Met behulp van eenvoudige apparaten kunt u het warmteverlies van verwarmingslucht of vloeistoffen gebruiken. In dit artikel laten we u zien hoe u de afvalenergie van kachels, boilers en open haarden kunt gebruiken door deze om te zetten in een kleine elektrische gelijkstroom..
Elk chemisch proces vindt plaats met het vrijkomen van verschillende soorten energie. Zo’n krachtige bron als verbranding is altijd gebruikt. Het kan de primaire bron van warmte en licht worden genoemd. Bijna alle stoffen op aarde branden, terwijl ze in verschillende hoeveelheden warmte en licht afgeven. Het omzetten van thermische energie in elektrische energie is niet moeilijk als je een werkende stoomturbine bij de hand hebt, vergelijkbaar met die bij de WKK. Dit is een omvangrijk en complex apparaat, dat waarschijnlijk geen plaats zal vinden in de stookruimte van een landhuis. We zullen proberen te profiteren van de warmte die wordt gegenereerd door kachelverwarming of waterverwarming.
Het Peltier-effect is het fenomeen van temperatuurverschil wanneer thermokoppels van twee verschillende soorten geleiders (p-type en n-type) interageren wanneer er een gelijkstroom doorheen gaat. Het Seebeck-effect is een gevolg van het Peltier-effect, wanneer een elektrische stroom wordt opgewekt wanneer een van de thermokoppels wordt verwarmd. We zullen de thermodynamica van het proces niet in detail beschrijven – deze informatie, die moeilijk te begrijpen is, is gemakkelijk te vinden in naslagwerken. We zijn geïnteresseerd in het resultaat en de mogelijkheden voor praktisch gebruik..
Thermo-elektrisch moduleontwerp
Thermo-elektrische module (TEM) bestaat uit meerdere thermokoppels die onderling zijn verbonden door een koperen plaat. Het thermokoppelveld is tussen twee keramische platen gelijmd. Het is mogelijk om een dergelijke module alleen in de fabriek te monteren. Maar het is mogelijk om thuis meerdere TEM’s te monteren voor uw eigen behoeften. Peltier-Seebeck-elementen zijn gratis verkrijgbaar in gespecialiseerde winkels (en websites) die technologische apparatuur verkopen.
We verzamelen TEM voor 5 V
Wat je nodig hebt:
- Peltier-module TEC1-12705 (40×40) – 2 stuks;
- step-up converter van constante spanning EK-1674;
- duraluminiumplaat met een dikte van 3 mm;
- watertank met een perfect vlakke bodem (emmer);
- hete lijm;
- soldeerbout.
We snijden twee identieke platen uit een vel duraluminium, iets meer dan twee naast elkaar liggende modules. We bevestigen de platen aan beide zijden op de modules met smeltlijm. We fixeren (hotmelt) de resulterende “sandwich” op de bodem van de emmer. Zo’n ontwerp kan al in brand worden gestoken, maar aan de uitgang krijgen we nutteloze 1,5 V. Om de eigenschappen te verbeteren hebben we een step-up converter nodig, die we in het circuit solderen. Het verhoogt de spanning tot 5 V, wat al voldoende is om een mobiele telefoon op te laden..
Aandacht! De converter heeft afmetingen van 1,5×1,5 cm. Vertrouw bij gebrek aan professionele vaardigheden het solderen toe aan een specialist.
Het temperatuurverschil in ons ontwerp wordt verkregen door de ene kant te verwarmen (uit een oven of vlam) en de andere kant te koelen (water in een pollepel). Hoe groter het verschil, hoe efficiënter de module zal werken. Om in de microgeneratormodus te werken, is daarom een relatief lage watertemperatuur in de gietpan vereist (het is beter om deze periodiek te vervangen). Om de felbegeerde 5 V te genereren, volstaat het om de structuur op een glas te plaatsen met een brandende kaars.
Door meer modules proportioneel te combineren, krijgen we een efficiënter stroomopwekkingssysteem. Dienovereenkomstig vergroten we de structuur proportioneel en vergroten we de warmtewisselaar. In dit geval moet het te koelen oppervlak volledig bedekt zijn met een bak met water (de eenvoudigste en meest betaalbare optie).
Alles is zo eenvoudig dat er onmiddellijk een wens is om meer modules in één systeem samen te stellen en 220 V uit het vuur te genereren. En sluit dan een olieverwarmer of airconditioner aan. Zo’n eenvoudig systeem heeft zijn nadelen, en de belangrijkste is een laag rendement. Meestal is dit cijfer niet meer dan 5%. Dit leidt tot een relatief lage stroomsterkte van 0,5 – 0,8 A en een zeer laag vermogen – tot 4 W.
Voor een pomp of gloeilamp is dit verwaarloosbaar, maar ruim voldoende voor:
- batterijen opladen tot motorfiets (in opties evenredig aan de vereisten);
- werking van light-emitting diode (led) -lampen;
- Radio ontvanger.
In de winter zal het systeem, geplaatst op een warmtebron buiten, zo efficiënt mogelijk werken..
De materiaalkosten voor het samenstellen van een thermo-elektrische microgenerator voor 5 V:
Naam Prijs, wrijf. Notitie Peltier module TEC1-12705 (40×40) * – 2 st.. 600 Prijs voor 2 stuks. DC-spanningsverhogingsomvormer EK-1674 320 Duraluminium 300 Blad voor emmerversie Hotmeltlijm Radiaal 150 2 ml Pollepel honderd Nieuw Totaal voor materialen 1470 * – dit artikelmodel is geselecteerd vanwege prijsredenen. Het bereik van TEM’s van leveranciersbedrijven is vrij breed, waardoor u productievere (tot 8 V) modellen kunt kiezen (ze zijn aanzienlijk duurder).
Fabrieksproducten van dit ontwerp beginnen net in de verkoop te verschijnen. Serieproductie vindt plaats in kleine batches en het assortiment is klein. De kosten van zo’n “emmer” beginnen vanaf 2500 roebel.
Een fabrieksthermogenerator is een apparaat gebaseerd op het Peltier-Seebeck-effect dat rechtstreeks op een verwarmd oppervlak kan worden bevestigd. Van het hierboven beschreven ontwerp onderscheidt het zich door het fabrieksontwerp (wat betrouwbaarheid betekent), de afwezigheid van een vloeistofwarmtewisselaar (in plaats daarvan – vinnen voor luchtkoeling) en een hogere prijs.
Een standaard “reis” thermogenerator heeft de volgende kenmerken:
Spanning 13,5V Huidige sterkte 0,16 A Kracht 2,2 watt Gewicht 1,6-2 kg Gepantserde kabel Ja beveiliging tegen oververhitting Ja Set standaard connectoren Ja Afmetingen (ongeveer) 150x150x200 mm Prijs Vanaf 7000 wrijven. Zoals u aan de tabel kunt zien, zijn fabrieksbetrouwbaarheid en bruikbaarheid niet goedkoop. Er kan echter niet worden gezegd dat het functioneel superieur is aan de zelfgemaakte versie met een emmer. Een indrukwekkende 13,5 volt versnelt het opladen van mobiele telefoons, maar je moet tijdens de wandeling 2 kg gewicht meenemen, wat een onbetaalbare luxe is (gezien de grootte van het apparaat). En natuurlijk zet de prijs je aan het denken. Voor dit bedrag kun je geen “thermische emmer” maar een “thermische pan” verzamelen en rustig je laptop opladen. En nog een nuance – het apparaat moet nog steeds op een metalen plaat worden bevestigd in het geval van open vuur.
Over het algemeen is dit een prettige en handige toevoeging voor wie geen last heeft van geld en vrije ruimte in de kofferbak..
Energie oven
Tot op heden is een energieoven de apotheose van het gebruik van TEM in het dagelijks leven. Dit is een fabrieksproduct, in feite een kacheloven voor elk type vaste brandstof met een geïntegreerde thermo-elektrische module. Ideaal voor jachthutten, zomerhuisjes, afgelegen winterverblijven en in het algemeen elk soort leven ver van de bewoonde wereld. Ontworpen voor autonoom gebruik (zonder perifere koellichamen), heeft alleen een haard en schoorsteen. Biedt voedselbereiding. Op deze oven zijn de krachtigste Peltier-Seebeck-elementen geïnstalleerd..
Energie oven kenmerken:
uitgangsvermogen 25-50 W Uitgangsspanning 12 binnen Volume vuurkist 30-60 liter Gewicht 30-60 kg Thermische kracht 4-6 kW Stabilisator Ja Fabriek connectoren Ja beveiliging tegen oververhitting Ja Prijs RUB 23.000-40.000. Hoewel de oven draagbaar is, behoort hij zeker tot de “zwaargewichtklasse” onder de huishoudelijke apparaten. Het takenpakket van de energieoven is echter vrij breed – hij kan zelfs auto-accu’s opladen, hele kamers verlichten met LED-lampen. Ze zal een plekje vinden in de expeditiewagentrein en in de jagende terreinwagen, in de technische ruimte en op het platteland. Met andere woorden, in dit geval hebben we altijd een warmtebron bij ons, het blijft om brandstof te vinden.
In zijn nis is de energieoven onvervangbaar, hoewel de door de fabrikant opgegeven levensduur – 10 jaar een beetje alarmerend is. Opgemerkt moet worden dat, net als bij de thermogenerator, er de mogelijkheid is om alle onderdelen tot aan het lichaam preventief (of in noodgevallen) te vervangen.
Thermo-elektrische modules zijn buitengewoon interessante objecten. Naast de beschreven toepassingen worden ze ook gebruikt voor water- en airconditioning. In dit geval wordt een gelijkstroom geleverd aan hetzelfde element en het werkt “in de tegenovergestelde richting” – het koelt de lucht. Deze technologie wordt met succes toegepast in auto-airconditioners en waterkoelers, in de auto-industrie en bij de fabricage van microprocessoren. We zullen deze apparaten in het volgende artikel beschrijven..
Kunnen peltierelementen daadwerkelijk gratis elektriciteit produceren door gebruik te maken van een vuur?
Kan je Peltier-elementen gebruiken om gratis elektriciteit uit een vuur te halen?
Nee, je kan geen gratis elektriciteit uit vuur halen met Peltier-elementen. Hoewel Peltier-elementen warmte kunnen omzetten in elektriciteit, is er altijd een energiebron nodig om die warmte te leveren. In het geval van vuur moet je nog steeds brandstof zoals hout of gas gebruiken om de warmte te genereren die de Peltier-elementen kunnen omzetten. Er is dus geen sprake van gratis elektriciteit.