Hőgenerátorok: hogyan kell hegeszteni az elektromos áramot egy gáztűzhelyen

Az egyik elektromos fórum feltette a következő kérdést: „Hogyan szerezhetek áramot rendes háztartási gázzal?” Ezt az a tény motiválta, hogy ebből az elvtársból - és sokhoz hasonlóan - a földgázt egyszerűen a szabványok szerint fizetik, mérő nélkül.

Nem számít, mennyit használ, rögzített összeget fizet egyébként, és miért ne változtatja meg a már fizetett, de fel nem használt gázt önálló elektromává? Így egy új téma jelent meg a fórumon, amelyet a többi résztvevő felvette: az intim beszélgetés nemcsak a munkanap csökkentését, hanem a szabadidő elpusztítását is segíti.

Számos lehetőséget javasoltak. Csak vásároljon egy benzingenerátort, és töltse fel benzintel, amelyet a háztartási gáz desztillációjából nyert, vagy készítse elő a generátort, hogy azonnal működjön a gázon, mint egy autó.

Belső égésű motor helyett Stirling motorot, más néven külső égésű motorot javasoltak. Itt csak egy legelső induló (az, aki létrehozta az új témát) legalább 1 kilovatt teljesítményű generátort igényelt, de ezt ésszerűsítették, mondván, hogy egy ilyen keverés még egy kicsi étkező konyhájához sem illeszkedik. Ezenkívül fontos, hogy a generátor csendes legyen, különben is, maga is tudja, mit.

Sok javaslat után valaki arra emlékezett, hogy egy könyvben egy képet látott, amelyben egy petróleumlámpa található egy többnyalábú csillagkészülékkel a tranzisztor vevőjének táplálására. De erről egy kicsit tovább beszélünk, de egyelőre ...

Termoelektromos generátort. Történelem és elmélet

Hőgenerátorokat használnak annak érdekében, hogy közvetlenül villamos energiát kapjanak egy gázégőből vagy más hőforrásból. Csakúgy, mint egy hőelem, működésük alapja is Seebeck-effektus1821-ben nyitották meg.

Az említett hatás az, hogy két különféle vezeték zárt áramkörében egy EMF jelenik meg, ha a vezetékek csatlakozásainak eltérõ hõmérséklete van. Például egy forró csomópont forrásban lévő víztartályban, a másik pedig egy csésze olvadó jégben van.

A hatás abból fakad, hogy a szabad elektronok energiája a hőmérséklettől függ. Ebben az esetben az elektronok elmozdulnak a vezetőtől, ahol nagyobb energiájuk van a vezetőben, ahol a töltések energiája kevesebb. Ha az egyik csomópont többet melegít, mint a másik, akkor a rajta lévő töltések energiájának különbsége nagyobb, mint a hidegnél. Ezért ha az áramkört lezárják, akkor áram keletkezik benne, pontosan ugyanolyan hőerővel.

A hőerő nagyságát körülbelül egy egyszerű képlettel lehet meghatározni:

E = α * (T1 - T2). Itt α a termoelektromos együttható, amely csak azoktól a fémektől függ, amelyekből a hőelem vagy a hőelem áll. Értékét általában mikrovolttal / fokkal fejezik ki.

A csomópontok hőmérsékleti különbsége ebben a képletben (T1 - T2): T1 a meleg csomópont hőmérséklete, T2 pedig a hideg hőmérséklete. A fenti képletet világosan szemlélteti az 1. ábra.

1. ábra. Hőelem elve

Ez a rajz klasszikus, megtalálható bármely fizikai tankönyvben. Az ábra egy gyűrűt ábrázol, amely két A és B vezetőből áll. A vezetők csomópontját kötéseknek nevezzük. Mint az ábrán látható, egy meleg T1 csomópontban a hőerő iránya fémből B fémbe van. A egy hideg T2 csomópontban fémből A fémre B. A hőerő irányának az ábrán jelzett iránya érvényes arra az esetre, amikor az A fém hőerője pozitív a B fémhez képest. .

Hogyan lehet meghatározni a fém hőelektromos teljesítményét?

A fém hőelektromos teljesítményét a platina tekintetében kell meghatározni. Ehhez egy hőelemet, amelynek egyik elektródja platina (Pt), a másik pedig a vizsgálati fém, 100 ° C-ra melegítik. Celsius fok. Az egyes fémekre kapott kapott millivolt érték az alábbiakban látható.Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy nemcsak a hőhatás nagysága változik, hanem a jelképe is a platina vonatkozásában.

Ebben az esetben a platina ugyanolyan szerepet játszik, mint a 0 fok a hőmérsékleti skálán, és a hőteljesítmény teljes skálája a következő:

Antimon +4,7, vas +1,6, kadmium +0,9, cink +0,75, réz +0,74, arany +0,73, ezüst +0,71, ón +0,41, alumínium + 0,38, higany 0, platina 0.

A platina után negatív termoelektromos teljesítményű fémek vannak:

Kobalt -1,54, nikkel -1,64, konstans (réz és nikkel ötvözete) -3,4, bizmut -6,5.

E skála felhasználásával nagyon egyszerű meghatározni a különféle fémekből álló hőelem által kifejlesztett hőelektromos teljesítmény értékét. Ehhez elegendő kiszámítani a termoelektródákkal előállított fémek értékének algebrai különbségét.

Például antimon-bizmut pár esetén ez az érték +4,7 - (- 6,5) = 11,2 mV. Ha elektródaként vas-alumínium párot használnak, akkor ez az érték csak +1,6 - (+0,38) = 1,22 mV, ami majdnem tízszer kevesebb, mint az első páré.

Ha a hideg csomópontot állandó hőmérsékleten, például 0 fokon tartják, akkor a forró csomópont hőerőssége arányos lesz a hőelemekben alkalmazott hőmérséklet-változással.

Hőgenerátorok létrehozása

Már a 19. század közepén számos kísérlet történt a létrehozására hőgenerátorok - elektromos energia előállítására szolgáló eszközök, vagyis különféle fogyasztók táplálására. Ilyen forrásként a sorozathoz csatlakoztatott hőelemek elemét kellett használni. Az ilyen akkumulátor kialakítását a 2. ábra szemlélteti.

2. ábra. Hőelem, vázlatos

Az első hőelektromos akkumulátor amelyet a 19. század közepén Oersted és Fourier fizikusok hoztak létre. A bizmutot és az antimonot termoelektródákként használták, ugyanolyan tiszta fémek párjaként, a legnagyobb hőelektromos teljesítmény mellett. A forró csomópontokat gázégők fűtötték, míg a hideg csomópontokat jéggel ellátott edénybe helyezték.

A termoelektromos kísérletek során később feltalálták a hőelemeket, amelyek alkalmasak bizonyos technológiai folyamatokban történő felhasználásra és akár a világításra is. Példa erre az 1874-ben kifejlesztett Clamone akkumulátor, amelynek teljesítménye elegendő volt gyakorlati célokra: például galvanikus aranyozáshoz, valamint nyomdákban és napelemes gravírozások műhelyében való felhasználáshoz. Ugyanebben az időben Noé tudósát is bevonta a hőtápok vizsgálatába, hőopilei szintén eléggé elterjedtek abban az időben.

De ezek a kísérletek, bár sikeresek voltak, kudarcra ítéltek, mivel a tiszta fém hőelem alapján készült hőelemek nagyon alacsony hatékonyságúak voltak, ami akadályozta azok gyakorlati alkalmazását. A tisztán fémes füstök hatékonysága csak néhány tíz százalék. A félvezető anyagok sokkal nagyobb hatékonysággal rendelkeznek: egyes oxidok, szulfidok és intermetallikus vegyületek.

Félvezető hőelemek

A hőelemek létrehozásában valódi forradalmat az A.I. Joffe. A XX. Század harmincas éveinek elején előterjesztette azt az elképzelést, hogy a félvezetők használatával hőenergiát, beleértve a napenergiat is, villamos energiává lehet alakítani. A 1940-es kutatásnak köszönhetően félvezető fotocellát hoztak létre a napenergia fény elektromos energiává történő átalakításához.

Első gyakorlati alkalmazás félvezető hőelemek ezt nyilvánvalóan „partizán bowlingnak” kell tekinteni, amely lehetővé tette áramellátást néhány hordozható partizán rádióállomás számára.

A hőgenerátor alapját a konstans és az SbZn elemei képezték. A hideg csomópontok hőmérsékletét forrásban lévő víz stabilizálta, míg a forró csomópontokat tűz lángja melegítette, miközben legalább 250 ... 300 fok hőmérsékleti különbséget biztosítottuk. Egy ilyen készülék hatékonysága nem haladta meg a 1,5 ... 2,0% -ot, de a rádióállomások táplálására már elég volt a hatalom.Természetesen azokban a háborús időkben a "tekercselő" tervezése állami titok volt, és ennek kidolgozását még ma is számos internetes fórumon tárgyalják.

Háztartási hőtermelők

Már a háború utáni ötvenes években a szovjet ipar megkezdte a termelést TGK - 3 hőgenerátorok. Fő célja az akkumulátorral működő rádiók tápellátása nem villamosított vidéki területeken. A generátor teljesítménye 3 W volt, ami lehetővé tette az akkumulátor vevőkészülékek táplálását, mint például Tula, Iskra, Tallinn B-2, Rodina-47, Rodina-52 és mások.

A TGK-3 hőgenerátor megjelenését a 3. ábra mutatja.

3. ábra: TGK-3 hőgenerátor

Hőgenerátor kialakítása

Mint már említettük, a hőfejlesztőt vidéki területeken, ahol világítást használták, szánták kerozin lámpák "villám". Egy ilyen hőgenerátorral felszerelt lámpa nemcsak fény, hanem áramforrás is lett.

Ugyanakkor nem volt szükség további üzemanyagköltségekre, mert a petróleum pontosan az a része, amely egyszerűen a csőbe repült, árammá vált. Sőt, egy ilyen generátor mindig készen állt a működésre, a kialakítása olyan volt, hogy egyszerűen semmi sem tudott beleütközni. A generátor egyszerűen nem működhet, terhelés nélkül működhet, nem fél a rövidzárlattól. A generátor élettartama a galván akkumulátorokkal összehasonlítva egyszerűen öröknek tűnt.

A petróleumlámpa kipufogócsőjének „villámlása” szerepét az üveg hosszúkás, hengeres része játssza. Amikor a lámpát a hőgenerátorral együtt használták, az üveget lerövidítették, és egy fém 1 hőátadó egységet helyeztek bele, amint a 4. ábra mutatja.

4. ábra Kerozin lámpa termoelektromos generátorral

A hőátadó külső része sokrétű prizma alakjában van, amelyre a hőtámaszok vannak felszerelve. A hőátadás hatékonyságának növelése érdekében a hőátadónak több hosszanti csatornája volt. Ezen csatornákon áthaladva a forró gázok a 3 kipufogócsőbe kerültek, és ezzel egyidejűleg hevítették a hőreszelőt, pontosabban annak forró csomópontjait.

A hideg csomópontok hűtésére léghűtéses radiátort használtunk. Ez egy fém borda, amely a hőreszelő blokkok külső felületéhez van rögzítve.

Hőgenerátor - TGK3 két független részből állt. Egyikük 2 V feszültséget generált, legfeljebb 2A terhelési árammal. Ezt a szekciót a lámpák anódfeszültségének a rezgésátalakítóval történő meghatározására használták. Egy másik, 1,2 V feszültségű és 0,5 A terhelőáramú szakaszot használtak a lámpák izzólámpájának táplálására.

Könnyű kiszámítani, hogy ennek a hőgenerátornak a teljesítménye nem haladta meg az 5 wattot, de elegendő volt a vevőkészüléknek, amely lehetővé tette a hosszú téli estek felvilágosítását. Ez természetesen nevetségesnek tűnik, de akkoriban egy ilyen eszköz kétségtelenül a technológia csodája volt.

1834-ben a francia Jean Charles Atanaz Peltier felfedezte a Seebick-effektus ellenkező hatását. A felfedezés lényege, hogy az eltérő anyagokból (fémek, ötvözetek, félvezetők) a kereszteződésen keresztüli áram átadásakor felszabadul vagy felszívódik a hő, amely az áram irányától és az anyagok típusától függ. Ezt itt részletesen ismertetjük: Peltier-hatás: az elektromos áram varázslatos hatása