Преобразование тепла в электричество

Обзор моделей

Купить дровяной электрогенератор можно в специализированных компаниях.

Портативные модели

Они представлены щепочницами и грилями, оснащенными электропреобразующим элементом. Такая печка хороша в походе для разогрева еды, на ней можно согреть кружку чая, пожарить небольшой кусочек мяса и заодно зарядить гаджеты. На большее они не рассчитаны.

К примеру, печь BioLite CampStove способна работать на любом древесном топливе: веточки, щепки, шишки. Она выдает до 5 Вт мощности, оборудована USB. Чтобы вскипятить литр воды, достаточно совсем немного древесины, а займет это буквально 5 минут. Цена BioLite CampStove 9 600 рублей.

Индигирка

Печь Индигирка — это наиболее известная модель дровяных электрогенераторов. Эта печь отапливает помещение до 50 м3, весит 37 килограммов, выполнена она из жаростойкой стали и служит не один десяток лет. Объем топки – 30 литров. Выходное напряжение Индигирки — 12 вольт, максимальная выходная мощность — 50 Вт. Конечно, основное предназначение печи — обогрев, удобная чугунная конфорка позволяет приготовить пищу или согреть чай. В качестве электрогенератора печь в состоянии работать уже через 15 минут после розжига.

Читайте так же:  Обзор стабилизаторов напряжения Лидер

В комплект поставки входят

  • Кабель с зажимами «крокодил»,
  • Кабель с разъемом как у прикуривателя автомобиля,
  • USB 5 вольт.

Конечно, 50 Вт – это немного, однако 2-3 светодиодных лампы для освещения, 10 дюймовый телевизор и зарядку для мобильного телефона такой электрогенератор «потянет».

Индигирка 2

Это обновленная модель, которая немного больше по размерам и вырабатывает электричества на 10 Вт больше, то есть 60, что дает дополнительные возможности.

Стоимость такой печки порядка 30 000 — 50 000 рублей в зависимости от комплектации и поставщика.

Печи kibor с электрогенератором

Компания Kibor представляет две модели электрогенераторов на дровах. Первая модель весит всего 22 килограмма, объем топки у нее 30 литров, выходная мощность – 25 Вт. Стоит такая печь 45 000 рублей.

Более мощная модель способна вырабатывать 60 Вт. Она больше по размерам, весит 59 килограммов, а объем топки у нее 60 литров. Цена – 60 000 рублей.

Термоэлектрический генератор

Не обязательно покупать целую печь с электрогенератором. Можно приобрести отдельно термоэлектрический генератор, который монтируется на горячие поверхности, и приспособить его к уже имеющейся печи. Такой агрегат стоит порядка 15 000 рублей.

При эксплуатации дровяного генератора образуются продукты горения, для удаления которых из помещения обязательно нужен дымоход.

Как сделать газогенератор своими руками?

Перед сборкой газогенератора и трансформацией данного прибора в отопительный котел нам нужно заготовить узлы и детали, из которых и будет собираться этот агрегат.

  • Во-первых, корпуса – основы будущего агрегата, во внутренней части этого узла будут установлены все составные элементы котла. Корпус собирается из уголков и листовой стали, предварительно раскроенных и нарезанных по шаблонам и чертежам.
  • Во-вторых, бункера – емкости для хранения топлива (дров, древесного угля, паллет и так далее). Бункер собирается из листового проката и крепится в корпусе. Причем под этот узел можно выделить часть внутреннего пространства корпуса, разграничив ее с помощью металлических плит из низкоуглеродистой стали.
  • В-третьих, камеры сгорания – ее размещают в нижней части бункера. Ведь основная задача этого узла – это генерирование высокой температуры, поэтому камеру изготавливают из жаропрочной стали. А крышку бункера – герметизируют, препятствуя несанкционированному насыщению камеры сгорания кислородом.
  • В-четвертых, горловины камеры сгорания – особого участка, где реализуется крекинг смол. Эту деталь камеры отделяют от корпуса с помощью асбестовых прокладок.
  • В-пятых, коробки воздухораспределителя – особого узла, размещаемого вне корпуса. Причем врезка штуцера воздухораспределителя в корпус осуществляется посредством обратного клапана. Этот узел обеспечивает приток кислорода в камеру сгорания олефинов, препятствуя выходу горючих газов из камеры сгорания.
  • В-шестых, комплекта фильтров и патрубка, соединяющего горловину камеры сгорания дров с камерой сгорания олефинов.

Кроме того, нам понадобится колосниковая решетка – она нужна для отделения углей в камере сгорания, лучки и дверцы – они обеспечивают доступ в полости корпуса, в том числе и в бункер или камеру сгорания.

Подготовив все указанные элементы, мы можем приступать к сборке газового генератора, осуществляемой по следующему плану:

  • Вначале собирают корпус.
  • Затем в корпусе обустраивают бункер с камерой сгорания, дополняя конструкцию колосниками и приточным каналом (поддувалом).
  • Горловину камеры сгорания дров соединяют патрубком с камерой горения олефинов. Причем в патрубок можно вывести на систему охлаждения газов, монтируемую за пределами корпуса.
  • В верхней части корпуса собирают коробку воздухораспределителя, предварительно подготовив ввод в камеру сгорания олефинов с помощью обратного клапана.
  • Далее на петли монтируют дверцу в бункер и лючки в камеры сгорания (и дров и олефинов).

Как сделать собственноручно

Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.

Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.

Потребуется элемент термоэлектричества. Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.

Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.

Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.

Популярные схемы на lm358

Существуют различные устройства, собранные на LM358 N , выполняющие определенные функции. При этом это могут быть всевозможные усилители как УМЗЧ, так и в промежуточных цепях измерений различных сигналов, усилитель термопары LM358, сравнивающие схемы, аналого-цифровые преобразователи и прочее.

Неинвертирующий усилитель и источник опорного напряжения

Это самые популярные типы схем подключения, применяемые во многих устройствах для выполнения различных функций. В схеме неинвертирующего усилителя

выходное напряжения будет равно произведению входного на пропорциональный коэффициент усиления, сформированный отношением двух сопротивлений, включенных в инвертирующую цепь.

Схема источника опорного напряжения пользуется высокой популярностью благодаря своим высоким практическим характеристикам и стабильности работы в различных режимах. Схема отлично удерживает необходимый уровень выходного напряжения. Она получила применение для построения надежных и высококачественных источников питания, аналоговых преобразователей сигналов, в устройствах измерения различных физических величин.

Одной из самых качественных схем синусоидальных генераторов является устройство на мосте Вина

При корректном подборе компонентов генератор вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот с высокой стабильностью

Также микросхема LM 358 часто используется для реализации генератора прямоугольных импульсов различной скважности и длительности. При этом сигнал является стабильным и высококачественным

При этом сигнал является стабильным и высококачественным.

Усилитель

Основным применением микросхемы LM358 являются усилители и различная усилительная аппаратура. Что обеспечивается за счет особенностей включения, выбора прочих компонентов. Такая схема применяется, например, для реализации усилителя термопары.

Усилитель термопары на LM358

Очень часто в жизни радиолюбителя требуется осуществлять контроль температуры каких-либо устройств. Например, на жале паяльника

. Обычным градусником это не сделаешь, тем более, когда необходимо изготовить автоматическую схему регулирования. Для этого можно использоваться ОУ LM 358. Эта микросхема имеется малый тепловой дрейф нуля, поэтому относится к высокоточным. Поэтому она активно используется многими разработчиками для изготовления паяльных станций, прочих в устройствах.

Схема позволяет измерять температуру в широком диапазоне от 0 до 1000 о С с достаточно высокой точностью до 0,02 о С. Термопара изготовлена из сплава на основе никеля: хромаля, алюмеля. Второй тип металла имеет более светлый цвет и меньше подвержен к намагничиванию, хромаль темнее, магнитится лучше. К особенностям схемы стоит отнести наличие кремниевого диода, который должен быть размещен как можно ближе к термопаре. Термоэлектрическая пара хромаль-алюмель при нагреве становится дополнительным источником ЭДС, что может внести существенные коррективы на основные измерения.

Простая схема регулятора тока

Схема включает кремниевый диод

. Напряжения перехода с него используется как источник опорного сигнала, поступающий через ограничивающий резистор на неинвертирующий вход микросхемы. Для регулировки тока стабилизации схемы использован дополнительный резистор, подключенный к отрицательному выводу источника питания, к неивертирующему входу МС.

Схема состоит из нескольких компонентов:

  • Резистора, подпирающего ОУ минусовым выводом и сопротивлением 0,8 Ом.
  • Резистивного делителя напряжения, состоящего из 3 сопротивлений с диодом, выступающего источником опорного напряжения.

Резистор номиналом 82 кОм подключен к минусу источника и положительному входу МС. Опорное напряжение формируется делителем, состоящим из резистора 2,4 кОм и диода в прямом включении. После чего ток ограничивается резистором 380 кОм. ОУ управляет биполярным транзистором , эмиттер которого подключен непосредственно к инвертирующему входу МС, образовав отрицательную глубокую связь. Резистор R 1 выступает измерительным шунтом. Опорное напряжение формируется при помощи делителя, состоящего из диода VD 1 и резистора R 4.

В представленной схеме при условии использования резистора R 2 сопротивлением 82 кОм ток стабилизации в нагрузке составляет 74мА при входном напряжении 5В. А при увеличении входного напряжения до 15В ток увеличивается до 81мА. Таким образом, при изменении напряжения в 3 раза ток изменился не более, чем на 10%.

Эффект Пельтье, его обратимость

Изготовление автономных термических генераторов электричества стало возможным благодаря открытию известного из курса физики эффекта Пельтье, состоящего в следующем. Оказывается, что разнородные по структуре проводники при протекании через зону их спайки электрического тока обнаруживают интересное свойство, состоящее в появлении разницы температур между их пограничными точками.

На основании этого открытия был разработан специальный элемент «Пельтье», состоящий их двух разнесённых на некоторое расстояние пластин из керамики с помещённой между ними биметаллической прокладкой. При пропускании через такие системы электрических зарядов одна из этих обкладок нагревается, а другая, напротив, – охлаждается, что в принципе позволяет делать на их основе холодильные установки.

Важно! При изменении направления тока через стык проводников (при прямом эффекте) меняется вектор градации температуры на стыках. На размещённом ниже рисунке изображены модули различного типа и размера, чаще всего применяемые в технических изделиях этого класса

На размещённом ниже рисунке изображены модули различного типа и размера, чаще всего применяемые в технических изделиях этого класса.

Как и многие другие электродинамические явления, этот эффект является полностью обратимым. Последнее означает, что при нагревании одной стороны пластин Пельтье и охлаждении другой на стыке между ними появится ЭДС, а через контактную зону и подключённую нагрузку потечёт небольшой ток (эффект Зеебека).

По этому принципу и функционирует рассматриваемый в этом обзоре генератор на элементах Пельтье, который вполне может работать на открытом воздухе (на рыбалке или в походе, например).

При проявлении эффекта Зеебека наблюдается та же зависимость от полярности происходящих изменений, а именно: если менять охлаждаемый и нагреваемый стыки местами, будет меняться и направление тока во всей системе. Таким образом, обратный элемент Пельтье как генератор электроэнергии представляет собой достаточно универсальное устройство, имеющее возможность регулировки величины и направления получаемой ЭДС.

Физическое объяснение

Причина возникновения разницы температур (в случае эффекта Пельтье) заключается в энергетике контактных зон, образующихся в местах стыка двух разнородных веществ (висмута и сурьмы, например). Особенности этих образований могут быть представлены следующим образом:

  • Из-за различной концентрации положительных и отрицательных зарядов в границах полярных зон (в центре размещается одно вещество, по краям – другое) между ними образуются собственные разнонаправленные электрические поля;
  • При протекании тока через контакт, в котором направление внешней и внутренней ЭДС совпадают, на поддержание перемещения электронов (на совершение работы в поле той же полярности) будет расходоваться внутренняя энергия вещества. Из основ физики известно, что такое явление соответствует остыванию материала в этом месте;
  • Соответственно этому, во второй контактной зоне, где направление приложенной ЭДС противоположно внутреннему полю, электроны будут тормозиться, и внешнему источнику придётся затрачивать дополнительную энергию по их перемещению. Согласно тем же физическим законам, указанный эффект соответствует забору энергии или нагреву материала в точке стыковки (смотрите фото ниже).

Обратите внимание! Напряжённости таких полевых образований максимальны на пограничных участках двух неоднородных сред (полупроводников разной проводимости, например), вследствие чего здесь этот эффект проявляется с особой силой. Среди работающих по этому принципу устройств наиболее известны термические модули (ТЭМ), состоящие из разных типов полупроводников с размещённой между ними медной токопроводящей прокладкой

Среди работающих по этому принципу устройств наиболее известны термические модули (ТЭМ), состоящие из разных типов полупроводников с размещённой между ними медной токопроводящей прокладкой.

Полупроводниковые материалы для прямого преобразования энергии[ | ]

Для термоэлектрогенераторов используются полупроводниковые термоэлектрические материалы, обеспечивающие наиболее высокий коэффициент преобразования тепла в электричество. Список веществ, имеющих термоэлектрические свойства, достаточно велик (тысячи сплавов и соединений), но лишь немногие из них могут использоваться для преобразования тепловой энергии. Современная наука постоянно изыскивает новые и новые полупроводниковые композиции и прогресс в этой области обеспечивается не столько теорией, сколько практикой, ввиду сложности физических процессов, происходящих в термоэлектрических материалах. Определённо можно сказать, что на сегодняшний день не существует

термоэлектрического материала, в полной мере удовлетворяющего промышленность своими свойствами, и главным инструментом в создании такого материала является эксперимент. Важнейшими свойствами полупроводникового материала для термоэлектрогенераторов являются:

  • КПД: Желателен как можно более высокий КПД;
  • Технологичность: Возможность любых видов обработки;
  • Стоимость: Желательно отсутствие в составе редких элементов или их меньшее количество, достаточная сырьевая база (для расширения сфер ассимиляции и доступности);
  • Коэффициент термо-ЭДС: Желателен как можно более высокий коэффициент термо-ЭДС (для упрощения конструкции);
  • Токсичность: Желательно отсутствие или малое содержание токсичных элементов (например: свинец, висмут, теллур, селен) или их инертное состояние (в составе сплавов);
  • Рабочие температуры: Желателен как можно более широкий температурный диапазон для использования высокопотенциального тепла и, следовательно, увеличения преобразуемой тепловой мощности.

Перспективы развития термоэлектрической генерации

Ожидается, что спрос на бытовое потребление ТЭГ вырастет на 14 %. Перспективы развития термоэлектрической генерации опубликовал Market Research Future, издав документ «Глобальный отчет по исследованию рынка термоэлектрических генераторов — прогноз до 2022 года» — анализ рынка, объем, доля, ход, тенденции и прогнозы. Доклад подтверждает перспективу ТЭГ в утилизации автомобильных отходов и системах совместного производства электроэнергии и тепла для бытовых и промышленных объектов.

Географически глобальный рынок термоэлектрических генераторов был разделен на Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Индию и Африку. АТР считается самым быстрорастущим сегментом в области внедрения рынка ТЭГ.

Среди этих регионов Америка, по оценкам экспертов, является основным источником доходов на глобальном рынке ТЭГ. Ожидается, что увеличение спроса на экологически чистую энергию повысит спрос на него в Америке.

Европа также будет демонстрировать относительно быстрый рост в течение прогнозируемого периода. Индия и Китай будут наращивать потребление значительными темпами из-за увеличения спроса на транспортные средства, что приведет к росту рынка генераторов.

Компании по производству автомобилей такие, как Volkswagen, Ford, BMW и Volvo в сотрудничестве с NASA, уже приступили к разработке мини-ТЭГ для системы регенерации тепла и экономии топлива в автомобиле.

Как превратить тепло в электричество

По сообщению редакции издание EurikAlert, которое ссылается на исследование опубликованное в журнале Science Advances, группа ученых из Университета штата Огайо придумала, как улавливать тепло и превращать его в электричество. Причем использовать для этого можно любой источник тепла: от рассеивающегося тепла от промышленных установок и до выхлопов автомобилей.

В основе открытия лежит явление электромагнетизма (которое известно достаточно давно). Простой пример: когда одна сторона магнита нагревается, другая сторона остается холодной и наращивает свой потенциал. Из-за нарастания потенциала появляется избыток энергии, который можно преобразовать в электричество. Но есть одна проблема. Магниты при нагревании «теряют магнитную силу» и размагничиваются поэтому грубо говоря, для создания электричества из тепла магнит можно использовать «лишь один раз».

Тут на помощь приходят парамагнетики. Парамагнетики — это вещества, которые намагничиваются под воздействием магнитного поля, но при этом не теряют после прекращения воздействия эту, грубо говоря, «магнитную силу»

И, что важно, парамагнетики устойчивы к воздействию тепла. Но и тут есть проблема: парамагнетики по сравнению с обычными магнитами «очень слабые» и до сегодняшнего дня считалось, что они не способны вырабатывать энергию

Совместив парамагнетики с полупроводниками, ученые создали интересное устройство: с одной стороны парамагнетики могут, нагреваясь и охлаждаясь, генерировать энергию. С другой стороны — полупроводниковые материалы позволяют использовать полученную энергию. Как заверяют ученые, электричество можно как запасать в обычных аккумуляторных батареях, так и сразу же пускать на питание электронных устройств и компонентов.

Область применения ЭП

Внедрение передовых технологий в области производства термоэлектриков привело к удешевлению производства ЭП и расширению доступности рынка.

Сегодня ЭП широко применяется:

  • в переносных охладителях, для охлаждения небольших приборов и электронных компонентов;
  • в осушителях для извлечения воды из воздуха;
  • в космических аппаратах для уравновешивания воздействия прямого солнечного света на одну сторону корабля, рассеивая тепло на другую сторону;
  • для охлаждения фотонных детекторов астрономических телескопов и высококачественных цифровых камер, чтобы минимизировать погрешности наблюдения, возникающих из-за перегрева;
  • для охлаждения компьютерных компонентов.

В последнее время широкое применение он получил и для бытовых целей:

  • в устройствах кулеров, питающихся через USB-порт для охлаждения или нагрева напитков;
  • в виде дополнительной ступени охлаждения компрессионных холодильников с понижением температуры до -80 градусов для одноступенчатого охлаждения и до -120 для двухступенчатого;
  • в легковых автомобилях для создания автономных холодильников или обогревателей.

Китай наладил производство элементов Пельтье модификаций TEC1-12705, TEC1-12706, TEC1-12715 стоимостью до 7 евро, которые могут обеспечить по схемам «тепло-холод» мощность до 200 Вт, сроком службы до 200 000 часов, работающих в температурной зоне от -30 до 138 градусов Цельсия.

Генератор Стивена Марка

С помощью этого прибора можно накопить определенный электрический потенциал для обслуживания бытовых приборов, не задействуя при этом дополнительную подпитку. Технология была запатентована, в результате чего сотни энтузиастов пытались повторить опыт в домашних условиях. Однако из-за специфических особенностей ее не удалось пустить в массы.

Работа генератора Стивена Марка осуществляется по простому принципу: в кольце устройства происходит образование резонанса токов и магнитных вихрей, которые вызывают появление токовых ударов. Для создания тороидального генератора нужно придерживаться следующей инструкции:

  1. В первую очередь следует подготовить основание прибора. В качестве него можно использовать отрезок фанеры в форме кольца, кусок резины или полиуретана. Также необходимо найти две коллекторные катушки и катушки управления. В зависимости от чертежа размеры конструкции могут отличаться, но оптимальным вариантом являются следующие показатели: наружный диаметр кольца составляет 230 мм, внутренний — 180 мм. Ширина составляет 25 мм, толщина — 5 мм.
  2. Необходимо намотать внутреннюю коллекторную катушку, используя многожильный медный провод. Для лучшего взаимодействия применяют трехвитковую намотку, хотя специалисты уверены, что и один виток сможет запитать лампочку.
  3. Также следует подготовить 4 управляющие катушки. При размещении этих элементов нужно соблюдать прямой угол, иначе могут появиться помехи магнитному полю. Намотка этих катушек плоская, а зазор между витками составляет не больше 15 мм.
  4. Осуществляя намотку управляющих катушек, принято задействовать одножильные провода.
  5. Чтобы выполнить установку последней катушки, следует применить заизолированный медный провод, который наматывают по всей площади основания конструкции.

https://youtube.com/watch?v=hIfQjh6DlAI

Термоэлектрические материалы

Термоэлектрики состоят из специальных сплавов или полупроводниковых соединений. В последнее время для термоэлектрических свойств применяются электропроводящие полимеры.

Требования к термоэлектрикам:

  • высокая эффективность, которая обусловлена низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью, высоким коэффициентом Зеебека;
  • устойчивость к высоким температурам и термомеханическим воздействиям;
  • доступность и безопасность окружающей среды;
  • устойчивость к вибрациям и резким перепадам температур;
  • долгосрочная стабильность и дешевизна;
  • автоматизация процесса изготовления.

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД ТЭГ. Термоэлектрический полупроводниковый материал представляет собой сплав теллурида и висмута. Он был специальным образом изготовлен, чтобы обеспечить отдельные блоки или элементы с различными характеристиками «N» и «P».

Термоэлектрические материалы чаще всего изготавливаются путем направленной кристаллизации из расплавленной или прессованной порошковой металлургии. Каждый способ изготовления имеет свое особое преимущество, но наиболее распространены материалы с направленным ростом. В дополнение к теллуриту висмута (Bi 2 Te 3) существуют другие термоэлектрические материалы, в том числе сплавы свинца и теллурита (PbTe), кремния и германия (SiGe), висмута и сурьмы (Bi-Sb), которые могут использоваться в конкретных случаях. Пока термопары висмута и теллурида лучше всего подходят для большинства ТЭГ.

Целесообразность эксплуатации

Говорить о целесообразности покупки парового электрогенератора для личных нужд не приходится, потому что его стоимость очень высока для обычного бытового использования. Иными словами, подобные вложения вряд ли окупятся в течение жизни потенциального покупателя. Кроме того, габаритные размеры подобных установок, что размещать их необходимо на очень большой территории. Именно поэтому, на бытовом уровне используются агрегаты, у которых двигатель работает на бензине или дизеле, а для крупных предприятий как раз и подходит двигатель, работающий на пару.

Что касается использования электрогенераторов, работающих на пару, то их использование в котельных установках может принести определенные плоды. Дело в том, что по достижении некоторых показателей мощности, данные установки показывают очень хорошие рабочие характеристики, выгодные отличающие их от своих аналогов.

Подробный рассказ про паровой генератор

Обзор типов

В зависимости от методов получения электроэнергии, источников тепла, а также от разновидностей задействованных структурных элементов все термоэлектрические генераторы бывают на нескольких видов.

Топливные. Получают тепло от сжигания топлива, который представляет собой уголь, природный газ и нефть, а также тепло, полученное путем сгорания пиротехнических групп (шашек).

Атомные термоэлектрические генераторы, в которых источником выступает тепло атомного реактора (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), зачастую здесь термический насос — вторая и третья ступени превращения.

Солнечные генераторы формируют тепло от солнечных коммуникаторов, которые известны нам в повседневной жизни (зеркала, линзы, тепловые трубы).

Утилизационные генерируют тепло из всевозможных источников, в результате чего выделяется отходное тепло (выбросные и топочные газы и прочее).

Радиоизотопные получают тепло путем распада и расщепления изотопов, данный процесс характеризуется неконтролируемостью самого расщепления, и результатом выступает момент полураспада элементов.

Градиентные термоэлектрические генераторы базируются на перепаде температур без каких-либо вмешательств извне: между окружающей средой и местом проведения эксперимента (специально оснащенным оборудованием, промышленным трубопроводом и т. д.) с использованием исходного отправного тока. Приведенный тип теплоэлектрического генератора был использован с утилизацией полученной электрической энергии от эффекта Зеебека для превращения в тепловую энергию согласно закону Джоуля-Ленца.

Тепловые насосы

Основным назначением теплового насоса является перекачивание тепловой энергии. Самой известной его разновидностью является обычный холодильник. Внутри него происходит отбор тепловой энергии у холодильной камеры, с последующей отдачей ее в окружающее пространство.

В состав полного рабочего цикла теплового насоса входят следующие этапы:

  1. Сжимание компрессором газообразного фреона. Благодаря увеличению давления он переходит в жидкое агрегатное состояние. Это сопровождается увеличением температуры на несколько десятков градусов.
  2. Прохождение горячего хладагента через внутренний теплообменник насоса. При этом происходит отдача избытка тепла теплоносителю или воздуху в помещении.
  3. Возвращение остывшего фреона в газообразное состояние после прохождения им расширительного клапана. Речь идет об участке контура с резко увеличивающимся диаметром. После превращение в газ наблюдается резкое уменьшение температуры фреона.
  4. Циркуляция хладагента по внешнему теплообменнику с последующим его нагреванием. Это достигается благодаря отбору тепла у внешней среды: ее температура на порядок ниже, чем воздух в отапливаемом помещении, но выше, чем у хладагента.
  5. Сжатие внутри компрессора и выход на следующий цикл.

Таким образом достигаются следующие преимущества:

  • Температура на улице, выступающая донором тепла, зачастую на порядок уступает температуре воздуха в жилище.
  • Электроэнергию в такой схеме потребляет только компрессор. При этом уровень его электрической мощности зачастую на порядок уступает тепловой мощности насоса. Имеется в виду тот объем тепловой энергии, который перекачивается помпой внутрь жилища за единицу времени.

С помощью наиболее эффективных тепловых насосов удается получать до 7 кВт /час тепла энергии на каждый киловатт/час расходуемого электричества. Для установки подобного насосного оборудования рекомендуется пригласить представителя дилера: это позволит обзавестись хорошей гарантией на оборудование. Водяное отопление, работающее в комбинации с подобным прибором, должно быть низкотемпературным (рабочая температура – не более + 55 градусов).

Теплые полы

Под теплыми полами понимается система отопления, где вместо стандартных батарей тепло излучается напольной поверхностью.

Для этого могут применяться следующие конструкционные решения:

  1. Система тонких труб с теплоносителем. Укладывается под стяжкой или на специальную теплораспределительную платформу под финишное покрытие.
  2. Нагревательный кабель. Его можно монтировать как в слой стяжки, так и в толщу плиточного клея под кафель.
  3. Пленочный обогреватель. В качестве нагревательного элемента здесь используется плотный диэлектрический лист полимера. Он имеет две медные токоведущие жилы, соединенные между собой токоведущими элементами с высоким электрическим сопротивлением. Местом укладки пленочного теплого пола обычно выступает последний слой под финишным напольным покрытием с высокой теплопроводностью. Обычно это — линолеум, ламинат или паркетная доска.

Инерционность уложенной под чистовое покрытие пленки на порядок меньше, чем аналогичный показатель кабеля под плиткой или стяжкой. Время, необходимое пленочному нагревателю на доведения напольного покрытия до комфортных +25 градусов – не более 5-10 минут. В то же время кабель под плиткой это делает за 30 минут, а кабель в стяжке — за 3-5 часов.

Монтаж нагревательной пленки настолько прост, что процедура установки этого электрического отопление своими руками обычно не вызывает затруднений:

  1. Укладка подложки. Для этих целей используется специальный материал – пенофол (вспененный фольгированный утеплитель). Его нужно разложить на черновом основании фольгой вверх.
  2. Коммутация с терморегулятором и сетью. Необходимо провести обжим клемм на токоведущих жилах и на проводе. В качестве изоляции используются битумные накладки. Под поверхность пленки проводится установка термодатчика.
  3. Финишная отделка. Подходящими вариантами отделочного материала поверх пленочного нагревателя является ламинат, линолеум или паркет.

Рекомендуется учесть следующие советы, как сделать электрическое отопление своими руками:

  • Один терморегулятор в состоянии выдерживать нагрузку не более 3,6 кВт. Обширные помещения желательно оснащать несколькими раздельными контурами питания с автономными терморегуляторами.
  • Греющей пленкой запрещается оформлять участки пола под мебелью и прочими прилегающими к полу предметами. Подобно остальным электрическим приборами, пленка плохо переносит перегревание.

Шаг 1: Необходимые детали

  1. 1х Элемент Пельтье (термоэлектрический преобразователь)
  2. Алюминиевый радиатор среднего размера (я достал свой из старого ПК)
  3. Толстый электрический кабель двух цветов (опционально)
  4. Входные и выходные разъемы/гнезда, предварительно купленные или изготовленные (для ввода и вывода энергии) (опционально)
  5. Проектный корпус, частично теплозащищенный, если возможно. Используйте изоляционный материал, металл, фольгу и т.д. (опционально)
  6. Термопаста (опционально), алюминиевая фольга (желательно)
  7. Резак для резки тонких металлов
  8. Ножницы по металлу
  9. Разные отвертки (для закручивания винтов корпуса и входов/выходов)
  10. Разные винты и болты (для крепления металлических пластин и радиатора)
  11. Паяльник и припой (опционально) для надежного крепления
  12. Аккумуляторная батарея низкой или средней мощности (для подзарядки)
  13. Термоусадочные трубки для защиты проводов от тепла (необходимо)
  14. 1х блокирующий диод, чтобы предотвратить обратную зарядку.
  15. 2 алюминиевые банки (металлическая пластина)
  16. Толстая медная проволока
  17. Цифровой мультиметр

Все, что отмечено как опциональное, не обязательно к сборке термогенератора, но будет полезным, например корпус для аккумулятора и блокирующий диод.

Термоэлектрогенераторы

Электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье – достаточно интересный вариант.

Физик Пельтье обнаружил эффект, который сводится к тому, что при пропускании электроэнергии через проводники, состоящие из двух разнородных материалов, на одном из контактов происходит поглощение тепла, а на втором – выделение.

Причем эффект этот обратный – если с одной стороны проводник разогревать, а со второй – охлаждать, то в нем будет образовываться электроэнергия.

Именно обратный эффект используется в электростанциях на дровах. При сгорании они разогревают одну половину пластины (она и является термоэлектрогенератором), состоящую их кубиков, сделанных из разных металлов, а вторая же ее часть – охлаждается (для чего используются теплообменники), в результате чего на выводах пластины появляется электроэнергия.

Но есть у такого генератора несколько нюансов. Один из них – параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температуры на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использование регулятора напряжения.

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия – лишь побочный эффект, большая часть энергии при сгорании дров просто преобразуется в тепло. Из-за этого КПД такого типа станции не очень высокая.

К достоинствам электростанций с термоэлектрогенераторами относятся:

  • Длительный срок службы (нет подвижных частей);
  • Одновременно вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использоваться для обогрева или приготовления пищи;
  • Бесшумность работы.

Электростанции на дровах, использующие принцип Пельтье, — достаточно распространенный вариант, и выпускаются как портативные устройства, которые способны лишь выделить электроэнергии для зарядки маломощных потребителей (телефона, фонаря), так и промышленные, способные запитать мощные агрегаты.