Термогенератор

 

Первые эксперименты с тремя элементами «Пельтье – Зеебека» показали, что получать электричество из тепловой энергии можно, нужно только увеличить количество самих термоэлементов и продумать систему нагрева и отвода тепла. Но все оказалось не так просто…
 

- Проблемы и их решение -

 

Засада №1. Бюджетные элементы имеют приличное внутренне сопротивление, порядка 3 – 4 ом, и получить сколько нибудь серьёзных токов не представляется возможным. При последовательном соединении 12 элементов Rвутр = 40-50 ом. и максимальный ток  0,4-0,5 ампера. Обойти эту проблему можно с помощью преобразователей, но у них есть КПД, и терять лишние миллиамперы неохота. Других решенеий с применением бюджетных элементов пока нет.
Засада №2. Элементы имеют разницу в толщине. Разница в несколько соток, но прижать равномерно 12 элементов не получается – либо раздавить высокие, либо оставить без теплового контакта низкие. Вопрос решился применением листовых термопрокладок «Номакон», которые компенсировали разницу высот. Итого: на «холодную» сторону нанесена термопаста GD900, на «горячую» установленна подложка КПТД-2 толщиной 0,18 мм. Стоит не дорого, брал здесь
Засада №3. Что бы уменьшить теплопередачу внутри, от горячей стороны к холодной по воздуху, минуя сами термоэлементы, необходимо размещать их как можно плотнее, чему препятствуют толстые провода самих элементов. Толстые, и сечением меди, и толщиной самой изоляции. Выход – менять штатные провода на фторопласт МГТФ-0,35. с тонкой изоляцией. Для холодильника сечение конечно впритык, но для генерации самый то, токи то с Гулькин…
Засада №4. Равномерно прижать 12 элементов малым количеством винтов не получилось. Пластины толщиной 6 и 10 мм. изгибаются, плёнка поднимается, тепловой контакт ухудшается. Пришлось ставить винты в каждый угол, всего 22 шт. По такому количеству винтов тепло будет шустро «перебегать» с горячей пластины на холодную, минуя сами элементы. Посему термоизоляция каждого винтика. Листового фторопласта под ногами не валялось, сделал из стеклотекстолита.
Засада №5. Всплыла неожиданно, когда возникла идея сделать термогенератор 2-х режимным, с использованием в качестве автохолодильника и собственно самого генератора тока. Электрически это решено при помощи 2-х разьемов подключения – на «холод» с параллельными перемычками внутри, на генерацию с последовательными. Меняем разъём, снимаем вентиляторы получаем термогенератор. Ставим другой разъём – имеем холодильник. Использовать все 12 элементов на холод лишнего – каждый кушает 3-4 ампера, соотв. 40 ампер току всего, вполне достаточно 3-х штук. Так и сделал: потребление 8-10 ампер, холодит хорошо и без нижнего вентилятора даже обмерзает. Но недолго, минут через 10-15 обе пластины начинают интенсивно разогреваться. Причина в следующем: те «лишние» 9 элементов, которые не запитаны и не участвуют в работе на холод, становятся хорошим проводником тепла с горячей стороны на холодную. Стоит прогреться верхнему радиатору, и тепло побежало обратно в холодильник. Вопрос решился подключением – на генерацию элементы включены последовательно, на холод – параллельно 6 групп по 2 последовательно соединенных элемента в группе. Итого в обоих режимах работают все 12 элементов, только на холод в «пол-накала». Обесточенных «паразитов», передающих просто так тепло нет, и все заработало нормально. Схема соединений элементов ниже.

 

- Изготовление -

 

Элементы использованы SP 1848 27145 SA в количестве 12 штук с максимальная температурой 150°. Пластины из Д16. Размеры пластин – 160х190 мм. Толщина нижней «холодной» 10 мм., верхней «горячей» – 6 мм.

Термоэлементы Зеебека 40х40х4 мм.

Термоэлементы Зеебека 40х40х4 мм.

Термостойкий герметик до 285 град.

Термостойкий герметик до 285 град.

Схема соединений элементов

Схема соединений элементов

Верхняя "горячая" пластина Д16 6 мм.

Верхняя «горячая» пластина Д16 6 мм.

Нижняя "холодная" пластина Д16 10 мм.

Нижняя «холодная» пластина Д16 10 мм.

Размещение и пайка по схеме

Размещение и пайка по схеме

Пустоты между элементами заполнены термостойким герметиком «SOUDAL», по периметру рамка из стеклотекстолита, стягивающие винты через теплоизолирующие шайбы. Вообщем идти теплу, кроме как через сами термоэлементы, негде.

Заливаем термостойким герметиком

Заливаем термостойким герметиком

Теплопроводящая плёнка 0,18 мм

Теплопроводящая плёнка 0,18 мм

Собираем термогенератор

Собираем термогенератор

Крепёж из нержавеющей стали, так как нижняя часть будет погружаться в воду. По этой же причине радиаторы выбраны 55 мм. Нагреть верхнюю часть углями значительно проще чем отводить тепло снизу, поэтому нижняя пластина толще и теплопередача идёт через пасту. Выравнивающая прокладка установлена на верхней, горячей стороне.

Теплоизолирующие шайбы 22 шт.

Теплоизолирующие шайбы 22 шт.

Весь крепёж нержавеющий

Весь крепёж нержавеющий

Стеклотекстолитовые шайбы

Стеклотекстолитовые шайбы

Радиаторы генератора 75х150х55, холодильника 150х150х13. Для улучшения теплопередачи поверхности притирались.

Радиаторы термогенератора

Радиаторы термогенератора

Радиатор холодильника 150х150х13 мм.

Радиатор холодильника 150х150х13 мм.

Пришлось немного притирать

Пришлось немного притирать

Режим термогенератора: Здесь собранный термогенератор, вид сверху и снизу, и два разъёма подключения. Размеры генераторной пластины 160х190х20 мм. Для получения небольшого напряжения, либо зимой, можно пользоваться без радиаторов. Но тепло быстро перебегает на другую сторону, и все же лучше их поставить.

"Холодная" сторона термогенератора

«Холодная» сторона термогенератора

"Горячая" сторона термогенератора

«Горячая» сторона термогенератора

Разъёмы для 2-х режимов работы

Разъёмы для 2-х режимов работы

Генератор-холодильник в разборе

Генератор-холодильник в разборе

Разъём свободно держит 3А на один контакт

Разъём свободно держит 3А на один контакт

От тепла ладони 2,8 вольта

От тепла ладони 2,8 вольта

В режиме генерации охлаждать вентилятором бессмысленно – кулер заберёт половину полученной знергии, поэтому нижняя часть погружается в емкость с водой или в ближайшую лужу. Сверху котелок с кипятком, углями или небольшим костром. Встроенный вольтметр кроме самой напруги косвенно говорит о разнице температур между пластинами.

Чуть подогрели - около 5 v

Чуть подогрели — около 5 v

Зарядный ток 45 ma. Перепад темп  50 град.

Зарядный ток 45 ma. Перепад темп 50 град.

Встроенный в разъём вольтметр

Встроенный в разъём вольтметр

Режим автохолодильника; навешиваем вентиляторы, меняем разъём на «холод» и вставляем в термос. В качестве корпуса использована емкость объёмом 40 литров. Термос изнутри оклеен двумя слоями 10 мм. утеплителя.

Собран как холодильник

Собран как холодильник

Собран как холодильник

Собран как холодильник

Собран как холодильник

Собран как холодильник

В режиме охлаждения работают все 12 элементов по последовательно-параллельной схеме. При напряжении 14 вольт ток потребления 8 ампер. Мощность потребляемая холодильником от бортсети автомобиля около 100 вт.

Пробуем в режиме холодильника.

Пробуем в режиме холодильника.

Вставляем в термос

Вставляем в термос

Автохолодильник готов

Автохолодильник готов

 

- Тестирование -

 

Серьёзного тестирования пока не проводил, разовые замеры таковы: В режиме генерации максимальное напряжение без нагрузки 25-30 вольт, ток КЗ = 0,5-0,6 ампера. В режиме «холод» при +15С на улице холодная пластина была около нуля.

Зарядный ток 45 ma. Перепад темп  50 град.

Зарядный ток 45 ma. Перепад темп 50 град.

Радиатороы то же на термопасту

Радиатороы то же на термопасту

Пасту наносим тонким слоем

Пасту наносим тонким слоем

Тестируем через преобразователь DC-DC

Тестируем через преобразователь DC-DC

Тест снимаем на видео

Тест снимаем на видео

Минимум - 10,6 град, на улице 25 град.

Минимум — 10,6 град, на улице 25 град.

 

Видео: Тестирование термогенератора на ХХ и зарядку штатного аккума Патриота

 

Видео: Зарядка планшета в походе


 

Солнечные батареи Ветрогенератор Термогенератор