добавлять сопротивление.

Из 12 элементов пельтье получается 0,5 ватт и более на один элемент. При температуре воздуха ноль градусов это неплохой показатель на воздушном охлаждении. При температуре -20 результат был бы на порядок выше. Поэтому вполне возможно получить даже до одного ватта на один элемент пельтье, но при большом морозе.
Теперь вентилятор будет подключен через ваттметр для того, чтобы посмотреть, сколько полезной энергии расходуется на его работу. Прибор показал 6 ватт. Если бы не этот вентилятор, можно было бы добавить еще 5-6 ватт к мощности этого термогенератора.
В продолжение эксперимента вентилятор планировалось отключить, чтобы охлаждение делать с помощью снега. После того, как вентилятор сброшен, радиатор будет обильно покрыт снегом. Однако, в эксперименте произошла неожиданная авария. После того, как был снят вентилятор, печка перегрелась и вышел из строя какой-то из элементов пельтье, расплавившись без охлаждения. В системе произошло разъединение контактов. Поэтому вентилятор является в данном устройстве полезным элементом. Для безопасности же необходимо использовать защитные решетки.

Вывод следующий: порядка 1 ватта на элемент пельтье можно получить при хорошем морозе. Есть места, например якутия или дальний север, температура доходит до минус 50 градусов цельсия. Так что там 1 ватт с элемента получить будет просто. Представьте, в юрте печка, а за ней стена размером 1 x 2 м. Теплый стороной внутрь печки, а холодный наружу, где мороз и ветер. С одного квадратного метра таких элементов можно снять до 0,5 киловатта электричества. То есть, с 2 квадратных метров можно получить до одного киловатта электроэнергии.

Такие мощные печи на основе элементов Пельтье производятся в России. Называются они “Электрогенерирующая печь Индигирка”. Купить их можно в этом магазине, скидочный промокод 11920924.

Конструкция такого термогенератора предельно проста. 12 самых дешевых китайских элементах пельтье зажимаются между двумя алюминиевыми радиаторами, которые должны иметь ровные, в идеале полированные, поверхности. Естественно, на каждую сторону термоэлемента наносится термопаста. Скручиваем радиаторы болтами и соединяем проводами. Крепим кулер, желательно мощнее. Ну и сама печка. Это кусок оцинковки, лучше нержавейки. Крепится к горячему радиатору болтами. Потом делается дно с отверстиями 7-8 миллиметров для забора воздуха.

Есть продолжение этого эксперимента. Чтобы найти его, напишите в поиске по сайту: Пельтье на воздушном охлаждении.

Лада 4×4 3D Камаз › Бортжурнал › Печка с кондиционером (Элементы Пельтье)

Более подробное описание ниже в каментах. На многие возникающие вопросы, там уже есть ответы 😉

Печка с кондиционером
(Элементы Пельтье, Стальной кожух печки для отвода тепла, зубильный вентилятор 4-ре режима работы)

В краце 12 элементов Пельтье прикреплены термоклеем к металическому кожуху, для отвода тепла. Воздух в печку нагнетается улиткой от восьмерки, КПД в отличии от штатного дувчика просто несравнимый, и огромный плюс то что нет шума от вентилятора внутри салона. )))

Элементы заказывал с Китая обошлись в 1т.р. с доставкой.

Для тех кто не знает что это:
Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler — термоэлектрический охладитель)
Достоинством элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При обращении направления тока возможно как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже температуры термостатирования. Также достоинством являются отсутствие механических частей и отсутствие шума.

Лада 4×4 3D 2001, двигатель бензиновый 1.7 л., 78 л. с., полный привод, механическая коробка передач — электроника

Машины в продаже

Лада 4×4 2121 Нива, 2009

Лада 4×4 2121 Нива, 1996

Лада 4×4 2121 Нива, 2002

Лада 4×4 2121 Нива, 2009

Комментарии 75

Добрый день. А куллеры внутри ставили? И хватит ли 6 шт?

Нет не ставил. 6 кулеров или элементов?

Какие выводы на сегодня?

Учтите что каждый станд элемент Пельтье потребляет по 60 вт. Должно быть должное охлаждение нагреваемой зоны для их мах КПД. просчитайте все. УДачи!

КПД у этих элементов хреновый, я думаю при бутерброде нужна металлическая прослойка, типа пластинки медной эти элементы не любят перегрева. Два таких же как у вас трудятся у меня в “речном” холодильнике, достаточно большом. Все бы хорошо, но жрут много, пара — 10-12 ампер. А в машине без второго генератора лучше и не пробовать : ))))

Привет, как охаждайка? Работает? Какой перепад темпертур получается, улица- салон в градусах?, собираюсь себе соорудить подобное, пока вынашиваю конструкцию под свой 41й. Заранее спасибо!

Нет не работает я её переделываю под буса, нива на продаже…

Как дела с конструкцией кондиционера на элементах Пельтье на сегодня ?Очень интересно.Заказал сегодня на али 10 элементов, 1220 рублей.

Пока что все отложено на полку, все время отнимает 10-месячный сын 😉

А что нового хотел бы добавить к своей конструкции ?

Когда реализую, опишу в БЖ. пока что не буду китайцам давать повод для клонирования 😉

Прошу прощение за мои вопросы подключал к генератору или акб и еще куда лутше подключить. Благодарю за внимание.

Как охлаждает на трех елементах очень интересно и насколько может снизиться температура

Даже не подскажу, 12 охлаждает отлично

Лично моё мнение! Сам горю желанием опробовать эту задумку, примерно как у Вас! Только есть некоторые соображения:
1) изучив литературу о этих элементах, понял следущее, что они создают определённую разницу температур между своими сторонами, следовательно чем эфективней охлаждать поверхность нагрева, тем лучше другая поверхность будет холодить. считаю нужно использовать как минимум куллеры от компа, лучше водяное охлаждение с выносом радиатора на встречные поток воздуха;
2) термоклей нужно заменить на термо пасту, она гораздо эффективней проводит тепло, то есть отвод тепла будет лучше, соответственно и охлаждение тоже;
3) стоит не клеить элементы к листу металла, а вырезать проёмы под элементы в металле, а сами элементы зафиксировать непосредственно на радиаторе охлаждения, который стоит снаруже. Желательно по бокам элементов надеть каёмку из какого нибудь термоизолирующего материала, чтобы тепло наружней стороны не проникало внутрь металлического кожуха;
4) на охлождающую сторону следует посадить тоже радиатор, это повысит тепло отдачу холода, тем самым охлаждение будет эффективнее;
5) ну и так как у Вас нива, стоит задуматься о герметизации салона, дабы избежать выветривания холодного воздуха!

Это всего лишь мои домыслы. Я сам жду элементы из китая чтобы начать эксперементировать! Удачи в задумке!

Читайте также:  Бездроссельное включение маломощных импортных кварцевых ламп

вопрос про охлаждение, как я понимаю горячая сторона элементов просто прикреплена к листу металла?и больше никак не охлаждается?

совершенно верно, только встречный поток воздуха охлаждает и все.

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2019

Элемент Пельтье, как генератор альтернативной электрической энергии

Часто приходится снабжать удаленные объекты дорогой электроэнергией в виде дизельных и бензиновых генераторов, что достаточно затратно, поэтому возникает вопрос экономии, и возможные пути решения данного осложнения. Объектом исследования для решения этой проблемы был взят альтернативный источник генерация электроэнергии с помощью термоэлектрического преобразователя на основе элемента Пельтье (ЭП). Принцип действия, которого базируется на возникновении разности температур при протекании электрического тока. В основе работы ЭП (рис. 1) лежит контакт двух полупроводниковых материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. По мере поглощения этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. А во время протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта, дополнительно к обычному тепловому эффекту. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур.

Рис. 1 Строение элемента Пельтье

Достоинствами элемента Пельтье являются небольшие размеры, отсутствие шума, каких-либо движущихся частей, а также газов и жидкостей. При смене направления тока возможно, как охлаждение, так и нагревание — это даёт возможность термостатирования при температуре окружающей среды как выше, так и ниже установленного порога.

Недостатком ЭП является более низкий коэффициент полезного действия, чем у компрессорных холодильных установок на фреоне, что ведёт к большой потребляемой мощности для достижения заметной разности температур.

Основной проблемой в построении элементов Пельтье с высоким КПД является то, что свободные электроны в веществе являются одновременно переносчиками и электрического тока, и тепла. Материал же должен одновременно обладать двумя взаимоисключающими свойствами — хорошо проводить электрический ток, но плохо проводить тепло.

В батареях элементов Пельтье возможно достижение большей разницы температур, но мощность охлаждения будет ниже. Для стабилизации температуры лучше использовать импульсный источник питания, так как это позволит повысить эффективность системы. При этом желательно сглаживать пульсации тока – это увеличит эффективность работы ЭП и продлит срок его службы.

Т.к. работа элемента Пельтье основывается на разности температур, то одним из перспективных мест для применения будут являться регионы с холодным климатом. На данных местностях для комфортной жизнедеятельности человека, как правило, имеется система отопления помещений, а, следовательно, создается необходимая разность температур. Снаружи температура может опускаться ниже 20 градусов по Цельсию, но в помещение она должна оставаться комфортной для человека. Из этого положения можно извлечь выгоду, поместив на стыке разности температур элементы Пельтье. За счет этого можно значительно снизить энергозатраты в холодное время года, получая и при необходимости запасая электроэнергию.

Но элемент Пельтье не обязательно использовать в зонах с холодным климатом, его так же можно применить в областях с гидротермальными источниками, где стык температур будет появляться от горячей воды с одной стороны и охлаждающим радиатором, с другой стороны (рис.2). За счет этой разницы можно получить неплохой запас мощности, которую можно использовать, например, для питания оборудования, эксплуатируемого для изучения этих самых источников

Рис.2 Применения элемента Пельтье в геотермической зоне

Другим местом установки автономного генератора на основе элемента Пельтье, могут быть регионы с теплым или жарким климатом, где одна сторона будет повернута к источнику тепла, например, к Солнцу, а вторая помещена в землю, с естественным или принудительным охлаждением (рис.3). Одним из примеров такого расположение может являться погреб. Также эти элементы очень удобны во время походов, так как за их счет можно зарядить смартфон на энергии костра или запитать фонарик с помощью тепла организма.

Рис.3 Элемент Пельтье в погребе

Из выше перечисленных аргументов возникает вопрос внедрения автономных генераторов электрической энергии на основе элемента Пельтье точечно в выгодные области применения. Но на данный момент их производство не сильно развито из-за нехватки большого количества потребителей, и поэтому ЭП имеют большую стоимость. Средняя цена за 1 ячейку, стандартного размера 40 x 40 мм, составляет 80 рублей. Но как только данным генератором заинтересуется мировое сообщество, а именно выгодоприобретатели в качестве инвесторов, их производство начнет развиваться, а цена уменьшаться, и в дальнейшем появиться разнообразные размеры ячеек.

На сегодняшний день реализуемо и выгодно использовать данный элемент в качестве компактных и переносных генераторов малой мощности. Рассмотрим мобильные устройства на основе элементов Пельтье. А именно переносное зарядное устройство для телефона и других мобильных устройств. Чем больше будет перепад температур между телом человека и окружающей средой, тем выше будет эффективность ЭП и тем меньше понадобиться элементов-ячеек, но для максимально КПД необходим перепад температур в 100 градусов по Цельсию, а один стандартный элемент-ячейка при таких условиях вырабатывает 5 В и 2 Вт мощности на холостом ходе, но при нагрузке мощность и напряжение сокращаются вдвое, из-за низкого коэффициента полезного действия. Т.к. элементы Пельтье довольно компактные их можно встроить в неподвижные области штанов, куртки и обуви. В итоге одна сторона будет нагреваться от тепла, вырабатываемым человеком, другая охлаждаться от окружающей среды. А для зарядки смартфона необходимо не менее 12 В, т.е. около шести элементов Пельтье. Средняя цена на элемент Пельтье составляет 100 рублей, итоговая стоимость составит 600 рублей, это дешевле обычных переносных зарядных устройств, которые ещё нужно зарядить перед использованием.

Следующим примером, который несложно реализуем, является установка для источника энергии в походе, как зимой, так и летом, от которой можно заряжать различные маломощные потребители, такие как телефоны, фонарики, холодильники на элементе Пельтье, а также запасать электроэнергию в аккумуляторы. Если вырабатывать энергию летом, то эффективным временным промежутком является ночное время суток, т.к. температура опускается до 10-15 градусов, от этого будет питаться сторона с меньшей температурой, а другая нагреваться от костра, который необходим для обогрева экспедиции. Другой, и более эффективный вариант, это использование данного генератора в зимний период, т.к. возможная разница температур будет существенно больше. Одна часть будет соприкасаться с костром, другая с емкостью для снега, к которой прикрепляются радиаторы с вентиляторами. Чтобы выработать мощность в 24 Вт, потребуется около 12 ЭП, кулер на 5,4 Вт, 2 алюминиевых радиатора, термопаста, умножитель напряжения, если потребуется запитать потребители с большим напряжением напряжению, и сама печка из нержавеющей стали. Экономически расчет показывает выгодность данного походного устройства, 12 элементов Пельтье за 1200 рублей (при оптовой закупке будет дешевле), кулер – 800 рублей, термопаста 600 рублей, 2 алюминиевых радиатора по 300 рублей, а для умножителя напряжения потребуется 4 диода и 4 конденсатора общей стоимостью 300 рублей. Итого 3500 рублей за походный автономный источник электроэнергии на элементах Пельтье. (рис.5). Он не занимает много места, поэтому очень удобен в походах и экспедициях. Если одного генератора будет недостаточно, есть два пути решения: – добавить ещё один генератор; – улучшить схему умножителя напряжения посредством добавления диодов и конденсаторов.

Рис. 4 Переносной генератор Пельтье

Но одним из самых эффективных и логических способов использования ЭП, является внедрение его в удаленные метеостанции, которые расположены по всему земному шару. Будь это холодный климат, где данный генератор будет намного эффективнее, либо же в областях, где температура окружающей среды не опускается ниже 15 градусов по Цельсию. Один из примеров такого использования будут являться метеостанции и другие объекты, находящиеся в Арктической зоне. Т.к. в наши дни значение Арктики многократно возрастает. Она становится местом самого пристального внимания стран и народов в качестве региона, от самочувствия которого во многом зависит климат планеты, и в качестве сокровищницы уникальной природы, и, как территория с колоссальными экономическими возможностями, с огромным экономическим потенциалом.

Объектом исследования была выбрана метеостанция в Арктической зоне.

Для наблюдения за изменениями климата исследователю (человеку) необходимо жильё с комфортными условиями жизни, а именно: отопление и электричество. Необходимая мощность 12 кВт, включающая в себя:

Персональные компьютеры для обработки данных, полученных в результате наблюдения – 800Вт

Холодильник 200 Вт

Прожектор для ночного освещения – 300 Вт

Микроволновая печь СВЧ – 1500 Вт

Обогреватель – 1500 Вт

Электрочайник – 1500 Вт

Стиральная машина – 3000 Вт

Электроплита (2 конфорки) – 4000 Вт

Для обеспечения энергией понадобится бензиновые генератор Robin-Subaru (Россия) EB 12.0/230-SLE. Его цена составляет 213 тысяч рублей.

Производитель: Robin-Subaru ( Россия);

Мощность: 12 кВт12кВА;

Напряжение: 230 В;

Коэффициент мощности: 1 (сos φ);

Коэффициент фаз: 1;

Вид топлива: бензин;

Расход топлива при нагрузке 75%: 3,8 литра;

Ёмкость топливного бака: 26 литров;

Уровень шума: 74 Дб;

Преимущества генератора Robin-Subaru:

Низкая цепа (в сравнении с другими генераторами мощностью 12 кВт).

Расход генератора в час будет составлять 169,1 рубль (при нынешней цене на бензин 44,50 р за литр). Учитывая, что генератор расходует полный бак за день, можно сделать вывод , что затраты на день составят 1157 рублей.

При установке элементов Пельтье на такую же мощность, нам понадобится 6000 штук, которые будут стоить около 550000 рублей (цена указана при поштучной покупке, оптом будет дешевле). Элементы Пельтье не требуют дополнительных расходов для производства энергии, они экологичны и бесшумны. Период самоокупаемости начнётся меньше чем через год, т.к. заправлять генератор необходимо каждый день, в течении года необходимо затратить 420 тысяч, это без учёта цены на доставку бензина. И в итоге за год с генератором расход составит 633 тысячи, при элементах Пельтье 650 тысяч.

Сложностью электроснабжения объектов в Арктической зоне является отсутствие традиционных источников электрической энергии, поэтому на данный момент их замещают с помощью мобильных генераторов и электростанций, побочным эффектом которых является дорогая стоимость электроэнергии.

Рис.5 Установка ЭП в зонах Арктики и Крайнего Севера

Читайте также:  Дистанционное переключение телевизионных программ

Этот недостаток можно значительно уменьшить за счет внедрения автономных генераторов Пельтье, которые будут устанавливаться на стыке температур, в данном случае это будут стены сооружений, снаружи которых будет значительно ниже 0 градусов по Цельсию, а внутри значительно выше 0. А полученную электроэнергию для стабилизации запасать в аккумуляторные батареи (рис.4).

Таким образом, на данный момент использование элемента Пельтье экономически целесообразно только в условиях, где можно получить большой перепад температур, не приводя к дополнительным расходам. В таких зонах как Арктики, Антарктики и регионы Крайнего Севера. Либо в качестве мобильного маломощного электрогенератора, когда нужно получить электрическую энергию, не затратив на это больших ресурсов, и не имея громоздких конструкций.

Арктика и Антарктика. Вып. 3 (37) / РАН, Науч. совет по изучению Арктики и Антарктики : отв. ред. В. М. Котляков. — М. : Наука, 2004. — 247 с.

Физика твердого тела Учеб. пос. / А. А. Василевский – М.: Дрофа, 2010. – 206 с.

Теория твердого тела / О.Г. Медалунг. – М.: Наука, 1980. – 418 с.

Генерация электричества: практические характеристики термоэлектрических модулей Пельтье и термопар

Thermoelectric generator of electrical current: Peltier modules or Thermocouples?

Конструкция термоэлементов, принцип работы, технические полезности – Конструкция и работа термоэлемента Пельтье.

Рассказы про то, что термоэлектрические модули Пельтье (Peltier modules) генерируют электрический ток – сильно преувеличены.
Реальность выработки электричества полупроводниковыми Пельтье модулями намного труднее.

0. Вольтаж металлических термопар имеет порядок десятков микровольт (не милливольт!) на градус Кельвина, а вольтаж элементов Пельтье (полупроводники) – десятки милливольт на градус

Например, популярная хромель-константановая термопара (thermocouple type E, chromel-constantan, ТХКн – на кириллице) дает напряжение 68 µV/°C.
То есть, 1 термопара – контакт при разнице температур горячего и холодного спаев в 1000 градусов Цельсия даст всего 68 милливольт напряжения.

Вольтаж полупроводниковых термомодулей больше, чем у термопар:
Например, Пельтье-модуль TEG1-12611-6.0 имеет около 0,032 вольт/градус **.
Модуль – это сборка из полупроводниковых кристаллов, например, сборка из 128 микроэлементов-полупроводников, включенных последовательно.
Или термомодуль TEC1-12706 (в режиме холодильника – максимальная потребляемая мощность 92 ватта; в режиме генерации напряжения ни вольт/градусы, ни мощность не нормированы). В реальности модуль TEC1-12706 при разнице температур между холодной и горячей сторонами в около 20 градусов C выдает напряжение 0,5 вольта, при температуре холодной стороны керамики в 22 градуса Ц – 0,017 вольт/градус.

* Здесь указаны градус на вольты при разомкнутой цепи термоэлементов, при нулевом токе и нулевой генерируемой электрической мощности.

Но зато термопары способны работать и при 1800 °C, чего нельзя сказать про полупроводниковые термомодули. Зато вольтаж у термомодулей выше!
Разброс параметров по напряжению/температуре у полупроводниковых сборок составляет около +-40%. Все кристаллы полупроводники такие – точность достигается выбраковкой продукции.

** Зависимость температура/напряжение у термопар и тем более полупроводниковых термопар является немного нелинейной.

1. Полупроводниковые модули Пельтье имеют малую теплостойкость, обычно ограниченную примерно 150 градусами, и маленькую допустимую разность рабочей температуры между горячей и холодной сторонами – часто менее 100 градусов температурного градиента

Термогенераторы-охладители Пельтье чаще собираются на керамических платах – две пластины с медными дорожками, между которыми организуются спаи с полупроводником. Понятно, что при высокой температуре полупроводниковые кристаллы ускоренно деградируют, а при изменениях разницы температур между пластинами – сторонами элемента Пелтие – возникают механические напряжения, через спаи с полупроводниками.

2. Модули Пельтье имеют высокую теплопроводность

Обратимость эффекта Зеебека (Peltier – Seebeck and Thomson thermoelectric effect):
При разнице температур между холодным и горячим спаями (сторонами термоэлемента) возникает разница электрических потенциалов.
И наоборот, при протекании электрического тока одна сторона термомодуля нагревается, вторая сторона охлаждается.

Но!
Термомодули Пельтье имеют высокую теплопроводность – энергия теплового потока через термо-элементы обычно превышает более, чем в 10 раз генерируемую электрическую мощность.
(Причина – в конструкции термомодулей – см. выше. Если бы “половинки” кристаллов в термомодуле находились на гибких проводниках между собой, а жесткий спай только к одной плате-пластине, то температурный диапазон, долговечность “вечных” модулей Пельтье была бы намного выше, а теплопроводность – ниже.)

Например, TEG1-12611-6.0 при hot side temperature 300 C и cold side temperarure 30 C при согласованной нагрузке имеет тепловой поток 365 ватт, а выходную электрическую мощность 14,6 ватт.

Этот КПД полупроводниковых термоэлектрических модулей как источников тока 3-5% является типичным.

Достижения термоэлектричества и КПД

термоэлектрический генератор постоянного тока
thermoelectric-generator.com/products/teg-thermoelectric-power-generators-for-sale/:
TEG 12 VDC-24 AIR
Max 20 Watt Output
Cost $429

Но 20 ватт это термоэлектрическое устройство из 8 модулей Пельтье и электронного стабилизатора дает примерно при температуре 400 °C.

Таким образом, модули Пельтье, изготовленные как впаянные полупроводниковые кристаллы между керамическими пластинами, являются в 25 раз больше теплообменниками (на примере TEG1-12611-6.0), чем электрическими генераторами термоэлектричества.

Из чего я делаю вывод: использовать модули Пельтье в самодоме по прямому назначению, для теплопередачи. А электричество – как побочный продукт. В этом случае коэффициент полезного действия пп-термомодулей достигает почти 100 процентов. Подробно – читайте статью в Самодоме “Полупроводниковые термоэлементы как жидкостные теплообменники, попутно дающие электроэнергию”.

Отсутствие в электрическом термогенераторе:
движущихся частей
высоких температур
бесшумность, отсутствие вибрации
является огромным плюсом,
но высокая цена ватта является не менее огромным минусом.
Но при низкой температуре и низкой разнице температур между горячей и холодной сторонами термоэлемента, и их постоянстве, время эксплуатации термомодуля стремится к бесконечности, следовательно, себестоимость термоэлектрического электричества стремится к нулю.
При условии бесплатного тепла и холода – тепловой энергии.

А этого добра (бесплатной тепловой энергии) есть вокруг самодома. очень много. (см. иллюстрацию-схему www.envirociety.org)

Отмечу, что эффективный теплообмен с пластинами-сторонами термоэлектрических модулей на практике возможен только с принудительной циркуляцией жидкости – тепло-холод носителя, то есть работа термоэлектрических модулей все-таки сопряжена с механикой – ротором циркуляционного насоса.

И еще о КПД:
Максимальную мощность термомодуль Пельтье дает, естественно, на согласованной нагрузке.
(В омическом упрощении с абстракцией “постоянный ток” максимальная полезная мощность на нагрузке выделяется тогда, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению электрического генератора, а сопротивление подводящих проводов стремится к нулю. Этот максимум и есть согласованнная нагрузка.)
Согласованная нагрузка термоэлемента – немного сложнее, ибо само понятие постоянное омическое сопротивление является неприменимым к термозависимым полупроводникам.

В Specifications TEG Module TEG1-12611-6.0 приведен график напряжения и электрической мощности модуля термогенератора:
(сайт thermoelectric-generator.com)
Классический “горб” по закону Ома, но немного “кривой” из-за термоэффектов.
(график “Output Voltage (V) – Output Power (W)”)
Обратите внимание: при температуре холодной стороны термомодуля 30 градусов Ц и температуре горячей стороны термомодуля 300 градусов Ц.

На примере канадского “печного” термоэлектрического электрогенератора TEG 12 VDC-24 AIR видно, что 1 ватт термоэлектричества стоит 21,45 доллара, при 400 градусах Ц.

Кстати, термоэлектрический генератор может оказаться прекрасным дополнением к каминной и печной трубам, если отвод тепла с холодной стороны термоэлементов делать в воздух около пола – вниз, и подальше от печки.
См: stove.netnotebook.net – Каминные и печные работы.
(Печь или камин с водяной рубашкой “в СССР” называют котлом.)

Термоэлементы:
Китайская потребляемая мощность термоэлектрического холодильника никак не равна генерируемой электрической мощностью термоэлектрического генератора. Соотношение примерно 7:1 (потребляемая электрическая мощность : генерируемая электрическая мощность), для современных полупроводниковых модулей.

(2)
Собственные измерения параметров термоэлементов

(3)
Обслуживание термопар как средств измерений

последние изменения статьи 27сен2013, 01мар2015

Что такое элемент Пельтье? Термоэлектрический модуль

Элементом Пельтье называют термопару, иначе говоря, устройство изменяющее температуру и работающее в соответствии с одноимённым принципом Пельтье, то есть, демонстрируя разность температур, возникающую с момента подачи электроэнергии. В англоязычных источниках фигурирует в роли термоэлектрического охладителя. Обратный данному эффекту носит название эффекта Зеебека.

Принцип работы устройства

Элемент Пельтье функционирует благодаря взаимодействию одного токопроводящего материала с другим, отличным по энергетическому уровню электронов в проводящей области. Прохождение по такому каналу связи наделяет электрон большим энергетическим запасом, что после позволяет ему перейти в проводящую область с более высоким энергетическим уровнем. Поглощение этой энергии приводит к понижению температуры в точке соединения проводников. Когда же происходит обратное движение тока, контакт нагревает, что находит выражение в виде стандартного теплового эффекта.

При условии, что по одной стороне подключён теплоотвод, в момент эксплуатации радиаторной системы вторая сторона даёт сильное охлаждения (до десятков градусов ниже температурного уровня окружающей среды). Между величиной тока и степенью охлаждения наблюдается прямая зависимость. При смене полярности также меняются положениями стороны нагрева и охлаждения.

Когда элемент Пельтье взаимодействует с деталями, выполненными из металла, то оказываемый им эффект уменьшается во много раз, и температурный контраст становится мало заметен под действием разнообразных явлений связанных с теплопроводностью цепи. По этой причине практическое применение подразумевает использование сразу двух полупроводников.

Сочетать термопары можно в любых количествах в пределах сотни, что делает возможным создание элемента Пельтье любой холодильной мощности.

Термоэлектрический модуль

Особенно явно эффект Пельтье можно наблюдать при использовании p- и n- полупроводников. В соответствии с направлением электротока при переходе через p-n-соединения происходит поглощение, либо выделение энергии.

Именно такая конструкция применяется в ТЭМ (термоэлектрическом модуле). Единичный элемент термоэлектрического модуля – это термопара, конструкция которой представляет собой объединение p- и n- проводника. Если последовательно соединить несколько подобных элементов, то поглощение теплоты будет происходить на n-p-контакте, а выделение на p-n-контакте. В результате возникает уже описанная ранее ситуация с разностью температур. Согласно общепринятому принципу горячей является та сторона, к которой подведены провода и на схеме она всегда расположена внизу.

Рис.1: Термоэлектрический модуль Пельтье

В ТЭМ термопары фиксируются между парой пластин из керамических материалов. Каждая из веток спаивается с медными проводящими площадками (шинками), которые в свою очередь скрепляются с теплопроводящим материалом, например, оксидом алюминия.

Определять уровень рабочего напряжения модуля следует, исходя из количества составных элементов. Наиболее распространённым вариантом является 127-парные модульные конструкции с наибольшим уровнем напряжения в 16 Вольт. Но для их работы обычно достаточно 75% от этого значения. Мало того именно эта цифра является наиболее подходящей, поскольку отвечает и требованиям к рабочим условиям, и является достаточно экономичной. При повышении напряжения мощность почти не увеличится, а вот энергопотребление ощутимо возрастёт.

Читайте также:  Уличный фонарь с датчиком движения и света

Применение на практике

На сегодняшний день применение элемента Пельте особенно актуально в устройствах следующих типов:

  • Холодильники;
  • Кондиционеры;
  • Автомобильные охладители;
  • Кулеры для воды;
  • Видеокарты для персонального компьютера.

В целом, можно сказать, что элемент Пельтье стал неотъемлемой частью разнообразных холодильных и кондиционирующих систем. Использование этого устройства является отличным подходом к решению проблемы перегрева оборудования. В настоящее время элемент Пельтье также может быть использован для охлаждения акустической и звуковой системы, поскольку его работа является совершенно бесшумной и идеально подходит для таких целей.

Есть несколько качеств элемента Пельтье, которые пользуются большим спросом:

  • Они обеспечивают достаточно мощную теплоотдачу;
  • Имеют весьма скромные размеры, что позволяет использовать их практически в любых устройствах;
  • Способны к сохранению одного и того же температурного режима на протяжении продолжительного срока (благодаря радиаторам);
  • Отличаются изрядной долговечность, поскольку укомплектованы из ряда цельных недвижимых компонентов.

Самая простая составляющая элемента выглядит как пара медных проводников, к которым подключены контакты, соединительные провода, оснащённые изолирующим элементом (для его изготовления используется нержавеющая сталь или керамика).

Как самостоятельно изготовить элемент Пельтье

Простота конструкции этого устройства располагает к тому, чтобы изготовить его самостоятельно. Тем более, что сфера его практического применения практически не ограничена: холодильники, кондиционеры и другая техника.

Предварительно следует заготовить пару пластин из металла, а также понадобится проводка с контактами. Прежде всего, запаситесь проводниками, которые будут установлены рядом с основанием устройства. Для этих целей лучше всего подойдут PP-проводники.

Далее, не забудьте, что на выходе должны быть установлены полупроводники, которые будут подавать тепло к верхней пластине. Для монтажа элемента потребуется паяльник. На финальном этапе понадобится подключить пару проводов. Один локализуется около основания и надёжно крепится рядом с крайним проводником. Значимо, чтобы не было никаких соприкосновений с пластиной.

Место крепления второго проводника располагается рядом с верхней частью и закрепляется аналогичным образом – у крайнего проводника.

Для проверки элемента на предмет работоспособности нужно будет воспользоваться тестером. Прибор подсоединяется к проводам и производится замер вольтажа. Стандартный показатель отклонения напряжения достигает примерно 23 Вольт.

Мощность элемента Пельте находится в прямой зависимости от его габаритов, это следует учитывать при самостоятельной сборке или монтаже. Установка недостаточно мощного элемента не предотвратит поломку техники, а лишь отсрочит её. В то же время избыточная мощность вызывает падение уровня температуры до критического уровня, когда влага, находящаяся в воздухе может начать конденсировать и оседать на поверхности устройств, что особенно опасно для электронных приборов.

Помимо этого, другая сторона модуля является источником достаточно большого количества тепла, поэтому для обеспечения его безопасной работы требуется вентилятор довольно большой мощности.

Как изготовить генератор на основе элемента Пельтье?

Генераторы на основе элемента Пельтье особенно интересуют людей, которые ввиду достаточно продолжительной отрезанности от цивилизации нуждаются в простом и доступном источнике энергии. Также они широко применяются при критическом перегреве деталей персонального компьютера.

Рис.2: Генератор на основе элемента Пельтье.

Элементы Пельтье имеют достаточно интересный принцип действия, но помимо этого обладают одной любопытной особенностью: если к ним прилагается разность температур, то они продуцируют электричество. Один из вариантов генератора на базе этого устройства предполагает следующую конструкцию:

По двум трубкам (одна для входа, другая для выхода) движется пар, который направляется в полость теплообменника, сконструированный из пластины (материал: алюминий), имеющей толщину 1 см.

К каждому отверстию теплообменника подведено соединение с одним каналом. Габариты теплообменника точно дублируют габариты элементов Пельтье. Два элемента фиксируются на двух сторонах теплообменника с помощью четырёх винтов (по 2 на каждую сторону). В результате, благодаря отверстиям и канальцам теплообменника формируется полноценная система сообщающихся отделов, через которые проходит пар. Двигаясь вперёд, пар входит в камеру по одной трубке и выходит через другую, двигаясь к следующей камере. Транслируемое паром тепло достаётся элементам Пельтье, когда пар непосредственно соприкасается с их поверхностью , а также с материалом теплообменника.

Чтобы вплотную прижать элементы к корпусу теплообменника , а также для организации отвода тепловой энергии на «холодную» сторону применяются пластины из алюминия на 0,5 см в толщину. На последнем этапе вся конструкция герметизируется силиконовыми герметиками.

После этого через трубки пускают пар, а конструкция погружается в холодную воду. Вся система целиком начинает работать. Электрический ток будет образовываться до тех пор, пока разница между температурой «горячей» и «холодной» сторон не сократится до минимума.

Есть и более элементарный метод.

Элемент Пельтье выводами подсоединённый к зарядному телефонному кабелю закрепляется на алюминиевом радиаторе (который будет контактировать с «холодной» стороной) с помощь герметика. Сверху на устройство ставится любой горячий предмет, например, кружка с горячим чаем. Через пару секунд телефон можно ставить на зарядку. Зарядка будет продолжаться, пока чай не остынет.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Элемент Пельтье, принцип работы

Что такое элемент Пельтье – электро-, термопреобразователь, который состоит из нескольких пар ( в отдельных случаях одной) полупроводников различных по свойству типов («n» и «р»), последние соединяются перемычками из металла – в основном это – медь. На практике данное устройство создает температурную разность на разных концах поверхности при протекании энергии электрического тока.

Одним из наиболее простейших вариантов данного устройства Пельтье в практическом использовании является модификация ТЕС1-12706, изображенная на рисунке 1.


Элемент Пельтье – преобразователь термический, электрический ТЕС1-12706

Принцип работы элемента Пельтье

В корне принципа работы положен термоэлектрический эффект Пельтье. Другими словами – при протекании и под действием электрического тока создается разница температур в местах контактов термопар – полупроводников «n» и «р» – типа.

Элементы Пельтье – доволи таки «чувствительные устройства» к перегреву и высоким температурам. К ним предъявляются высокие требования к эксплуатации, при невыполнении которых, устройство быстро выходит из строя. Очень важно отводить тепло, для этой цели необходимо устанавливать радиатор или вентилятор, в противном случае не достигается температура холодной стороны относительно горячей.

Как работает элемент Пельтье

Представим, что электрический ток проходит через термическую пару, как показано на рисунке 2.


Принцип работы элемента Пельтье

В этом случае происходит процесс поглощения энергии тепла на полупроводниковом контакте n – p и процесс выделения тепловой энергии на p – n контакте. В итоге часть термопары полупроводника, который сопрягается с n – p контактом, будет охлаждаться, а вторая часть с другой противоположной стороны – соответственно, нагреваться.

В том случае, когда поменяем полярность по току, то происходит процессы нагревания и охлаждения, соответственно, также поменяются.

Обратный процесс эффекта Пельтье приводит к тому, что при подводе теплоты к одной стороне термопреобразователя получают энергию электрического тока.

Конечно на практике, применение одной термопары не хватает для полного отвода тепловой энергии, поэтому в преобразователе применяют большое количество. Электрическая цепь собирается из термопар последовательно. В то же время в конструкции термопреобразовательных элементов: нагревающие термопары располагаются на другой стороне относительно охлаждающих.

Устройство элемента Пельтье очень простое. Термические пары конструируются между двумя платинами, выполненными из керамики. Соединение термопар производится медными проводниками (шинами). Количество термопар определяется назначением термопреобразователя, его мощности и места установки и может применяться от одной до нескольких сотен штук.


Устройство элемента Пельтье

Основными элементами термопреобразователя являются: полупроводники р – типа, n – типа, керамические пластины, медные сопряжения – проводники; контакты подвода электрического тока «плюс» и «минус». Для элемента Пельтье разница по температурам разных краев термопар достигает до 70 градусов по Цельсию. Чтобы увеличить данную разницу требуется увеличить каскад последовательного включения термопар.

Основные эксплуатационные характеристики элемента Пельтье

Данное устройство в целом идеально работает в тех случаях, когда хорошо и надежно контактируют термопары с охладительным устройством, будь то радиатор охлаждения или вентилятор охлаждения со змеевиком, то есть – хороший теплосъем.

Модули Пельтье, как их часто называют, очень чувствительны к перепадам по току и напряжению (не более 5 %). Под действием высоких температур (наиболее критическая для элементов до 150 градусов) эффективность снижается во много раз (до 40 %) и модуль очень быстро ломается.

Как правило, в схему работы полупроводниковых элементов недопустимым условием является приспособление релейных устройств: ограничивающих мощность или регулирующих. Это приводит к деградации кристаллических составляющих и к неисправности в скором времени элемента.

Частое включение и выключение устройств также негативно влияет на работу и срок эксплуатации, и его долговечность функционирования. Согласно законов физики – любой нагрев материала приводит к его тепловому расширению, а охлаждение – к сжатию. Соответственно, особенно слабыми местами в полупроводниковых элементах являются «паечные», где из-за механического движения возможно появление дефектов в виде микротрещин и в конце концов к разрыву цепи.

Коэффициент теплопроводности термических пар элемента Пельтье достаточно высок, что с одной стороны является достоинством, а с другой стороны ограничивает срок эксплуатации и расчетное число циклов «стоп-старт-стоп».

Достоинства и недостатки модуля Пельтье

Сравнивать устройство Пельтье с другими охладительными установками с различным приводом в принципе невозможно и нецелесообразно, так как в первом случае имеют полупроводниковые материалы в виде кристаллов, а во втором случае рабочее тело – газ или жидкость ( к примеру: компрессорный холодильник). В различных областях применяются и те и другие устройства.

К преимуществам элементов Пельтье можно отнести:

  • полное отсутствие механики движения и вращающихся частей, а также жидкостей, газов;
  • абсолютно нет шума работы устройств;
  • сравнительно малые размеры;
  • двухфункциональность: нагревание и охлаждение при изменении полярности;

К недостаткам можно отнести:

  • относительно низкий коэффициент полезного действия;
  • требование постоянного источника энергии, питания;
  • число пусков и остановов ограничено;
  • плавность отключения и включения термоэлектрических устройств;
  • контроль нагрева с одной стороны или охлаждения с другой с помощью вентилятора.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector