Alimentation électrique ininterrompue dans une maison privée. Sélection du générateur

Variétés d'appareils

Dans une chaîne de conducteurs différents à température variable, la thermo-EMF peut se produire aux points de contact. Sur cette base, le module dit Peltier a été développé et créé. Il se compose de 2 plaques en céramique, entre lesquelles un bilame est installé. Lorsqu'un courant électrique est appliqué, l'une des plaques commence progressivement à chauffer, tandis que l'autre se refroidit en même temps. Cette capacité permet de fabriquer des réfrigérateurs à partir de tels éléments.

Mais le processus inverse peut également être observé, lorsqu'une différence de température sera maintenue aux points de contact. Dans ce cas, les plaques commenceront à générer du courant électrique. Un tel module peut être utilisé pour générer une petite quantité d'énergie électrique.

Fonctionnement du module

Les thermogénérateurs d'électricité fonctionnent selon un certain principe. Ainsi, en fonction de la direction du courant, une absorption ou un dégagement de chaleur est observé au contact de conducteurs dissemblables. Cela dépend de la direction de l'électricité. Dans ce cas, la densité de courant est la même et l'énergie est différente.

Un échauffement du réseau cristallin est observé si l'énergie sortante est inférieure à celle qui entre dans le contact. Lorsque la direction du courant change, le processus inverse se produit. L'énergie dans le réseau cristallin diminue, de sorte que l'appareil se refroidit.

Le plus populaire est le module thermoélectrique, constitué de conducteurs de types p et n, interconnectés par des analogues en cuivre. Dans chacun des éléments, il y a 4 transitions, qui sont refroidies et chauffées. En raison de la différence de température, il est possible de créer un générateur thermoélectrique.

Avantages et inconvénients

Qu'il soit acheté ou fabriqué à la main, le générateur thermoélectrique présente de nombreux avantages. Ainsi, les plus importants d'entre eux incluent:

1. Petites dimensions.
2. La capacité de travailler à la fois dans des appareils de chauffage et de refroidissement.
3. Lorsque la polarité change, le processus est réversible.
4. Manque d'éléments mobiles qui s'usent assez rapidement.

Malgré les avantages significatifs existants, un tel dispositif présente certains inconvénients:

1. Efficacité insignifiante (seulement 2-3%).
2. La nécessité de créer une source responsable de la différence de température.
3. Consommation d'énergie substantielle.
4. Prix ​​de revient élevé.

Sur la base des qualités négatives et positives ci-dessus, nous pouvons dire qu'un tel appareil est conseillé d'utiliser s'il est nécessaire de recharger un téléphone portable, une tablette ou d'allumer une ampoule LED.

Caractéristiques du

Une centrale électrique au bois est loin d'être une invention nouvelle, mais les technologies modernes ont permis d'améliorer quelque peu les dispositifs développés précédemment. De plus, plusieurs technologies différentes sont utilisées pour produire de l'électricité.

De plus, le concept «sur bois» est quelque peu imprécis, puisque tout combustible solide (bois, copeaux de bois, palettes, charbon, coke), en général, tout ce qui peut brûler, convient au fonctionnement d'une telle station.

Immédiatement, nous constatons que le bois de chauffage, ou plutôt le processus de leur combustion, n'agit que comme une source d'énergie qui assure le fonctionnement de l'appareil dans lequel l'électricité est produite.

Les principaux avantages de ces centrales sont:

• La capacité d'utiliser une grande variété de combustibles solides et leur disponibilité;
• Obtenir de l'électricité n'importe où;
• L'utilisation de différentes technologies permet de recevoir de l'électricité avec une grande variété de paramètres (suffisant uniquement pour une recharge régulière du téléphone et avant d'alimenter des équipements industriels);
• Il peut également servir d'alternative si les pannes de courant sont courantes et également la principale source d'électricité.

Fabrication de bricolage

Vous pouvez fabriquer vous-même un générateur thermoélectrique. Pour cela, certains éléments sont nécessaires:

• Module capable de résister à des températures allant jusqu'à 300-400 ° C.
• Un convertisseur élévateur dont le but est de recevoir une tension continue de 5 V.
• Réchauffeur sous la forme d'un feu, d'une bougie ou d'une sorte de poêle miniature.
• Glacière. L'eau ou la neige sont les options les plus populaires à portée de main.
• Éléments de connexion. Pour cela, vous pouvez utiliser des tasses ou des pots de différentes tailles.

Les fils entre le transmetteur et le module doivent être isolés avec un composé résistant à la chaleur ou un scellant conventionnel. Il est nécessaire d'assembler l'appareil dans l'ordre suivant:

1. Ne laissez que le boîtier de l'alimentation.
2. Collez le module Peltier sur le radiateur avec le côté froid.
3. Après avoir préalablement nettoyé et poli la surface, vous devez coller l'élément de l'autre côté.
4. Depuis l'entrée du convertisseur de tension, il est nécessaire de souder les fils aux sorties de la plaque.

Dans ce cas, le thermogénérateur pour un fonctionnement correct doit être doté des caractéristiques suivantes: tension de sortie - 5 volts, type de sortie pour connecter l'appareil - USB (ou tout autre, selon les préférences), la puissance de charge minimale doit être de 0,5 A Dans ce cas, vous pouvez utiliser n'importe quel type de carburant.

La vérification du mécanisme est assez simple. Vous pouvez mettre plusieurs brindilles sèches et fines à l'intérieur. Allumez-les et après quelques minutes, connectez un appareil, par exemple un téléphone pour le recharger. Il n'est pas difficile d'assembler un thermogénérateur. Si tout est fait correctement, cela durera plus d'un an en voyages et en randonnées.

Électricité à partir de la chaleur

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Au début du siècle dernier, les inventeurs et les scientifiques étaient déjà bien conscients des avantages que l'utilisation généralisée de l'électricité peut apporter. Cependant, pendant longtemps, il n'y avait aucun moyen de l'obtenir à bon marché en quantités suffisantes. Mais en 1821, un curieux phénomène a été découvert par le scientifique allemand Seebeck.

Si vous prenez un circuit fermé de deux conducteurs différents soudés ensemble et chauffez une jonction et refroidissez l'autre, un courant apparaîtra dans le circuit. Dans ce dispositif étonnamment simple (ils l'appelaient un thermoélément), l'énergie thermique est, pour ainsi dire, directement convertie en énergie électrique.

Dans une cellule galvanique connue bien avant lui, l'énergie était obtenue en dissolvant un métal dans un électrolyte. Ces substances sont assez chères et l'énergie n'était pas bon marché. Le thermocouple est une autre affaire. Il n'est pas consommé lui-même et le carburant est facilement disponible. De plus, il peut être chauffé avec n'importe quoi: le soleil, la chaleur volcanique, les produits de combustion s'échappant à travers le tube du four, etc.

Examinons de plus près certaines de ses propriétés. Un seul thermoélément développe un petit EMF - dixièmes, centièmes de volt. Cependant, sa résistance interne est très faible, par conséquent, le courant généré peut être très important.

Une si belle expérience est connue depuis longtemps. Un électroaimant avec un noyau de fer et un enroulement composé de ... un tour. Mais la bobine est une entretoise en cuivre d'une épaisseur d'un doigt, fermée par un pont en bismuth soudé. Nous chauffons une extrémité de la jonction avec une torche de laboratoire ordinaire, l'autre - nous la refroidissons avec de l'eau. Un courant de milliers d'ampères se produit et un aimant (avec un tour!) Tient la fonte de grand-mère.

Les faibles EMF ne sont pas un problème, les thermocouples se connectent facilement à une batterie avec une connexion en série de centaines ou de milliers de sources.Cela ressemble à un accordéon fait d'alternance de bandes de deux métaux. Un courant fort à une tension modérée de 2-3 volts était le mieux adapté pour une utilisation dans les petits ateliers de galvanoplastie. Il était produit par des générateurs thermoélectriques, ressemblant à un petit poêle au bois, au charbon ou au gaz.

Ils étaient utilisés par les artisans au début du siècle. Il y a eu des tentatives pour résoudre des problèmes encore plus importants. Par exemple, à la fin des années 80 du siècle dernier à Paris, Clouet a construit un générateur thermoélectrique, qui a fourni l'énergie pour 80 «bougies» de Yablochkov. L'efficacité des installations à cette époque ne dépassait pas 0,3%. Il semblerait que très peu, mais toute la chaleur perdue puisse être utilisée pour chauffer la maison, chauffer l'eau ou cuisiner. Des fours de chauffage avec générateurs thermoélectriques intégrés ont également été proposés. Il est curieux que leur installation n'augmente en rien la consommation de combustible pour le chauffage. Après tout, l'électricité, si elle est consommée dans la même pièce, se transformera à nouveau en chaleur!

L'histoire en a décrété autrement. L'électricité s'est avérée beaucoup plus rentable à produire dans les centrales électriques et à distribuer de manière centralisée aux consommateurs. Même au siècle dernier, le rendement des centrales électriques était dix fois supérieur à celui des thermoéléments. Cependant, la simplicité gracieuse, la fiabilité due à l'absence de pièces mobiles en ont fasciné beaucoup. Les tentatives pour augmenter l'efficacité sans une profonde pénétration dans la théorie n'ont pas abouti à un succès sérieux. Les champs électromagnétiques résultent du chauffage des jambes du thermoélément, mais en même temps un flux de chaleur parasite se produit, qui s'écoule inutilement de la jonction chaude vers la jonction froide. En essayant de l'utiliser, ils ont commencé à assembler des cascades de thermoéléments, dans lesquels la jonction la plus froide de l'un chauffe la jonction chaude de l'autre. La température des jonctions chaudes diminue à chaque étage de la cascade. Cependant, en sélectionnant les matériaux qui fonctionnent le mieux dans une plage de température donnée, l'efficacité de l'ensemble du système peut être considérablement augmentée.

Il y a aussi une autre possibilité. C'est ce qu'on appelle la récupération de chaleur. Dirigeons le flux d'air le long de la cascade thermoélectrique de l'extrémité froide à l'extrémité chaude. En même temps, il gagnera des éléments une partie de la chaleur qui les traverse et s'échauffera. Après cela, nous dirigerons l'air chaud dans le four et économiserons une partie du combustible. Toute cette procédure équivaut à une diminution de la conductivité thermique des matériaux thermoélémentaires, et elle ne sera bénéfique que si une partie strictement définie de la chaleur est retirée de chaque élément. Cependant, la régénération n'est perceptible que lorsque les thermoéléments eux-mêmes, inclus dans la cascade, sont suffisamment parfaits.

Dans les années 30, des travaux théoriques dans le domaine de la thermoélectricité ont été menés de manière particulièrement intensive dans notre pays. Ils disent qu'il n'y a rien de plus pratique qu'une bonne théorie. L'académicien A.F. Ioffe a créé une nouvelle théorie des processus se produisant dans un solide. Certains scientifiques respectables l'ont pris avec hostilité, l'appelant «subconscience de la mécanique quantique». Mais en 1940, sur la base de ses découvertes, il était possible d'augmenter l'efficacité du thermoélément de 10 fois. Cela s'est produit en raison du remplacement des métaux par des semi-conducteurs - des substances avec un thermoEMF plus élevé et une faible conductivité thermique.

Au début de la guerre, une "chaudière partisane" a été créée dans le laboratoire d'Ioffe - un générateur thermoélectrique pour alimenter les stations de radio portables. C'était un pot, au fond duquel des thermoéléments se trouvaient à l'extérieur. Leurs joints combustibles étaient en feu et les joints froids, attachés au fond du pot, étaient refroidis par l'eau qui y était versée.

Une sélection rigoureuse des matériaux, l'utilisation de la régénération ont permis à notre époque d'amener l'efficacité du thermoélément à 15%. Au début du siècle, les centrales électriques conventionnelles avaient une telle efficacité, mais maintenant elle a plus que triplé. Il n'y a toujours pas de place pour un thermoélément dans l'ingénierie électrique à grande échelle. Mais il y a aussi une petite énergie. Plusieurs dizaines de watts sont nécessaires pour alimenter une station de relais radio sur un sommet de montagne, ou une bouée de signalisation maritime. Il existe également des endroits isolés où vivent des personnes qui ont besoin d'électricité et de chaleur.Dans de tels cas, des thermoéléments chauffés au gaz ou au carburant liquide sont utilisés. Il est particulièrement intéressant que ces dispositifs puissent être placés dans un petit bunker souterrain et laissés complètement sans surveillance, seulement une fois par an ou moins souvent pour reconstituer l'approvisionnement en carburant. En raison de la faible puissance, sa consommation à n'importe quel rendement est acceptable, et en plus ... il n'y a pas le choix.

Les médecins ont trouvé une application intéressante pour les générateurs thermoélectriques. Depuis plus de deux décennies, des milliers de personnes portent un stimulateur cardiaque implanté placé sous la peau. La source d'énergie pour cela est une minuscule batterie (avec un dé à coudre) de centaines de thermoéléments connectés en série, chauffés par la désintégration d'un isotope inoffensif. Une opération simple pour le remplacer est effectuée tous les 5 à 10 ans.

Au Japon, une montre électronique est produite, dont l'énergie de la chaleur de la main est fournie par un thermocouple.

Récemment, une entreprise italienne a annoncé le début des travaux sur un véhicule électrique avec un générateur thermoélectrique. Cette source d'alimentation est beaucoup plus légère que les batteries, de sorte que le kilométrage d'une voiture thermoélectrique ne sera pas inférieur à celui d'une voiture conventionnelle. (Rappelez-vous que les véhicules électriques peuvent parcourir 150 km avec une seule charge.) On pense qu'au moyen de divers ajustements, la consommation de carburant peut être rendue acceptable. Les principaux avantages du nouveau type d'équipage sont un échappement absolument inoffensif, un mouvement silencieux, l'utilisation du carburant liquide (et éventuellement solide) le moins cher et une très grande fiabilité.

Dans les années 30, les travaux sur les thermoéléments menés dans notre pays étaient largement connus. C'est probablement pourquoi l'écrivain G. Adamov a décrit dans son roman «Le mystère des deux océans» le sous-marin «Pioneer», qui recevait l'énergie des câbles de batterie. Il a donc appelé des générateurs thermoélectriques réalisés sous la forme de longs câbles. Leurs jonctions chaudes à l'aide d'une bouée se sont élevées jusqu'aux couches supérieures de l'océan, où la température atteint 20-25 ° C, et les froides ont été refroidies par de l'eau de mer profonde à une température de 1-2 ° C. le fantastique "Pioneer" est un bateau capable de donner une centaine de points d'avance sur le courant atomique, chargé mes batteries.

Est-ce réel? Il n'y a pas de rapports d'expériences directes de ce type dans la presse. Cependant, quelque chose de curieux est passé. Un générateur thermoélectrique de 1000 kW a été créé, qui génère de l'énergie grâce à la chaleur des sources souterraines chaudes. La différence de température entre les jonctions chaudes et froides est de 23 ° C, car dans l'océan, la densité de 6 kg pour 1 kW est bien inférieure à celle des centrales électriques des sous-marins conventionnels. Sommes-nous à l'aube d'une nouvelle révolution énergétique, une nouvelle ère de l'électricité?

A. SAVELIEV Jeune Technicien 1992 N7