Термогенератор своими руками: инструкция по изготовлению преобразователя тепловой энергии в электрическую

Закон Джоуля-Ленца

На примере многих бытовых приборов понятно, что если через участок цепи проходит электроток и при этом не совершается какая-либо работа, то происходит нагревание проводника. Иногда оно идет на пользу — например, в лампе накаливания или в аппарате дуговой сварки. Но в других случаях тепловой эффект нежелателен — например, перегрев электрической проводки в здании может вызвать пожар. Поэтому в наших интересах управлять таким эффектом, и правило Джоуля-Ленца определяет, от чего зависит тепловое действие тока.

Правило было сформулировано в результате опытов двух ученых — англичанина Джеймса Прескотта Джоуля и российского физика Эмилия Христиановича Ленца. Поскольку ученые работали независимо друг от друга, новый закон назвали двойным именем.

Поскольку сопротивление проводника определяют такие характеристики, как его длина, площадь и проводимость, верны следующие утверждения:

• количество теплоты в проводнике снижается при увеличении площади его сечения;

• тепловой эффект снижается при уменьшении длины проводника.

Это легко проиллюстрировать, подключив к источнику питания две лампы с разным сопротивлением вначале последовательно, а после — параллельно. При последовательном подключении лампа с большим сопротивлением будет светить ярче, а при параллельном — наоборот.

Тепловые электростанции

На ТЭС пар высокого давления и температуры, полученный от нагрева воды при сжигании твердого топлива (главным образом угля), вращает турбину, подключенную к генератору. Таким образом он преобразует свою кинетическую энергию в электрическую. Рабочие компоненты тепловой электростанции:

1. Котел с газовой топкой.
2. Паровая турбина.
3. Генератор.
4. Конденсатор.
5. Охлаждающие башни.
6. Циркуляционный водяной насос.
7. Насос подачи воды в котел.
8. Принудительные вытяжные вентиляторы.
9. Сепараторы.

Типовая схема тепловой электростанции представлена ниже.

Паровой котел служит для преобразования воды в пар. Этот процесс осуществляется путем нагрева воды в трубах с нагревом от сжигания топлива. Процессы горения непрерывно проводятся в камере сгорания топлива с подачей воздуха извне.

Паровая турбина передает энергию пара для вращения генератора. Пар с высоким давлением и температурой толкает лопатки турбины, установленных на валу, так, что он начинает вращаться. При этом параметры перегретого пара, поступающего в турбину, снижается до насыщенного состояния. Насыщенный пар попадает в конденсатор, а роторная мощность применяется для вращения генератора, вырабатывающего ток. Сегодня почти все паровые турбины представляют собой конденсаторный тип.

Конденсаторы — это устройства для преобразования пара в воду. Пар течет снаружи труб, а охлаждающая вода течет внутри труб. Такая конструкция называется поверхностным конденсатором. Скорость передачи тепла зависит от потока охлаждающей воды, площади поверхности труб и разности температур между водяным паром и охлаждающей водой. Процесс изменения водяного пара происходит при насыщенном давлении и температуре, в этом случае конденсатор находится под вакуумом, потому что температура охлаждающей воды равна внешней температуре, максимальная температура конденсата воды вблизи температуры наружного воздуха.

Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Генератор состоит из статора и ротора. Статор состоит из корпуса, который содержит катушки, а магнитная полевая роторная станция состоит из сердечника, содержащего катушку.

По виду вырабатываемой энергии ТЭС делятся на конденсационные КЭС, которые производят электрическую энергию и теплоэлектроцентрали ТЭЦ, совместно выпускающие тепловую (пар и горячая вода) и электрическую энергию. Последние, имеют возможности преобразования тепловой энергии в электрическую с высоким КПД.

Преобразование электромеханической энергии

Большинство современных технических агрегатов работает на принципах электромеханики. Синхронные и асинхронные электрические машины и генераторы используются в транспорте, станочном оборудовании, промышленных инженерных узлах и прочих силовых установках разного назначения. То есть электромеханические виды преобразования энергии применимы и к генераторному, и к двигательному режимам работы в зависимости от текущих требований приводной системы.

В обобщенном виде любую электрическую машину можно рассматривать как систему взаимно перемещающихся магнитно-связанных электрических цепей. К подобным явлениям также относят гистерезис, насыщение, высшие гармоники и магнитные потери. Но в классическом представлении относить их к аналогам электрических машин можно лишь в случае, если речь идет о динамических режимах, когда система работает в рамках энергетической инфраструктуры.

В основе системы электромеханического преобразования энергии лежит принцип двух реакций с двухфазными и трехфазными компонентами, а также метод вращающихся магнитных полей. Ротор и статор двигателей выполняют механическую работу под действием магнитного поля. В зависимости от направления движения заряженных частиц устанавливается режим работы – в качестве мотора или генератора.

Приливная энергетика

Используетсяэнергия приливов и отливов Мировогоокеана.

Двараза в сутки уровень в океане топоднимается, то опускается. Это происходитпод действием гравитационных сил солнцаи луны, которые притягивают к себе водыокеана.

Уберега разность уровней воды приливаи отлива достигают более 10 метров. Еслив заливе на берегу моря, в устье реки сделать плотину, то в таком водохранилищеможно создать запасы воды во времяприливов. А при отливе воду пропускаютчерез гидротурбины, в результате энергияпреобразуется в электрическую.

Недостатки:

• Дороговизна строительстваНеравномерность выработки электроэнергии

Стремимся к тепловому равновесию: нулевое начало термодинамики

Основные законы термодинамики начинаются с нулевого начала. Возможно, эта нумерация покажется странной, ведь мало какой набор вещей из повседневной жизни начинается подобным образом (“Будь осторожен на нулевой ступеньке…”), но, знаете ли, физикам нравятся их традиции. Так вот, нулевое начало термодинамики гласит, что два тела находятся в тепловом равновесии, если они могут передавать друг другу теплоту, но не делают этого. (В русскоязычной научной литературе нулевое начало термодинамики называют также общим началом термодинамики. — Примеч. ред.)

Например, если у вас и у воды в плавательном бассейне, в котором вы находитесь, одна и та же температура, то никакое тепло от вас к воде или от воды к вам не передается (хотя такая передача возможна). Ваше тело и бассейн находятся в тепловом равновесии. Однако, если вы прыгнете в бассейн зимой, проломив при этом его ледяную корку, то первое время вряд ли будете в тепловом равновесии с его водой. Впрочем, вы и не захотите этого. (Не пытайтесь проделать этот физический опыт дома!)

Использование термометра показывает: два тела, находящиеся в тепловом равновесии с третьим, также находятся в тепловом равновесии друг с другом; вот вам еще одна формулировка нулевого начала.

Виды электрического отопления

Отопление при помощи электричества можно сделать несколькими способами. В первую очередь вам стоит определиться с типом системы, которую вы хотите реализовать. Будет это традиционное водяное отопление, воздушное или теплый пол. Все три системы могут применяться как единственный способ обогрева, так и комбинированный — любые две или даже все три. Чтобы определиться нужно представлять достоинства и недостатки каждой их них.

Электроотопление не обязательно должно быть однотипным

Водяное отопление с электрическим котлом

Начнем с достоинств. Самая стабильная система, которая за счет инерционности продолжает поддерживать температуру некоторое время после того, как котел перестал работать. Во время работы минимально сушит воздух, работает практически бесшумно. Высокая ремонтопригодность. Если не прятать трубы отопления в стены, они всегда доступны для ремонта и замены.

Водяное отопление с электрокотлом ничем не отличается

Недостатки таковы. Сложная система из труб и радиаторов требует больших затрат времени и денег на стадии монтажа. За счет инерционности невозможно быстро менять температуру — быстро нагреть помещение не получится. При останове системы в зимнее время она может разрушится — если вода замерзнет в трубах, их разорвет. Для серьезного ремонта необходим полный останов и слив теплоносителя.

Воздушное отопление на электрических обогревателях

Отопление этого типа быстро монтируется. Все что надо — купить обогреватели, повесить и включить в сеть. Воздух начинает нагреваться сразу после включения. При заморозке системы, она остается работоспособной — замерзать нечему. Элементы отопления между собой не связаны. Выход из строя одного никак не сказывается на работоспособности других. Его можно спокойно ремонтировать.

Повесить обогреватели — вот и все что нужно

Недостатки воздушного отопления такие. Первый — при отключении обогревателей температура быстро снижается. Чтобы обеспечить постоянную работу необходима система резервного электропитания. Второй — из-за непосредственного контакта с нагревательными элементами воздух пересыхает, необходимы меры/приборы для увлажнения воздуха. Третий — многие воздушные обогреватели имеют встроенные вентиляторы, что повышает эффективность, но они издают шум.

Теплый пол на электрических элементах

Электрический теплый пол — самая молодая система отопления. Из всех описанных выше она дает наиболее комфортные условия — самая высокая температура получается на уровне ног, а в районе головы — она средняя. Также эта система инертна — пока нагреется/остынет массив пола проходит значительный промежуток времени. По этой причине после выключения температура держится еще некоторое время. Сложность монтажа зависит от типа электрического теплого пола. Есть системы, которые требуют стяжки (электрические греющие кабели и маты), есть те, которые монтируются на ровное жесткое основание без мокрых работ (пленочный теплый пол) и могут использоваться для подогрева ламината, линолеума и т.д.

Теплый пол есть разных видов. Это комфортный способ отопления частного дома электричеством

Электрическое отопление частного дома при помощи теплого пола имеет и недостатки. Первый — средняя или низкая ремонтопригодность. Прямого доступа к системе отопления нет. Приходится разбирать/разбивать пол. Второй — затраты времени и сил на устройство электрического подогрева теплого пола низкими не назовешь. Системы, требующие стяжки монтируются около месяца (пока «зреет» стяжка пользоваться нельзя), теплый пол для «сухого» монтажа можно собрать за день, но стоимость обогревательных элементов довольно высокая.

Какой вид отопления электричеством лучший

Как видите, сказать какой вид электроотопления в доме лучший, не получится. Идеального нет. Исходить надо из условий эксплуатации:

• Для домов с постоянным проживанием чаще используется водяное отопление. Но следить за системой необходимо ежедневно.

• Для дач временного посещения более удачный вариант — воздушное отопление. Его можно включать в нескольких комнатах и заморозка таким обогревателям нестрашна.

• Теплый пол используется, в основном, как дополнительный источник тепла. Для повышения комфортности в отопительный сезон, для улучшения микроклимата в межсезонье. Может он быть и основной системой отопления, но используется в этом качестве редко (во всяком случае, пока).

Сказанное выше основано на выборе большинства. Это не значит, что нельзя в доме с постоянным проживанием делать воздушное электрическое отопление частного дома. Можно, и делают. Просто надо четко представлять достоинства и недостатки.

Преобразование электрической энергии в тепловую

• Электрический ток
• Электрическая цепь и ее элементы
• Закон Ома
• Электрические сопротивле ние и проводимость
• Зависимость сопротивления от температуры
• Проводниковые материалы
• Работа и мощность
• Преобразование электричес кой энергии в тепловую
• Электрическая нагрузка проводов и защита их от перегрузки
• Потеря напряжения в проводах
• Первый закон Кирхгофа
• Последовательное соеди нение сопротивлений
• Параллельное соединение сопротивлений
• Смешанное соединение сопротивлений
• Два режима работы источника питания
• Второй закон Кирхгофа
• Расчет сложных цепей
• Химические источники питания
• Соединение химических источников питания
• Нелинейные электрические цепи
• …

• Электрооборудование до 1000 В
• Электрические аппараты
• Электрические машины
• Эксплуатация электро оборудования
• Электрооборудование электротехнологических установок
• Электрооборудование общепромышленных установок
• Электрооборудование подъемно-транспортных установок
• Электрооборудование металлообрабатывающих станков
• Электрооборудование выше 1000 В
• Электрические аппараты высокого напряжения
• Электротехника
• Электрическое поле
• Электрические цепи постоянного тока
• Электромагнетизм
• Электрические машины постоянного тока
• Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
• Цепи переменного тока
• Трехфазные цепи
• Электротехнические измерения и приборы
• Трансформаторы
• Электрические машины переменного тока
• Электромонтаж
• С чего начинается электро монтаж энергоснабжения электрооборудования и электропроводки
• Монтаж электропроводки
• Расчёт потребляемой мощ ности,сечения кабеля и номинала автоматического выключателя
• Электромонтажные работы и прокладка кабеля в жилых и нежилых помещениях
• Электромонтажные работы по расключению распаечных коробок и электрооборудова ния
• Электромонтаж и заземле ние розеток
• Электромонтаж уравнива ния потенциалов
• Электромонтаж контура заземления
• Электромонтаж модульного штыревого контура заземле ния
• Электромонтаж нагреватель ного кабеля для подогрева полов
• Электромонтажные работы по прокладке кабеля в зем ле
• Электричество в частном доме
• Проект электроснабжения

• Электрическое поле
• Электрические цепи постоянного тока
• Электромагнетизм
• Электрические машины постоянного тока
• Основные понятия,отно сящиеся к переменным токам
• Цепи переменного тока
• Трехфазные цепи
• Электротехнические измерения и приборы
• Трансформаторы
• Электрические машины переменного тока
• …

ЭЛЕКТРОСПЕЦ

ЭЛЕКТРОСПЕЦ

При прохождении тока в проводнике с сопротивлением r происходит столкновение электрически заряженных частиц с ионами и молекулами вещества. При этом кинетическая энергия движущихся частиц передается ионам и молекулам,что и приводит к нагреванию проводника. Скорость рассмотренного преобразования электрической энергии в тепловую характеризуется мощностью

Имея ввиду ,что U = Ir получаем,

Количество электрической энергии, переходящей в тепловую за время t,

Так как в системе СИ единицей энергии и единицей количества тепла является джоуль, то выделенное током в сопротивлении r тепло

Полученная зависимость была установлена опытным путем в 1844 г. русским академиком Э. X. Ленцем и одновременно английским ученым Джоулем и называется законом Джоуля — Ленца: количество тепла, выделенное током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока сопротивлению проводника и времени прохождения тока. Преобразование электрической энергии в тепловую в электрических печах и различных нагревательных приборах имеет полезное применение. В электрических машинах и аппаратах преобразование электрической энергии в тепловую является непроизводительным расходом энергии т. е. потерями энергии, снижающими их к. п. д. Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку; при перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение срока службы установки.

в чем измеряют количество теплоты?

Теплота — это энергия, передаваемая при теплообмене, поэтому она измеряется в тех же единицах, как и энергия, например в системе СИ в Джоулях. Также используются калории (1кал = 4,19 Дж).

вильям Искусственный Интеллект (210540) 4 года назад

Газовое оборудование Версия для печати

Газовое оборудование Информация Приложения Единицы физических величин, физико-химические понятия, соотношения, состав и характеристики газов

Единицы измерения температуры и количества тепла

Основной единицей измерения температуры был градус Международной температурной шкалы, практически соответствующий градусу Цельсия. Эта величина равна 1/100 температурного интервала между 0 и 100 °С, т. е. между температурами плавления льда и кипения воды при давлении 760 мм рт. ст.

Абсолютной температурой называется температура, отсчитываемая от абсолютного нуля, т. е. от –273,16 °С, и измеряемая в градусах Кельвина (°К). Градус Кельвина по величине не отличается от градуса Цельсия. Поэтому абсолютная температура выражается в градусах стоградусной шкалы следующим образом:

Т, °К = t, °С + 273,16

В системе СИ единицей измерения температуры установлен градус Кельвина. Допускается для выражения практических результатов измерений температуры применение градуса Цельсия наряду с градусом Кельвина, в зависимости от начала отсчета (положения нуля) по шкале.

Пример: 250±5 °С = 523,16±5 °К.

В системе СИ работа, энергия и количество теплоты измеряются в джоулях (Дж). Иногда применяют более крупную и удобную для практических целей единицу — килоджоуль (кДж). равный 1000 Дж. За единицу работы в СИ принимают работу, совершаемую силой в 1 Н на перемещении в 1 м. Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

В качестве внесистемных тепловых единиц допускается применение калории и килокалории. Калория — это количество тепла, необходимого для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С).

1 кал (калория) = 4,1868 Дж

1 ккал (килокалория) = 1000 кал = 4186,8 Дж = 4,187 кДж

1 Мкал (мегакалория) = 106 кал = 4,1868 МДж

1 Гкал (гигакалория) = 109 кал = 4186,8 МДж.

Для сравнения при оценке топлива применяется так называемое условное тепло, теплота сгорания которого для расчета принимается условно равной 7 Мкал/кг или 7 Гкал/т. В таких случаях говорят соответственно об 1 кг или 1 т условного топлива (т. у. т.).

1 ГДж равен 4 Гкал, что в электрическом эквиваленте равняется 3400 миллионов кВт на час

Это что? Все поперепутано. 1 кал=4.19 дж, 1 Гкал=4,19 Гдж, а у вас все наоборот. И дальше все в том же духе.

Использование солнечной энергии в быту

Говоря о том, что солнечная энергия помогает экономить на применении традиционных ресурсов, стоит заметить, что подобное преимущество станет действительно полезным людям, обладающим своими частными участками. Собственный дом дает возможность установить оборудование для преобразования энергии, которое сможет удовлетворять, даже если и не полностью, хотя бы часть энергетических потребностей. Это поможет значительно снизить потребление централизованного энергоснабжения и уменьшить расходы.

Солнечная энергия – это отличный источник для таких процессов:

• Пассивный обогрев и охлаждение дома. Не следует забывать о том, что Солнце и так греет все, что существует на Земле, и ваш дом не исключение. Поэтому можно усилить благотворное воздействие, внеся на этапе строительства определенные поправки, и использовав специальные техники. Таким образом, вы получите дом с гораздо более комфортной теплорегуляцией без особых вложений.
• Нагрев воды с помощью солнечной энергии. Применение энергии солнечных лучей для подогрева воды – это самый простой и дешевый способ, доступный человеку. Подобное оснащение можно купить по адекватным ценам. При этом они смогут окупить себя достаточно быстро, ощутимо снизив расходы на централизованное энергоснабжение.
• Освещение улиц. Это самый простой и дешевый способ использования солнечной энергии. Специальные устройства, которые поглощают за день солнечную радиацию, а в темное время суток освещают участки, очень популярны среди владельцев частных домов и сейчас.

Генерация тепловой энергии из механической

Также один из самых распространенных способов получения энергии в результате преобразования. Суть его заключается в способности тел отдавать тепловую энергию в процессе совершения работы. В простейшем виде данную схему трансформации энергии демонстрирует пример с трением двух деревянных предметов, в результате чего возникает огонь. Однако для использования данного принципа с ощутимой практической пользой требуются специальные устройства.

В бытовом хозяйстве преобразование механической энергии имеет место в системах отопления и водоснабжения. Это сложные технические конструкции с магнитопроводом и шихтованным сердечником, подключенным к замкнутым электропроводящим контурам. Также внутри рабочей камеры данной конструкции проходят трубы отопления, которые нагреваются под действием совершаемой работы от привода. Недостатком данного решения можно назвать необходимость подключения системы к электросети.

В промышленности используются более мощные преобразователи с жидким теплоносителем. Источник механической работы подключается к замкнутым резервуарам с водой. В процессе движения исполнительных органов (турбин, лопастей или других элементов конструкции) внутри контура создаются условия для вихреобразования. Это происходит в моменты резкого торможения лопастей. Кроме нагрева в данном случае повышается и давление, что облегчает процессы циркуляции воды.

Как перевести кВт в Гкал/ч

Ключевой показатель для перевода данных из киловаттов в калории:

1 кВт = 0,00086 Гкал/час

Чтобы узнать, сколько Гкал получается, нужно имеющееся число кВт умножить на постоянную величину, 0,00086.

Рассмотрим пример. Предположим, в калории нужно перевести 250 кВт.

250 кВт х 0,00086 = 0,215 Гкал/час.

(Более точные онлайн-калькуляторы покажут 0,214961).

Чтобы обеспечить стопроцентную надежность отопительной системы, неплохим решением будет поставить наряду с твердотопливным котлом электрокотел. Своими руками такую конструкцию вполне можно собрать и сэкономить тем самым финансы.

Сферы применения солнечной энергии

Направлений использования довольно много. Ниже рассматриваются самые востребованные и распространённые.

Энергоснабжение частного дома

Здесь стоит сказать, что современные панели вырабатывают электричество даже в сумерках и пасмурную погоду. Заряда аккумуляторных батарей хватает на тёмное время суток. Кроме того, солнечные панели подключаются как вспомогательные, и при необходимости их подменяет основная энергетическая система.

Солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения

Здесь энергия солнца преобразуется в тепловую. Наверное, у многих на дачном участке есть душ с металлическим баком наверху. Он нагревается от солнца и можно мытья нагретой водой. Это простейший вариант такого коллектора.

Но современные системы работают значительно эффективнее. В них есть поглощающий элемент, который передаёт тепловую энергию теплоносителю. Есть варианты с водой и воздухом в качестве теплоносителя.

Коллекторы чаще всего работают в составе систем горячего водоснабжения частных домов. Нагретый в них теплоноситель попадает в накопитель (бойлер), где нагревает воду. Схема практически такая же, как у электрического бойлера. Только электричество в этом случае не расходуется. Компактные системы с коллектором могут обеспечить бесплатный нагрев воды в доме для семьи на 3─5 человек. Речь идёт об осенне-зимнем периоде. Зимой эффективность подобных систем значительно снижается. Параллельно с установкой таких систем проводятся работы по улучшению изоляции. Если зимы в вашем регионе не суровые, то коллектор вполне может использоваться и зимой.

Портативные источники энергии

Этот вид устройств предназначен для получения электрической энергии при отсутствии электрических сетей. Такие переносные аккумуляторы с возможностью зарядки от солнечной панели популярны среди туристов, дачников и т. п. Об этих устройствах можно прочитать в статьях:

• Солнечная батарея для ноутбука;
• Аккумулятор на солнечных батареях для телефона;
• Солнечная батарея для зарядки автомобильного аккумулятора.

Концентраторы

Этот вид устройств можно назвать экзотикой. Их можно встретить у туристов в составе походных кухонь. Они концентрируют свет параболическим зеркалом на ёмкости с теплоносителем.

Транспорт

Это пока также экзотическая сфера применения. Но уже сейчас проводятся гоночные соревнования в Австралии на солнечных карах. Однако в последнее время конструкторам удалось нарастить скорость таких транспортных средств до 80 км/час. И также проводятся испытания самолёта на солнечных батареях с облётом планеты.

Как превращать отработанное тепло в электричество

Ганг Чень, сотрудник Массачусетского технологического института, придумал термоэлектрический генератор, который способен конвертировать разницу температур в электричество.

Еще около десяти лет назад Чень с коллегами, создав компанию GMZ Energy, начали работу над небольшим генератором. «Все признают большой потенциал использования побочного тепла, но это всегда было слишком сложной задачей, чтобы думать об этом всерьез», — говорит Чень.

Термоэлектрический генератор создает электроэнергию, когда тепло поступает в верхнюю часть модуля, а затем проходит через полупроводниковый материал к более холодной стороне. В результате движение электронов в полупроводнике под этой разностью температур создает напряжение.

Новейший генератор может выдерживать нагрев до температуры примерно 600 °C на его горячей стороне (верхняя поверхность) при поддержании температуры от 100 °C на его холодной стороне (нижняя поверхность).

С этим градиентом в 500 °C модуль размером в 4 квадратных сантиметра может производить 7,2 Вт энергии.

Установленный, например, рядом с выхлопной трубой, устройство может существенно снизить нагрузку на генератор автомобиля, уменьшить затраты на топливо и понизить количество выбросов.

Чень нашел инвесторов, которые вложили 7 млн долларов? в первом раунде финансирования и 18 млн долларов через несколько месяцев.

Таким образом, вы должны учитывать температуру источника тепла и подбирать материал, соответствующий этому температурному диапазону».

В качестве постоянного материала для коммерческого производства термоэлектрических генераторов компания остановилась на так называемых «полугейслерах» — сплавах с сильной кристаллической структурой, которая обеспечивает большую стабильность при высоких температурах.

Но у GMZ Energy есть планы на будущее и для других материалов: теллурида висмута, теллурида свинца, кремния германия и других.

«Наша миссия — создавать успешные продукты для стимулирования инноваций, а главное, что мы переносим передовые научные идеи в реальный мир», — гордится Чень.

Передача тепловой энергии

Определение количества теплоты является задачей термодинамики. Это понятие сравнимо с работой, которую выполняет рабочее тело, в рассматриваемом случае — вода.

Правильнее сказать, что рабочему телу сообщается количество теплоты. Теплота передаётся тремя способами:

В процессе теплового излучения в котлах топливо подаётся через горелки в топку. При горении топлива химическая энергия превращается в тепловую энергию раскалённых газов. Эта тепловая энергия через лучистый теплообмен передаётся поверхностям нагрева котла.

При прохождении газов из топки по конвективным поверхностям котельной установки их температура снижается и теплообмен происходит большей частью конвекцией.

Через стенки поверхностей нагрева котла тепло за счёт теплопроводности передаётся рабочему телу, т. е. воде или водяному пару.

Принцип работы

Решать задачу по производству электричества из тепловой энергии приходится, как принято говорить в науке, от обратного. Противоположным эффекту Зеебека является эффект Пельтье, который состоит в изменении температур двух объединенных в замкнутый контур разнородных полупроводников при пропускании через них постоянного тока: один из них нагревается, второй – остывает.

Если направление тока изменить, изменится и направление теплового потока: первый полупроводник будет остывать, а второй – нагреваться. В качестве полупроводников чаще всего применяют твердую смесь кремния с германием и теллурид висмута.

Эффект Пельтье

Эффект, открытый Жаном Пельтье, получил широкое применение в различных сферах человеческой жизнедеятельности, где требуются холодильные машины, но нет возможности применить компрессорный тепловой насос на фреоне. Поэтому именно его именем назвали выпускаемые для этой цели устройства – элементы Пельтье.

Но если на такой элемент или, как его еще называют, термоэлектрический охладитель оказать воздействие с противоположной стороны, то есть создать на его полупроводниках разность температур, то мы получим эффект Зеебека: элемент Пельтье превратится в источник постоянного тока.

Пример бытового применения преобразователя тепло-ток

Термоэлектрические материалы – это довольно перспективный источник энергии, позволяющий получать ток из разницы температур. К примеру, из термоэлектрической ткани можно было бы делать куртки, заряжающие гаджеты за счет разницы между прохладной внешней и теплой внутренней стороной одежды. К тому же, существуют концепты термоэлектрических выхлопных труб, питающих бортовую электронику автомобилей. Сегодня же речь пойдет о термоэлектрических котелках, позволяющих пополнять заряд портативных устройств.

Новинка, получившая название PowerPot, доступна в двух размерах: маленьком походном PowerPot V и большом домашнем PowerPot X.  Сделано из термоэлектрического материала, позволяющего получать ток за счет тепловой разницы между нагретым дном и менее нагретой верхней частью. Выработанный ток подается на батарею гаджета по огнестойкому USB-кабелю. Новинка также оснащена водоустойчивым светодиодным индикатором, сигнализирующем о том, что электричество начало вырабатываться.

Походная модель подходит для одновременной подзарядки двух небольших устройств: плеера, смартфона, фонарика или чего-либо подобного. В свою очередь, большая PowerPot X способна поддерживать работу планшетника. К тому же, в перспективе разработка наиболее крупной модели – PowerPot XV, которая смогла бы питать систему освещения в небольшом помещении.

Приливная энергетика

Используетсяэнергия приливов и отливов Мировогоокеана.

Двараза в сутки уровень в океане топоднимается, то опускается. Это происходитпод действием гравитационных сил солнцаи луны, которые притягивают к себе водыокеана.

Уберега разность уровней воды приливаи отлива достигают более 10 метров. Еслив заливе на берегу моря, в устье реки сделать плотину, то в таком водохранилищеможно создать запасы воды во времяприливов. А при отливе воду пропускаютчерез гидротурбины, в результате энергияпреобразуется в электрическую.

Недостатки:

Дороговизна строительстваНеравномерность выработки электроэнергии

Принцип работы

Термопара из опыта Зеебека

Обозначения:

• 1 – медный проводник.
• 2 – проводник из сурьмы.
• 3 – стрелка компаса.
• А и В – места контакта двух проводников.

При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.

Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.

Современный элемент Пельтье с указанием размеров

Сопоставление стоимости отопления.

В расчете на дом 100 м². Стоимость энергии, в зависимости от её источника и расходы на отопление за отопительный сезон, который составляет 8 месяцев в г. Новосибирске (по ценам 2021 г.) представлена в таблице.

Расчеты проводились по формуле:

Стоимоть энергии на сезон=<�мощность кВт/час> х <�часов в сутки> х <�число дней в месяце> х <�сезон отопления месяц>

5кВт/ч х 24ч х 8мес х 30дней= 28800 х <�стоимость кВт,час>

Исходя из этой информации можно принимать решение о способе отопления своего дома.

Изготовление своими руками

Схематично устройство самодельной термоэлектростанции можно представить так:

1. Элемент Пельтье положим на дно глубокой посудины – миски или кружки.
2. Далее в эту посудину вставим еще одну: если используются миски, то понадобится такая же; если ваш выбор пал на кружки, то вторая должна быть чуть меньше первой.
3. К выведенным от элемента Пельтье проводам присоединим преобразователь напряжения.
4. Внутреннюю посудину заполним снегом или холодной водой, после чего всю конструкцию поставим на огонь.

Через какое-то время снег растает, превратится в воду и закипит. Производительность генератора при этом понизится, но зато турист получит возможность выпить горячего чайку. После чаепития можно будет заправить генератор новой порцией снега.

Чем больше термоэлементов (их еще называют ветвями) будет у приобретенного вами элемента Пельтье, тем лучше. Можно применить прибор марки TEC1-127120-50 – их у него 127. Данный элемент рассчитан на токи до 12А.

Похожие записи:

Класс энергетической эффективности офисной техники Задачи на применение силы лоренца с решением Дрели мakita Намотка простого трансформатора своими руками Как резать диодную ленту не по разметке Схема усилителя