Thermogenerators: bagaimana untuk "mengasah" elektrik di dapur gas

Salah satu forum elektrik bertanya soalan berikut: "Bagaimana saya boleh mendapatkan elektrik menggunakan gas isi rumah biasa?" Ini didorong oleh kenyataan bahawa gas dari rakan ini, dan sesungguhnya, seperti banyak, dibayar hanya mengikut piawaian tanpa meter.

Tidak peduli berapa banyak yang anda gunakan, anda membayar jumlah yang tetap, dan kenapa tidak bertukar sudah dibayar tetapi tidak menggunakan gas ke dalam elektrik bebas? Jadi topik baru muncul di forum, yang diambil oleh peserta lain: perbualan intim membantu bukan sahaja untuk mengurangkan hari bekerja, tetapi juga untuk membunuh masa lapang.

Banyak pilihan telah dicadangkan. Hanya beli penjana petrol, dan isikan dengan petrol yang diperolehi oleh penyulingan gas domestik, atau buat semula penjana untuk bekerja dengan segera pada gas, seperti kereta.

Daripada enjin pembakaran dalaman, enjin Stirling, yang juga dikenali sebagai enjin pembakaran luaran, dicadangkan. Berikut adalah starter teratas (yang membuat tema baru) mendakwa kuasa penjana sekurang-kurangnya 1 kilowatt, tetapi ia dirasionalisasikan, mengatakan bahawa pengadukan sedemikian tidak akan sesuai walaupun di dapur sebuah ruang makan kecil. Di samping itu, adalah penting bahawa penjana diam, jika tidak, anda sendiri tahu apa.

Selepas banyak cadangan, seseorang teringat melihat gambar di dalam buku yang menunjukkan lampu minyak tanah dengan peranti bintang berbintang untuk menyalurkan penerima transistor. Tetapi ini akan dibincangkan sedikit lagi, tetapi sekarang ...

Pengatur suhu. Sejarah dan Teori

Untuk menerima elektrik terus dari pembakar gas atau sumber haba lain, penjana haba digunakan. Sama seperti thermocouple, prinsip operasi mereka adalah berdasarkan Kesan Seebeckdibuka pada tahun 1821.

Kesan yang disebutkan adalah bahawa dalam litar tertutup dua konduktor yang berbeza emf muncul jika persimpangan konduktor pada suhu yang berbeza. Sebagai contoh, persimpangan panas terletak di dalam sebuah kapal air mendidih, dan yang lain dalam cawan ais lebur.

Kesannya timbul dari hakikat bahawa tenaga elektron bebas bergantung kepada suhu. Dalam kes ini, elektron mula bergerak dari konduktor, di mana mereka mempunyai tenaga yang lebih tinggi dalam konduktor, di mana tenaga caj itu kurang. Sekiranya salah satu persimpangan dipanaskan lebih banyak daripada yang lain, maka perbezaan tenaga yang dikenakan di atasnya lebih tinggi daripada yang sejuk. Oleh itu, jika litar ditutup, arus timbul di dalamnya, sama dengan termopower yang sama.

Kira-kira magnitud termopower boleh ditentukan oleh formula mudah:

E = α * (T1 - T2). Di sini, α adalah pekali thermoelektrik, yang hanya bergantung pada logam yang termokopel atau termokopel dibuat. Nilainya biasanya dinyatakan dalam microvolts per ijazah.

Perbezaan suhu persimpangan dalam formula ini (T1 - T2): T1 adalah suhu simpang panas, dan T2, masing-masing, sejuk. Formula di atas jelas digambarkan dalam Rajah 1.

Rajah 1. Prinsip thermocouple

Lukisan ini adalah klasik, ia boleh didapati dalam mana-mana buku teks fizik. Angka tersebut menunjukkan cincin yang terdiri daripada dua konduktor A dan B. Persimpangan konduktor disebut persimpangan. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar itu, di simpang panas T1, termopower mempunyai arah dari logam B hingga logam A. A dalam persimpangan sejuk T2 dari logam A ke logam B. Arah termopower yang ditunjukkan dalam angka adalah sah untuk kes apabila termopower logam A positif berkenaan dengan logam B .

Bagaimana untuk menentukan kuasa thermoelektrik logam

Kekuatan termoelektrik logam ditentukan dengan nilai platinum. Untuk termokopel ini, salah satu elektrod yang platinum (Pt), dan yang lain adalah logam ujian, ia dipanaskan hingga 100 centigrade darjah. Nilai millivol yang diperolehi untuk beberapa logam ditunjukkan di bawah.Tambahan pula, perlu diperhatikan bahawa bukan sahaja magnitud perubahan termopower, tetapi juga tanda yang berkaitan dengan platinum.

Dalam kes ini, platinum memainkan peranan yang sama seperti 0 darjah pada skala suhu, dan skala keseluruhan nilai termopower adalah seperti berikut:

Antimoni +4.7, besi +1.6, kadmium +0.9, zink +0.75, tembaga +0.74, emas +0.73, perak +0.71, timah +0.41, aluminium + 0.38, merkuri 0, platinum 0.

Selepas platinum adalah logam dengan kuasa thermoelectric negatif:

Cobalt -1.54, nikel -1.64, constantan (aloi tembaga dan nikel) -3.4, bismuth -6.5.

Menggunakan skala ini adalah sangat mudah untuk menentukan nilai kuasa termoelektrik yang dibangunkan oleh termokopel terdiri daripada pelbagai logam. Untuk melakukan ini, sudah cukup untuk mengira perbezaan algebra dalam nilai-nilai logam di mana thermoelectrodes dibuat.

Sebagai contoh, untuk pasangan antimoni-bismut, nilai ini akan menjadi +4.7 - (- 6.5) = 11.2 mV. Sekiranya pasangan besi - aluminium digunakan sebagai elektrod, maka nilai ini hanya akan menjadi +1.6 - (+0.38) = 1.22 mV, yang hampir sepuluh kali ganda daripada pasangan pertama.

Jika persimpangan sejuk dikekalkan pada suhu malar, sebagai contoh, 0 darjah, maka termopower simpang panas akan berkadaran dengan perubahan suhu, yang digunakan dalam termokopel.

Bagaimana thermogenerators dicipta

Sudah pada pertengahan abad ke-19, banyak cubaan dibuat untuk dibuat penjana haba - peranti untuk menjana tenaga elektrik, iaitu, untuk menggerakkan pelbagai pengguna. Sebagai sumber sedemikian, ia sepatutnya menggunakan bateri dari termokopel sambung bersambung. Reka bentuk bateri seperti itu ditunjukkan dalam Rajah 2.

Rajah 2. Bateri haba, skematik

Yang pertama bateri termoelektrik dicipta pada pertengahan abad ke-19 oleh ahli fizik Oersted dan Fourier. Bismuth dan antimon digunakan sebagai thermoelectrodes, hanya sepasang logam tulen yang sama dengan kuasa thermoelektrik tertinggi. Persimpangan panas dipanaskan oleh pembakar gas, sementara persimpangan sejuk diletakkan di dalam kapal dengan ais.

Dalam eksperimen dengan thermoelectricity, termopil kemudian dicipta, sesuai digunakan dalam beberapa proses teknologi dan juga untuk pencahayaan. Contohnya adalah bateri Clamone, yang dibangun pada tahun 1874, yang kuasanya cukup untuk tujuan praktikal: contohnya, untuk penyepuhan galvanik, serta untuk digunakan di rumah-rumah percetakan dan bengkel-ukiran ukiran helio. Sekitar masa yang sama, ahli sains Noé juga terlibat dalam kajian termopil, termopil beliau juga cukup meluas pada masa itu.

Tetapi semua eksperimen ini, walaupun berjaya, telah ditakdirkan untuk kegagalan, kerana termopil berdasarkan thermocouple logam tulen mempunyai kecekapan yang sangat rendah, yang menghalang permohonan praktikal mereka. Asap tulen logam mempunyai kecekapan hanya beberapa sepersepuluh peratus. Bahan-bahan semikonduktor mempunyai kecekapan yang lebih besar: beberapa oksida, sulfida, dan sebatian intermetal.

Thermocouples Semikonduktor

Revolusi sejati dalam penciptaan termokopel dibuat oleh karya Akademik A.I. Joffe. Pada permulaan abad ke-30 pada abad XX, beliau mengemukakan idea bahawa menggunakan semikonduktor adalah mungkin untuk menukar tenaga terma, termasuk solar, menjadi tenaga elektrik. Terima kasih kepada penyelidikan yang sudah ada pada tahun 1940, sebuah photocell semikonduktor telah dicipta untuk menukar tenaga cahaya matahari menjadi tenaga elektrik.

Permohonan praktikal pertama termokopel semikonduktor ia sepatutnya dipertimbangkan, nampaknya, sebuah "bowler partisan", yang memungkinkan untuk memberikan kuasa kepada beberapa stesen radio partisan mudah alih.

Asas termogenerator adalah elemen dari constantan dan SbZn. Suhu simpang sejuk stabil oleh air mendidih, sementara persimpangan panas dipanaskan oleh nyalaan api, sementara perbezaan suhu sekurang-kurangnya 250 ... 300 darjah dipastikan. Kecekapan peranti sedemikian tidak lebih daripada 1.5 ... 2.0%, tetapi kuasa untuk menguasai stesen radio cukup mencukupi.Sudah tentu, dalam masa-masa perang, reka bentuk "bowler" adalah rahsia negeri, dan kini reka bentuk sedang dibincangkan di banyak forum Internet.

Penjana haba isi rumah

Sudah dalam lima puluhan pasca perang, industri Soviet memulakan pengeluaran penjana haba TGK - 3. Tujuan utamanya adalah untuk menyalurkan radio berkuasa bateri di kawasan luar bandar yang tidak berkuasa. Kuasa penjana ialah 3 W, yang memungkinkan untuk menyalurkan penerima bateri, seperti Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina-47, Rodina-52, dan beberapa yang lain.

Penampilan thermogenerator TGK-3 ditunjukkan dalam Rajah 3.

Rajah 3. Penjana haba TGK-3

Reka Bentuk Generator Thermal

Seperti yang telah disebutkan, penjana haba dimaksudkan untuk digunakan di kawasan luar bandar, di mana pencahayaan digunakan lampu minyak tanah "kilat". Lampu sedemikian, dilengkapi dengan penjana haba, menjadi bukan sahaja sumber cahaya, tetapi juga elektrik.

Pada masa yang sama, kos bahan api tambahan tidak diperlukan, kerana sebenarnya sebahagian daripada minyak tanah yang hanya terbang ke dalam paip menjadi elektrik. Selain itu, penjana seperti itu sentiasa bersedia untuk operasi, reka bentuknya sedemikian rupa sehingga tidak ada apa-apa untuk memecahkannya. Penjana boleh saja terbiar, bekerja tanpa beban, tidak takut litar pintas. Hayat penjana, berbanding dengan bateri galvanik, nampaknya hanya abadi.

Peranan paip ekzos lampu kilat "kilat" dimainkan oleh bahagian silinder yang memanjang. Apabila menggunakan lampu bersama-sama dengan penjana haba, kaca dipendekkan dan satu unit pemindahan haba logam dimasukkan ke dalamnya, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4.

Rajah 4. Lampu minyak dengan penjana termoelektrik

Bahagian luaran pemancar haba adalah dalam bentuk prisma multifaset di mana termopil dipasang. Untuk meningkatkan kecekapan pemindahan haba, pemancar haba di dalam mempunyai beberapa saluran membujur. Melalui saluran-saluran ini, gas-gas panas masuk ke dalam paip ekzos 3, pada masa yang sama memanaskan termopil, lebih tepat lagi, persimpangannya yang panas.

Radiator penyejuk udara digunakan untuk menyejukkan persimpangan sejuk. Ia adalah tulang rusuk logam yang melekat pada permukaan luar blok termopil.

Thermogenerator - TGK3 terdiri daripada dua bahagian bebas. Salah satunya menghasilkan voltan 2V pada arus beban sehingga 2A. Bahagian ini digunakan untuk mendapatkan voltan anod lampu menggunakan transducer getaran. Bahagian lain dengan voltan 1.2 V dan arus beban 0.5 A digunakan untuk menyalakan lampu filamen.

Sangat mudah untuk mengira bahawa kuasa penjana haba ini tidak melebihi 5 watt, tetapi sudah cukup untuk penerima, yang memungkinkan untuk mencerahkan malam musim sejuk yang panjang. Kini, sudah tentu, ini kelihatannya tidak masuk akal, tetapi pada masa itu, peranti semacam itu sudah pasti keajaiban teknologi.

Pada tahun 1834, orang Perancis, Jean Charles Atanaz Peltier menemui kesan yang bertentangan dengan kesan Seebick. Makna penemuan adalah bahawa semasa laluan semasa melalui persimpangan dari bahan yang berbeza (logam, aloi, semikonduktor) panas dikeluarkan atau diserap, yang bergantung kepada arah arus dan jenis bahan. Ini diterangkan secara terperinci di sini: Kesan Peltier: kesan sihir arus elektrik