Пельтье термогенератор: Элемент Пельтье или делаем термогенератор.

Элемент Пельтье или делаем термогенератор.

Как осветить стадион одной икеевской свечкой? Конечно же, осветить стадион с одной икеевской свечки не получится. Это недостижимый идеал, но к идеалам принято стремиться.

Сегодня расскажу о поделке-самоделке термоэлектрической кружке.

Много читал об устройствах вырабатывающих электрический ток из тепла, даже пробовал собрать простой термогенератор. К сожалению, не получилось получить более 1,2 вольта — поэтому идея термоэлектричества была отложена до лучших времен. Как то, просматривая список товаров в китайских магазинах увидел недорогой преобразователь напряжения работающий в диапазоне 1-5 вольт и выдающий 5 вольт. Сразу же пришло в голову использовать данный преобразователь в генераторе термоэлектричества.

Ранее, для постройки термогенератора были использованы два радиатора от компьютера подходящего размера, и элемент Пельтье приобретенный на ebay. Конструкция представляла из себя сэндвич из радиаторов, посредине элемент Пельтье посаженный на компьютерную термопасту и зафиксированный по периметру автомобильным высокотемпературным силиконовым герметиком (380 С). Но данная конструкция оказалась громоздкой. К сожалению фото не сохранилось. Получить свыше 1,2 в. не удалось, даже при прогреве нижнего радиатора портативной газовой горелкой.

Для нового термогенератора было решено использовать идею термоэлектрической посуды. Было приобретено две подходящие по размеру кружки из нержавейки, автомобильный высокотемпературный герметик и преобразователь напряжения с 1 в до 5 в. В кружку с более широким дном, на термопасту, был посажен элемент Пельтье и залит по периметру герметиком. Затем была вставлена кружка с менее широким дном, и данная заготовка осталась сохнуть в течении 24 часов под грузом. На следующий день, когда герметик схватился, к выводам элемента Пельтье был припаян преобразователь напряжения. Неожиданно возникла проблема: провода от элемента Пельтье касались внешней кружки, и при использовании кружки на костре, изоляция могла быть расплавлена, что грозило коротким замыканием на корпус кружки, и выходом из строя термогенератора. Не долго думая, зафиксировал провода спичками, прижав их к внутренней кружке и залил оставшееся пространство между кружками гипсом. Конечно же, можно было бы обойтись тем же автомобильным герметиком, но он оказался не настолько текуч, чтобы гарантированно приклеить провода к внутренней кружке, где температура не должна повышаться более 100 С благодаря охладителю-воде. Так же, можно было использовать негорючие изоляторы типа керамических чашечек, что используют в электроплитках, но таковых не оказалось. Вес термогенератора-кружки получился 276,5 гр.

Скорее всего, в походы его брать не буду, есть идеи для v.3.

фото:

Видео генератора в работе, выдает около 100 ма.

Термогенератор на одном элементе Пельтье, зарядит ли он телефон | Энергофиксик

Став активно изучать альтернативные источники энергии, я наткнулся на такую интересную деталь как элемент Пельтье. Сборок термогенераторов, где в основе используется именно он, можно встретить просто огромное количество. Мне стало интересно, можно ли собрать походную установку на одном элементе с возможностью зарядки телефона. Итак, давайте посмотрим, что у меня получилось.

Введение

Если вы не в курсе что такое элемент Пельтье, то вы можете узнать о нем по этой ссылке (не забудьте потом вернуться и посмотреть что получилось). Если же сказать вкратце, то данное изделие активно используется в мобильных охлаждающих установках как основной элемент генерации холода. При подаче на него питания в 12 Вольт одна сторона изделия нагревается, а другая охлаждается.

Мы же будем использовать обратный эффект, когда при нагреве одной пластины и охлаждении другой происходит генерация электрической энергии. Как говорится: поехали.

Первый эксперимент

Теоретическая часть

Так как у нас изделие планируется мобильное, то лепить на него многокилограммовый радиатор с одной стороны и мангал с другой не будем, а остановимся на очень простой (я бы сказал даже примитивной) сборке из пары медных пластин, небольшого компьютерного радиатора и моторчика с пропеллером.

Для того, чтобы совместить моторчик и радиатор проделываем следующие манипуляции:

Примечание. Моторчик был заказан на сайте Алиэкспресс. Запускается он при напряжении 0,4 Вольта, а при напряжении 3,7 - 4, 2 Вольта его потребление составляет 0,08-0,1 Ампера.

После того, как активное воздушное охлаждение будет готово, фиксируем наш элемент Пельтье между алюминиевых пластин, а сверху закрепляем радиатор с активным охлаждением. При этом, конечно, не забываем обрабатывать места соединения термопастой.

Итак, теперь нужно разобраться с нашими проводами. Так как с моторчика выходят довольно короткие два конца, то наращиваем их и изолируем с помощью термоусадочной трубки.

Так как я хочу попробовать заряжать именно сотовый телефон, то нам потребуется повышающий блок до 5 Вольт с выходом USB. У меня был в наличии вот этот модуль:

Он способен поднять напряжение только с 1,5 вольт (надеюсь у меня получится выдавить с элемента необходимое напряжение).

Итак, просто припаиваем концы проводов, выходящие из элемента Пельтье.

Примечание. Для того, чтобы определить какой конец у элемента Пельтье будет минусом, а какой плюсом просто подвергните кратковременному нагреву одну из пластин и с помощью мультиметра проверьте напряжение: черный щуп к черному проводу, красный к красному. Если на дисплее будет значение с минусом, то просто переверните сам элемент Пельтье и нагревайте другую сторону. Тогда напряжение будет соответствовать маркировке проводов (красный - плюс, черный - минус).

Практический опыт

Итак, установка готова приступаем к проверке. Для этого установку поставим на подставку, а внизу зажжем свечи для нагрева.

Скажу сразу, как я не бился, но выше чем 1,1 Вольта я не смог выжать из установки. Поэтому повышающий блок даже не запустился.

Промежуточный итог

Конечно, если использовать повышающий блок с 0,6 Вольт до 2,5 Вольт можно запитать, например, светодиодную лампочку, но вот о зарядке телефона речи вообще не идет.

А все дело (скорее всего) в крайне неэффективном воздушном охлаждении. Давайте все-таки запустим этот повышающий блок.

Эксперимент второй

Итак, я решил заменить неэффективное воздушное охлаждение на водяное.

Воду я специально охладил до почти нулевой отметки и преобразовал установку в следующий вид:

Приступаем

Налив воду и поместив установку на огонь, я получил следующий результат:

Теперь элемент на холостом ходу выдает чуть больше 3 Вольт, а подсоединенный USB тестер показал, что на выходе есть 5 Вольт, но подсоединив телефон я был разочарован.

За полчаса эксперимента индикатор зарядки не сдвинулся ни на один процент.

Выводы

Выполнив два опыта, я пришел к выводу, что зарядить телефон с помощью одного элемента Пельтье просто невозможно, даже сменив воздушное охлаждение на более эффективное водяное. Поэтому на одном элементе Пельтье можно собрать лишь скромную подсветку (ночник) и не более. В следующих статьях я будет проверен в работе термоэлектрический генератор Seebeck, так что присоединяйтесь.

Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком. И спасибо, что уделили свое драгоценное внимание!

Термоэлемент Пельтье термогенератор Зеебека TEC1-27145 SP1848

Термоэлемент Пельтье TEC1-27145 SP1848 используется в ситуациях, когда необходимо охлаждение с небольшой разницей температур или энергетическая эффективность охладителя не важна. Например, элементы Пельтье применяются в ПЦР-амплификаторах (Полимеразная цепная реакция), маленьких автомобильных холодильниках, так как применение компрессора в этом случае невозможно из-за ограниченных размеров, и, кроме того, необходимая мощность охлаждения невелика.

Кроме того, элементы Пельтье применяются для охлаждения устройств с зарядовой связью в цифровых фотокамерах. За счёт этого достигается заметное уменьшение теплового шума при длительных экспозициях (например, в астрофотографии). Многоступенчатые элементы Пельтье применяются для охлаждения приёмников излучения в инфракрасных сенсорах.
Также элементы Пельтье часто применяются для охлаждения и термостатирования диодных лазеров с тем, чтобы стабилизировать длину волны излучения. В приборах при низкой мощности охлаждения элементы Пельтье часто используются, как вторая или третья ступень охлаждения. Это позволяет достичь температур на 30 – 40 Кельвин ниже, чем с помощью обычных компрессионных охладителей (до -80 для одностадийных холодильников и до -120 для двухстадийных).
Для использования термоэлемента Пельтье нужно собрать на его основе макет, подключить питание в полярности, в соответствии с поставленной задачей (нагрев или охлаждение). Если подключать красный проводник элемента Пельтье к позитивному полюсу, а черный к негативному, то сторона с маркировкой будет "холодной", соответственно обратная сторона - "горячей". Если поменять полярность питания, поменяется направление "перекачки" тепла (холода), т.е. можно простым переключателем превратить его из холодильника в нагреватель. Чем эффективнее будет отвод тепла с горячей стороны, тем эффективнее будет охлаждение.
Устройство термоэлемента Пельтье TEC1-27145 SP1848:

Термоэлемент TEC1-27145 SP1848 можно использовать в качестве термогенератора. Для этого необходимо одну сторону термоэлемента охлаждать, а другую нагревать. При разнице температур между холодной и горячей сторонами термоэлемента, возникает разница электрических потенциалов и появляется ЭДС. Чем больше разница температур, тем выше выходная мощность.
Абсолютные параметры:

• Выходное напряжение при разнице температуры 100°C: 4,8 В;
• Максимальный выходной ток при разнице температуры 100°C: 669 мА.
• Но на практике удается получить с этого элемента немного больше 1 Вт выходной мощности.

Характеристики:

модель: TEC1-27145 SP1848;
вид модуля: однокаскадный;
максимальная температура горячей стороны без отвода тепла: 50°C;
максимальное выходное напряжение: 4,8 В;
максимальный выходной ток: 669 мА;
максимальная выходная мощность: 3,4 Вт;
реальная выходная мощность: немного больше 1 Вт;
длина проводов: 270 мм;
размеры: 40 x 40 х 4 мм;
вес: 22 г.

ВАЖНО: категорически запрещается допускать нагрев "горячей" стороны термоэлемента выше 50 градусов иначе через 1 - 2 минуты работы, без отвода тепла, термоэлемент выгорит (выйдет из строя). При проектировании обязательно выбирайте радиатор, способный рассеять выделяемое тепло. По возможности контролируйте температуру "горячей" стороны термоэлемента любыми доступными Вам средствами (термопара, терморезистор т.п.).

Даташит.

Смартфоны зарядят пламенем свечи

Candle Charger способен зарядить два IPhone за 6 часов при помощи воды и свечки.

Фотография: Team FlameStower / kickstarter.com

На краудфандинговой платформе Kickstarter началась кампания по сбору средств на производство походных портативных зарядных устройств, использующих для получения энергии термоэлектрический эффект. Для зарядки двух IPhone в походных условиях с этим прибором потребуется одна свеча, шесть часов времени и терпение подливать по 150 миллилитров воды в емкость каждые полчаса. Подробности опубликованы на странице проекта.

Зарядка телефона.

Изображение: Team FlameStower / kickstarter.com

Устройство называется Candle Charger. Оно состоит из лампы-подставки, куда вставляется специальная свеча (Stove candle), емкости для воды и элемента Пельтье, а также электроотвода с USB-портом. Разработчики планируют продавать прибор по 75 долларов за штуку.

Схема устройства.

Фотография: Team FlameStower / kickstarter.com

Фактически это устройство является простейшим термоэлектрическим генератором, основанным на эффектах Зеебека и Пельтье – в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных  разнородных проводников, контакты которых находятся при различных температурах, возникает электрический ток. Огонь служит для нагрева, а вода для охлаждения.

Термогенератор на элементах Пельтье.

Изображение: Wikimedia Commons

Создатели устройства гарантируют стабильную мощность в 2,5 Вт с пиковыми значениями в 3,3 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы подзарядить в походных условиях несколько электронных гаджетов.

Ранее в 2013 году эта же группа разработала аналогичный прибор для подзарядки электрических устройств от открытого огня, однако столкнулись с просьбами создать и полностью автономную зарядку, так как в условиях похода не всегда возможно добыть топливо. За 150 долларов можно будет купить оба устройства в одном наборе.

В СССР во время Великой Отечественной войны разрабатывались аналогичные технологии для нужд диверсионных отрядов и партизан. Советский физик Юрий Маслаковец разработал термогенератор в виде походного солдатского котелка (ТГ-1). Его мощность достигала 10 Вт, что позволяло регулярно заряжать батареи переносных  радиостанций. В пятидесятые годы в СССР выпускались и домашние термогенераторы для неэлектрифицированных районов (ТГК-3), которые одевались поверх керосиновой лампы и давали достаточно тока для работы радиоприемников. 

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Для понимания законов электродинамики, электрики и физики, нужно знать, что такое элемент, модуль Пельтье как генератор электрической энергии. О понятии, технических характеристиках, принципе работы и правильном применении модуля для генератора рассказано далее.

Что такое элемент и термогенератор Пельтье

Элементом Пельтье называется термоэлектрический тип преобразователя, который базируется на температурной разности при протекании электричества. Суть открытого в 1834 г. эффекта в том, что тепло выделяется или поглощается в участке контактирования разнородных проводников, подключенных к электричеству.

Что собой представляет элемент Пельтье

К сведению! По этой теории электрический ток осуществляет перенос электронов между металлами. Если увеличить кинетическую энергию, то она превратится в тепловую.

Устройство, преобразующее кинетическую энергию в тепловую

Элемент Пельтье в качестве генератора энергии

Термоэлектрический модуль Pelty может выступать как электрогенератор Пельтье при принудительном нагревании одной из его частей. Чем больше показатель температурной разности, тем выше показатель тока источника.

Предельный температурный показатель ограничен, но может быть выше, чем точка припойного плавления, используемая в конструкции модуля. Несоблюдение данного требования приводит к тому, что элемент Пельтье ломается.

Для термогенераторного производства применяют специальный тип модулей, где есть тугоплавкий припой. Их можно подогревать до температурного показателя 300 °С. По сравнению с обычным генератором эта температура в два раза больше. Потому коэффициент полезного действия в подобных устройствах невысок, их используют лишь тогда, когда невозможно применить результативный электроисточник.

Генератор электроэнергии популярен среди путешественников

Обратите внимание! Генераторы с мощностью 10 В популярны у туристов, путешествующих на дальние расстояния. Крупные, мощные постоянные устройства, которые работают от высокого температурного топлива, применяют, чтобы питать газораспределительные узлы, метеорологическую аппаратуру.

Технические характеристики элемента Пельтье

Термические электрические модули обладают следующими характеристиками:

• производительность холода;
• максимальный температурный перепад;
• допустимая сила тока, которая нужна, чтобы обеспечить максимальный температурный перепад;
• предельное напряжение в киловаттах, которое необходимо току для достижения пиковой разницы;
• внутренний показатель сопротивления модуля resestance, указываемый в Омах;
• коэффициент эффективности или КПД устройства, которое показывает отношения охлаждения к мощности.

Усредненные технические характеристики

Обратите внимание! Подобные характеристики распространяются и на миниатюрные установки, малые электрогенераторы, холодильные системы охлаждения персональных компьютеров, охлаждающие/нагревающие водные кулеры и осушители воздуха.

Принцип работы элемента Пельтье

Любой термоэлектрический модуль работает на разности электронной энергии, то есть один проводник — область, где есть высокая проводимость, а второй — место, где низкая проводимость. Если соединить такие источники вместе и пропустить через них заряд, то электрону для прохождения низкоэнергетической области в высокую, нужно подкопить электроэнергии. Та область, где осуществляется энергопоглощение электроном, охлаждается.

Принцип работы

Важно! При изменении полярности подключения элемента вместо охлаждения будет происходить нагревание. Данный эффект наблюдается у любого элемента, но конкретные следы элемента Пельтье будут видны на полупроводниках.

Как правильно применять модуль Пельтье для генератора

Применять модуль Пельтье можно, как термоэлектрогенератор Teksan Colorful, для охлаждения процессора, комнаты, воды. Используется он нередко как кислородный осушитель. Подключить модуль несложно. На провода нужно осуществить подачу постоянного напряжения, значение которого есть на элементе. Красный проводник следует подключить к полюсу, а черный — к нулевому проводнику. Таким образом прибор начнет работу на охлаждение. Если поменять полярность оборудования, то поменяется местами охлаждаемая и нагреваемая поверхности.

Правильное применение модуля для генератора

Обратите внимание! Проверить, функционирует элемент или нет, несложно. До него нужно прикоснуться к нему с разных сторон. Работающий аппарат будет иметь одну горячую, а вторую — холодную область.

Таким образом, элементом Пельтье называется термоэлектрический преобразователь, который работает на температурной разности при протекании электрической энергии. Термогенератор, построенный на технических характеристиках и принципе его функционирования, имеет широкое применение на производстве и в жизни. Использовать его можно по приведенной выше инструкции.

Применение элементов Пельтье. Лайфхак для любопытных

Эффекты Пельтье и Зеебека на данном этапе становления альтернативной энергетики заинтересовали ученых как возможный перспективный метод получения электричества. Единственной сложностью, тормозящей промышленное использование подобных элементов, является их низкий КПД.

Элементы Пельтье широко используют с целью охлаждения приборов малых габаритов. К основной сфере применения данного эффекта можно отнести мелкую электронику, портативные авто-холодильники и кондиционеры. Неоспоримым преимуществом элементов Пельтье среди прочих является его экономичность в вопросах потребления электроэнергии. Известно также, что элементы способны не только охлаждать или нагревать предметы, поглощая энергию, но и функционировать в обратном направлении. Именно выработка тока посредством нагревания или охлаждения больше всего интересует ученых.

Если учесть тот факт, что в повседневной жизни мы довольно часто сталкиваемся с тем, что выработанная каким-либо прибором тепловая энергия уходит в никуда, то использование элементов Пельтье в данном случае кажется единственно верным.

Элемент Пельтье состоит из двух полупроводников и керамической пластины между ними. Приобрести такие элементы не составляет труда, ведь китайские производители, к примеру, реализовывают их прямо в интернете по цене два-три доллара. Естественно, одного элемента даже для мелкого бытового использования будет недостаточно, но если скомпоновать определенное количество элементов воедино, можно получить достаточно неплохой результат.

Применять данные элементы можно как в помощь охлаждающим приборам, так и для выработки небольшого количества энергии. В интернете можно встретить множество инструкций по созданию замысловатых приборов, мы же остановимся на самом простом и понятном, но от того не менее полезном.

Итак, термогенератор. Для его создания понадобится несколько элементов Пельтье, нагревающий элемент и, соответственно, охлаждающая конструкция.

Так как ток элементы вырабатывают благодаря разности температур, нам также понадобится средство для изоляции сторон друг от друга (то есть разграничение тепла и холода). В качестве такого средства выступит термопаста, используемая в ноутбуках для предупреждения перегрева процессора. Для начала следует соединить между собой элементы Пельтье при помощи пасты.

В качестве охлаждающего элемента можно смело использовать радиатор охлаждения с вентилятором от старого компьютера.

Нагревательным элементом может стать самая простая конструкция: емкость с подсолнечным маслом и угольный фитиль, который собственно и будет гореть, создавая высокую температуру для одной из сторон. После сбора конструкции воедино следует подключить ее к преобразователю тока. Термогенератор будет выдавать около 6-8 вольт, а преобразователь помогает подать 5 вольт для работы необходимых вам девайсов.

Когда загорается пламя горелки, устройство начинает функционировать. Первые выработанные термогенератором 1,5-2 вольта приводят в действие так называемую систему охлаждения, то есть запускают вентилятор.

Такая конструкция может использоваться в походе для подзарядки мелких гаджетов, радио или горения лампочки.

Данный пример устройства отражает принципы выработки электроэнергии при помощи элементов Пельтье. Увеличивая количество элементов и габариты установки можно добиться значительного увеличения коэффициента полезного действия прибора. В дальнейшем термогенерация может стать отдельной процветающей областью альтернативной энергетики, а пока знание несложных взаимосвязей и принципов эффекта Пельтье может помочь в быту и скрасить трудности походной жизни.

Термогенератор | Путешествуем

 

Первые эксперименты с тремя элементами «Пельтье – Зеебека» показали, что получать электричество из тепловой энергии можно, нужно только увеличить количество самих термоэлементов и продумать систему нагрева и отвода тепла. Но все оказалось не так просто…
 

- Проблемы и их решение -

 

Засада №1. Бюджетные элементы имеют приличное внутренне сопротивление, порядка 3 – 4 ом, и получить сколько нибудь серьёзных токов не представляется возможным. При последовательном соединении 12 элементов Rвутр = 40-50 ом. и максимальный ток  0,4-0,5 ампера. Обойти эту проблему можно с помощью преобразователей, но у них есть КПД, и терять лишние миллиамперы неохота. Других решенеий с применением бюджетных элементов пока нет.
Засада №2. Элементы имеют разницу в толщине. Разница в несколько соток, но прижать равномерно 12 элементов не получается – либо раздавить высокие, либо оставить без теплового контакта низкие. Вопрос решился применением листовых термопрокладок «Номакон», которые компенсировали разницу высот. Итого: на «холодную» сторону нанесена термопаста GD900, на «горячую» установленна подложка КПТД-2 толщиной 0,18 мм. Стоит не дорого, брал здесь
Засада №3. Что бы уменьшить теплопередачу внутри, от горячей стороны к холодной по воздуху, минуя сами термоэлементы, необходимо размещать их как можно плотнее, чему препятствуют толстые провода самих элементов. Толстые, и сечением меди, и толщиной самой изоляции. Выход – менять штатные провода на фторопласт МГТФ-0,35. с тонкой изоляцией. Для холодильника сечение конечно впритык, но для генерации самый то, токи то с Гулькин…
Засада №4. Равномерно прижать 12 элементов малым количеством винтов не получилось. Пластины толщиной 6 и 10 мм. изгибаются, плёнка поднимается, тепловой контакт ухудшается. Пришлось ставить винты в каждый угол, всего 22 шт. По такому количеству винтов тепло будет шустро «перебегать» с горячей пластины на холодную, минуя сами элементы. Посему термоизоляция каждого винтика. Листового фторопласта под ногами не валялось, сделал из стеклотекстолита.
Засада №5. Всплыла неожиданно, когда возникла идея сделать термогенератор 2-х режимным, с использованием в качестве автохолодильника и собственно самого генератора тока. Электрически это решено при помощи 2-х разьемов подключения – на «холод» с параллельными перемычками внутри, на генерацию с последовательными. Меняем разъём, снимаем вентиляторы получаем термогенератор. Ставим другой разъём – имеем холодильник. Использовать все 12 элементов на холод лишнего – каждый кушает 3-4 ампера, соотв. 40 ампер току всего, вполне достаточно 3-х штук. Так и сделал: потребление 8-10 ампер, холодит хорошо и без нижнего вентилятора даже обмерзает. Но недолго, минут через 10-15 обе пластины начинают интенсивно разогреваться. Причина в следующем: те «лишние» 9 элементов, которые не запитаны и не участвуют в работе на холод, становятся хорошим проводником тепла с горячей стороны на холодную. Стоит прогреться верхнему радиатору, и тепло побежало обратно в холодильник. Вопрос решился подключением – на генерацию элементы включены последовательно, на холод – параллельно 6 групп по 2 последовательно соединенных элемента в группе. Итого в обоих режимах работают все 12 элементов, только на холод в «пол-накала». Обесточенных «паразитов», передающих просто так тепло нет, и все заработало нормально. Схема соединений элементов ниже.

 

- Изготовление -

 

Элементы использованы SP 1848 27145 SA в количестве 12 штук с максимальная температурой 150°. Пластины из Д16. Размеры пластин – 160х190 мм. Толщина нижней «холодной» 10 мм., верхней «горячей» – 6 мм.

Термоэлементы Зеебека 40х40х4 мм.

Термостойкий герметик до 285 град.

Схема соединений элементов

Верхняя «горячая» пластина Д16 6 мм.

Нижняя «холодная» пластина Д16 10 мм.

Размещение и пайка по схеме

Пустоты между элементами заполнены термостойким герметиком «SOUDAL», по периметру рамка из стеклотекстолита, стягивающие винты через теплоизолирующие шайбы. Вообщем идти теплу, кроме как через сами термоэлементы, негде.

Заливаем термостойким герметиком

Теплопроводящая плёнка 0,18 мм

Собираем термогенератор

Крепёж из нержавеющей стали, так как нижняя часть будет погружаться в воду. По этой же причине радиаторы выбраны 55 мм. Нагреть верхнюю часть углями значительно проще чем отводить тепло снизу, поэтому нижняя пластина толще и теплопередача идёт через пасту. Выравнивающая прокладка установлена на верхней, горячей стороне.

Теплоизолирующие шайбы 22 шт.

Весь крепёж нержавеющий

Стеклотекстолитовые шайбы

Радиаторы генератора 75х150х55, холодильника 150х150х13. Для улучшения теплопередачи поверхности притирались.

Радиаторы термогенератора

Радиатор холодильника 150х150х13 мм.

Пришлось немного притирать

Режим термогенератора: Здесь собранный термогенератор, вид сверху и снизу, и два разъёма подключения. Размеры генераторной пластины 160х190х20 мм. Для получения небольшого напряжения, либо зимой, можно пользоваться без радиаторов. Но тепло быстро перебегает на другую сторону, и все же лучше их поставить.

«Холодная» сторона термогенератора

«Горячая» сторона термогенератора

Разъёмы для 2-х режимов работы

Генератор-холодильник в разборе

Разъём свободно держит 3А на один контакт

От тепла ладони 2,8 вольта

В режиме генерации охлаждать вентилятором бессмысленно – кулер заберёт половину полученной знергии, поэтому нижняя часть погружается в емкость с водой или в ближайшую лужу. Сверху котелок с кипятком, углями или небольшим костром. Встроенный вольтметр кроме самой напруги косвенно говорит о разнице температур между пластинами.

Чуть подогрели — около 5 v

Зарядный ток 45 ma. Перепад темп 50 град.

Встроенный в разъём вольтметр

Режим автохолодильника; навешиваем вентиляторы, меняем разъём на «холод» и вставляем в термос. В качестве корпуса использована емкость объёмом 40 литров. Термос изнутри оклеен двумя слоями 10 мм. утеплителя.

Собран как холодильник

Собран как холодильник

Собран как холодильник

В режиме охлаждения работают все 12 элементов по последовательно-параллельной схеме. При напряжении 14 вольт ток потребления 8 ампер. Мощность потребляемая холодильником от бортсети автомобиля около 100 вт.

Пробуем в режиме холодильника.

Вставляем в термос

Автохолодильник готов

 

- Тестирование -

 

Серьёзного тестирования пока не проводил, разовые замеры таковы: В режиме генерации максимальное напряжение без нагрузки 25-30 вольт, ток КЗ = 0,5-0,6 ампера. В режиме «холод» при +15С на улице холодная пластина была около нуля.

Зарядный ток 45 ma. Перепад темп 50 град.

Радиатороы то же на термопасту

Пасту наносим тонким слоем

Тестируем через преобразователь DC-DC

Тест снимаем на видео

Минимум — 10,6 град, на улице 25 град.

 

Видео: Тестирование термогенератора на ХХ и зарядку штатного аккума Патриота

 

Видео: Зарядка планшета в походе

 

Солнечные батареи Ветрогенератор Термогенератор

Разработайте наилучшую возможную термоэлектрическую генераторную систему

Блог Tecteg 2020-11-30T08: 52: 45 + 00: 00

Разработать лучшую возможную термоэлектрическую генераторную систему?

1. Для
   потребуется хорошо спроектированная мойка для жидкости. Не просто мойка для жидкости, а конструкция с низким расходом (менее 2 литров в минуту). Такой низкий расход снизит потребляемую мощность насоса. Поток должен быть параллельным, а не последовательным, чтобы сохранить DT для всех модулей, установленных на приемнике жидкости.Параллельный поток позволяет всем модулям подвергаться воздействию одинаковой входной тепловой температуры. Это важное соображение при проектировании, потому что, если один модуль подвергается воздействию повышенных температур холодной стороны и он включен последовательно с другими модулями, этот модуль будет влиять на выходную мощность для этого массива или группы модулей.

1. 1. Для горячей стороны TEG требуется наилучший поглотитель тепла с большой площадью поверхности, если это возможно, или анодированная пластина для приема и поглощения максимального теплового потока, прежде чем он пройдет и уйдет в окружающую среду. У вас всегда будет теплоотвод в атмосферу, хитрость заключается в том, чтобы максимально ограничить эту потерю. Плотный радиатор с множеством плотно расположенных (анодированных) ребер - лучший, но не всегда возможный. В корпусе радиатора тепло поглощается и концентрируется рядом с массивом модулей, ограничивая прохождение теплового потока к поверхностям горячей стороны модулей, чем короче путь, тем лучше. Если путь тепла слишком длинный, то тепловое сопротивление материала ограничит его способность достичь своей цели и рассеяться в окружающую среду, прежде чем он сможет полностью адсорбироваться.

1. 1. TEG Module Необходимо выбрать правильный модуль для проекта. Не используйте модуль Пельтье, если, например, вы хотите производить большое количество энергии (достаточное для зарядки сотового телефона). Они не предназначены для производства электроэнергии Seebeck. Используйте модули TEG с особыми характеристиками TEG1 серии для 320 ° C и ниже серии TEG1-PB для приложений выше 250 ° C до 320 ° C, модули CMO Cascade до 600 ° C и вскоре до 750 ° C.И только оксид CMO до 800 ° C.

1. 1. Выбор модуля серии TEG1 Если вы разрабатываете приложение с максимальной температурой горячей стороны 320 ° C, используйте TEG1-12610-5.1, TEG1-4199-5.3, TEG1-1263-4.3 или TEG1-12611 -6,0 для жидкостного охлаждения. Это потому, что эти модули быстрее передают тепло, потому что они тоньше. Меньше полупроводников термически более быстрый тепловой поток. А поскольку жидкость может быстро отводить большие тепловые потоки, это означает больший тепловой поток, что приводит к увеличению производства энергии.Если в конструкции используется воздушное охлаждение с радиатором и вентилятором, используйте ТЭГ1-12610-4.3, ТЭГ1-1268-4.3 и ТЭГ1-12611-8.0.

1. 1. Выбор серии TEG1 TEG1B-12610-5.1 - полупроводник Boutique. В частности, разработан для очень высоких температур горячей стороны в диапазоне от 260 ° C до 320 ° C. Эти температуры легко достигаются, когда у вас есть большой источник высокой температуры, но вы используете только несколько (4) модулей в своей конструкции, И используете радиатор и вентилятор.Два фактора объясняют, почему это утверждение верно. Во-первых, радиатор не может отводить много тепла; горячая сторона остается горячей, потому что тепловой поток ограничен методом отвода. Во-вторых, поскольку вы используете пару модулей, они не могут передавать большое количество тепла сами по себе, поэтому поглощающая пластина не потеряет свою температуру, и разница между температурой источника и горячей пластиной системы ТЭГ будет очень близкой.

1. 1. Выбор серии ТЭГ1-ПБ ТЭГ1-ПБ-12611-6.0 эти модули оптимизированы для работы при температурах в диапазоне от 250 ° C до 340 ° C и обеспечивают идеальную производительность, когда требуется сложная конструкция с большим источником тепла и требуется большая мощность. Это может быть достигнуто с помощью проточной воды и прямого контакта дров с горячей стороной. Нет барьеров из стали или чугуна, поскольку эти материалы создают большое сопротивление тепловому потоку.

1. 1. Модуль ТЭГ на базе CMO требуется, когда у вас есть источники тепла выше среднего.Примерами являются инсинераторы и факельный газ с буровых площадок или выпускных коллекторов непосредственно от газового двигателя легкового или грузового автомобиля. Каскадный или оксидный термоэлектрический модуль CMO использует преимущества этих источников тепла и способен выдерживать такие сверхвысокие температуры, когда другие модули могут быстро выйти из строя.

1. 1. Smart MPPT Charger Для питания системы ТЭГ требуется метод регулирования. В идеале наилучший КПД термоэлектрического генератора ТЭГ - это когда сопротивление массива модулей меньше или равно сопротивлению нагрузки.Нагрузкой является либо аккумуляторная батарея, либо двигатели, фары и т. Д. Это критично для максимальной выработки энергии. Без этого интеллектуального контроллера / зарядного устройства практически невозможно добиться максимальной эффективности от генератора ТЭГ. Также очень важно разработать наименьшее количество модулей, соединенных последовательно, чтобы снизить сопротивление Ом до минимума.

1. Состояние батареи Если батареи, которые вы используете, старые, не могут принимать заряд и имеют высокое сопротивление, не имеет значения, насколько хорошо работает ваша система ТЭГ, вы не сможете полностью зарядить свои батареи.Очень важно поддерживать ваши батареи в рабочем состоянии, чтобы они работали наилучшим образом. Системы ТЭГ идеально подходят для продления срока службы батарей, поскольку они постоянно заряжаются, а срок службы батарей увеличивается на 20–30%. Постоянная зарядка аккумулятора продлевает срок службы. В отличие от солнечной, которая заряжает батареи только на короткий период времени. Батареи разряжены, и их необходимо перезарядить. Этот процесс подъема и опускания сокращает срок службы батарей. Сокращение циклов понижения напряжения снижает накопление сульфата в батарее, продлевая срок ее службы.

Power Generation - термоэлектрический

Выходная мощность (P _o ) модуля в ваттах составляет:

P _o = R _L x

Возможно, но маловероятно, что в рамках данного применения генератора будут существовать точные условия, при которых один модуль будет обеспечивать точную желаемую выходную мощность. В результате большинство термоэлектрических генераторов содержат ряд отдельных модулей, которые могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или последовательно / параллельно.Типичная конфигурация генератора показана на рисунке (13.2). Этот генератор имеет общее количество модулей NT с количеством модулей, подключенных последовательно, и количеством модулей, подключенных параллельно. Общее количество модулей в системе:

NT = NS x NP

Рисунок (13-2)

Типовой термоэлектрический генератор

с последовательно-параллельным расположением модулей

Ток (I), проходящий через сопротивление нагрузки R _L , составляет:

	NS x S M x DT
I =	__________________
	NS x R M
	_____________ + R L
	НП

Выходное напряжение (В _O ) от генератора в вольтах составляет:

Выходная мощность (P _O ) генератора в ваттах составляет:

	NT x (S M x DT) 2 _________________ 4 x R M
P O = V O x I =

Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор в ваттах составляет:

КПД (E _g ) генератора:

P _O
E _г = ——— x 100%
Qh

Максимальный КПД достигается, когда внутреннее сопротивление генератора (R _GEN ) равно сопротивлению нагрузки (R _L ). Сопротивление генератора:

NS x R _M
R _GEN = —————
NP

13.3 ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ: Чтобы проиллюстрировать типичный процесс проектирования, давайте проанализируем потребность в термоэлектрическом генераторе на 12 В, 1,5 А. Генератор необходим для питания телеметрической электроники на удаленном нефтепроводе, где горячая, непрерывно текущая нефть создает температуру корпуса трубы 130 ° C.Проточная вода (имеющая температуру 10 ° C) также доступна на удаленном участке, и было определено, что эффективный радиатор с водяным охлаждением может поддерживать температуру +30 ° C на холодной стороне генератора TE. используйте уравнения из раздела 11, чтобы получить значения SM, RM и KM для наших расчетов.

Чтобы начать процесс проектирования, мы рассмотрим параметры системы и сделаем некоторые предварительные расчеты.

Дано:

T _h = + 130 ° C = 403.2 ° K
T _c = + 30 ° C = 303,2 ° K
V _o = 12 вольт
I = 1,5 ампера

Для этого:

T _av = (T _h + T _c ) / 2 = (403,2 + 303,2) / 2 = 353,2 ° K
R _L = V _o / I = 12 / 1,5 = 8,0 Ом
P _o = V _o x I = 12 x 1,5 = 18 Вт
DT = T _h -T _c = 403.2 - 303,2 = 100 ° К

Обычно желательно выбирать термоэлектрический модуль с относительно «высокой мощностью» для генераторов, чтобы минимизировать общую стоимость системы. По этой причине мы выберем модуль на 127 пар, 6 ампер, который будет использоваться в нашем дизайне.

При расчете SM, RM и KM для выбранного нами модуля на 127 пар, 6 ампер, при Tav = 353,2 ° K получены следующие значения:

S _M = 0,05544 В / ° K
R _M = 3.0994 Ом
K _M = 0,6632 Вт / ° K

Требуемая мощность нагрузки была рассчитана как 18 Вт. Теперь необходимо определить минимальное количество модулей, необходимых для удовлетворения этого требования к нагрузке. Максимальная выходная мощность от одного модуля:

	(S M x DT) 2	(0.05544 x 100) 2
P макс. =	____________ =	______________	= 2,479 Вт
	4 x R M	4 х 3.0994

Минимальное количество необходимых модулей:

	P o —— P макс	18 = ——— = 2,479
NT мин =			7.3 »8

Поскольку максимальная эффективность генератора достигается, когда R _GEN = R _L , для большинства приложений желательно выбрать конфигурацию последовательного / параллельного модуля, которая наилучшим образом приблизит этот баланс сопротивлений. Одним из возможных исключений для выравнивания R _GEN с R _L является ситуация, когда требуется относительно низкий ток (в миллиамперном диапазоне) и умеренное напряжение. В этом случае соединение всех модулей электрически последовательно может дать наилучшие результаты.Однако имейте в виду, что максимальное выходное напряжение от генератора будет получено от группы модулей с прямым последовательным соединением только тогда, когда сопротивление нагрузки значительно превышает внутреннее сопротивление генератора.

В качестве отправной точки при оценке любого термоэлектрического генератора часто бывает полезно сначала изучить конфигурацию с прямым последовательным соединением. Сопротивление последовательной цепочки из восьми модулей составляет:

R GEN =

NS x R M ————— = NP

8 х 3.0994 ————— 1

= 24,8 Ом

Видно, что сопротивление генератора 24,8 Ом значительно выше, чем сопротивление нагрузки 8,0 Ом, что указывает на то, что прямое последовательное соединение модулей, вероятно, не лучший вариант. Для условий всех серий, где NS = 8 и NP = 1, выходное напряжение составляет:

В группе из восьми модулей следующая наиболее логичная конфигурация соединения - это две параллельные цепочки по четыре модуля, т.е.е., NS = 4 и NP = 2. Сопротивление генератора для этой конфигурации, таким образом, составляет:

R GEN =

NS x R M ———— = NP

4 x 3,0994 ———— 2

= 6,2 Ом

Хотя значение R _GEN 6,2 Ом не совсем соответствует значению 8.Сопротивление нагрузки 0 Ом, это значение обычно считается находящимся в удовлетворительном диапазоне. В любом случае, это наиболее близкое соответствие сопротивления, которое может быть получено с выбранным типом модуля. Напряжение для этой схемы (12,49 В) рассчитывается следующим образом:

Теперь мы можем видеть, что Vo довольно близко к желаемому значению, и очевидно, что мы получили оптимальную последовательную / параллельную конфигурацию. Если требуется «точная настройка» Vo, это необходимо будет выполнить либо с помощью некоторой формы электронного регулирования напряжения, либо путем внешнего изменения применяемого перепада температур (DT).В некоторых случаях будет обнаружено, что выходное напряжение значительно выходит за пределы допустимого диапазона, несмотря на попытку всех возможных последовательностей / параллельных комбинаций. В этом случае может потребоваться использовать альтернативный термоэлектрический модуль, имеющий другой номинальный ток и / или количество пар.

Теперь можно завершить анализ конструкции, определив уровни мощности и КПД. Поскольку мы установили Vo, выходную мощность (Po) можно просто вычислить:

(V _o ) ² (12.49) ²
P _o = ——— = ——— = 19,5 Вт
RL 8,0

Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор составляет:

КПД генератора (Eg) составляет:

E г =

P o —— Q h

х 100% =

19.5 ——— 657,5

x 100% = 2,97%

Тепло, передаваемое радиатору холодной стороны (Qc), составляет:

Q _c = Q _h - P _o = 657,7 - 19,5 = 638,2 Вт

Максимально допустимое тепловое сопротивление (Qs) радиатора холодной стороны составляет:

(Qs) =

T подъем ————— = Q c

30–10 ° C —————— = 638.2

0,031 ° C / Вт

Для любой конструкции термоэлектрического генератора всегда желательно максимизировать применяемую разность температур, чтобы минимизировать общее количество модулей в системе. Эта ситуация хорошо видна на рисунке (13.3). Требования к модулям для типичного 12-вольтового генератора с силой тока 1 ампер представлены на графике при нескольких фиксированных значениях Th, основанных на использовании 127-парных 6-амперных модулей TE.Из этого графика видно, что требуется очень большое количество модулей, когда температура холодной стороны (Tc) высока и, следовательно, перепад температур небольшой. Производительность радиатора с холодной стороны имеет первостепенное значение, и его тепловое сопротивление должно быть чрезвычайно низким. Во многих случаях конструкция теплоотвода с холодной стороны оказывается самой сложной инженерной проблемой.

Рисунок (13-3)

Общее количество 127 пар модулей по 6 ампер, необходимых для 12-вольтового термоэлектрического генератора мощностью 1 ампер

13.4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ В КАЛОРИМЕТРЕ : Менее, но жизнеспособное применение термоэлектрических модулей, работающих в режиме выработки электроэнергии, заключается в создании калориметров. В обычном калориметре для измерения тепла используются обычные термопары, основанные исключительно на эффекте Зеебека. Благодаря использованию термоэлектрического охлаждающего модуля с несколькими парами можно изготовить калориметр, имеющий чувствительность (выходное напряжение на единицу плотности теплового потока) в 10–200 раз большую чувствительность стандартной термопары медь-константин.При использовании в калориметре термоэлектрический модуль часто называют термобатареей. Выходное напряжение холостого хода (В) одной термоэлектрической пары, как описано в параграфе 13.2 и показано на рисунке (13.1), составляет:

В = S x DT

Где :

В = выходное напряжение пары в вольтах
S = средний коэффициент Зеебека в вольтах / ° K
DT = разница температур в паре в ° K, где DT = Th-Tc

Для реального модуля TE, имеющего несколько пар и коэффициент Зеебека SM, выходное напряжение (Vo) составляет:

V _o = S _M x DT

Тепловой поток через ТЭ или «термобатарею» составляет:

	K M x V o ————— S M
Q = K M x DT =

Где :

Q = тепловой поток в ваттах
KM = теплопроводность модуля в ваттах / ° K

Общая площадь поперечного сечения (AM) всех элементов в модуле составляет:

A _M = A x N

Где :

AM = общая площадь всех элементов модуля в см ²
A = площадь поперечного сечения одного элемента в см ²
N = общее количество элементов в модуле

Плотность теплового потока (q) в Вт / см ² составляет:

q =

K M x DT ————— = A M

K M x V o ————— S M x A M

Большинство стандартных термоэлектрических охлаждающих модулей могут использоваться в калориметрах, но улучшенная чувствительность может быть реализована путем изменения отношения длины к площади (L / A) элементов ТЕ.Относительно большое отношение L / A, приводящее к высокому и «тощему» элементу, обеспечивает наилучшую чувствительность калориметра. Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, рассмотрим следующее:

Чувствительность модуля как калориметра (Sc) составляет:

S c =

V o ————— q

S M x A M = ————— K M

Было замечено, что чувствительность (Sc) прямо пропорциональна коэффициенту Зеебека (SM) и общей площади поперечного сечения (AM) и обратно пропорциональна теплопроводности (KM).Переписав приведенное выше уравнение относительно теплопроводности (k) вместо теплопроводности (KM), мы получим:

S c =

S M x A M ————— k x N x A / L

Поскольку N x A = AM, выражение можно переформулировать как:

S c =

S M x L ————— k

Из этого уравнения очевидно, что чувствительность калориметра напрямую связана с длиной (L) элемента, и поэтому желательно выбирать термоэлектрический модуль с максимально возможным соотношением сторон элемента.Имейте в виду, что существуют практические ограничения на геометрию элемента из-за хрупкости кристаллического материала теллурида висмута. Однако, работая в этих пределах, можно изготавливать специальные модули, которые особенно подходят для использования в калориметрах.

Высокопроизводительный переносной термоэлектрический генератор с функциями самовосстановления, утилизации и реконфигурации в стиле Lego

Abstract

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются отличным кандидатом для питания носимой электроники и «Интернета вещей» благодаря своим возможностям прямого преобразования тепла в электрическую энергию.Здесь мы сообщаем о высокопроизводительном переносном ТЭГ с превосходной растяжимостью, самовосстановлением, возможностью повторного использования и реконфигурируемостью, подобной Lego, за счет объединения модульных термоэлектрических чипов, динамического ковалентного полиимина и текучей жидкометаллической электропроводки в конструкции механической архитектуры « мягкие материнские платы - жесткие подключаемые модули ». Достигнуто рекордно высокое напряжение холостого хода среди гибких ТЭГ, достигающее 1 В / см ² при разнице температур 95 К. Кроме того, этот ТЭГ интегрирован с селективной по длине волны пленкой метаматериала на холодной стороне, что приводит к значительно улучшена производительность устройства при солнечном облучении, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха.Представленные здесь оптимальные свойства и концепции конструкции ТЭГ могут проложить путь к созданию высокопроизводительных, адаптируемых, настраиваемых, долговечных, экономичных и экологичных устройств для сбора энергии следующего поколения с широким спектром применения.

ВВЕДЕНИЕ

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) могут напрямую преобразовывать низкопотенциальное тепло в электричество и, таким образом, являются очень перспективными источниками энергии для носимой электроники и «Интернета вещей» ( 1 ). Однако обычные ТЭГ жесткие и хрупкие ( 2 - 6 ) и, таким образом, не могут быть адаптированы к сложным геометрическим и податливым свойствам материала человеческого тела.В последнее время большое внимание привлекла разработка гибких ТЭГ-систем, в том числе с использованием термоэлектрических (ТЕ) пленок ( 7 , 8 ), термоэлектрических масс ( 9 , 10 ), термоэлектрических чернил для печати ( 11 - 15 ), термоэлектрические волокна ( 16 , 17 ) и органические термоэлектрические материалы ( 18 , 19 ). Однако в очень немногих исследованиях сообщалось о ТЭГ с хорошей растяжимостью ( 7 , 17 ), что имеет решающее значение для обеспечения конформного контакта со сложной геометрией человеческого тела для оптимальных термоэлектрических характеристик ( 20 - 28 ).Вдохновленная способностью кожи человека к самовосстановлению, самовосстанавливающаяся электроника также продемонстрировала многообещающий потенциал носимой электроники для повышения надежности и долговечности ( 29 - 34 ). Однако в системах ТЭГ эта возможность еще не реализована.

В этой работе мы сообщаем о первой самовосстанавливающейся и перерабатываемой системе ТЭГ с превосходной растяжимостью и термоэлектрическими характеристиками. Достигнуто рекордно высокое напряжение холостого хода среди гибких ТЭГ, достигающее 1 В / см ² при перепаде температур 95 К.Кроме того, эта система ТЭГ обладает возможностью реконфигурирования, подобной Lego, что позволяет пользователям настраивать устройство сбора энергии в соответствии с тепловыми и механическими условиями. Эти свойства реализуются за счет интеграции высокопроизводительных модульных термоэлектрических чипов, динамического ковалентного термореактивного полиимина в качестве подложки и инкапсуляции и текучего жидкого металла в качестве электропроводки с помощью новой конструкции механической архитектуры «мягких модулей материнской платы и жестких подключаемых модулей» (SOM-RIP). Наконец, на холодную сторону ТЭГ вводится селективная по длине волны пленка из метаматериала для улучшения термоэлектрических характеристик при солнечном облучении, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Разработка и изготовление устройства

ТЭГ состоит из модульных термоэлектрических чипов, жидкого металла в качестве электропроводки и динамического ковалентного термореактивного полиимина в качестве подложки и оболочки для разводки жидкого металла (рис. 1A). Полиимин можно синтезировать путем сшивания трех коммерчески доступных соединений, терефталевого альдегида, 3,3'-диамино-, N -метилдипропиламина и трис (2-аминоэтил) амина (рис. S1) ( 29 , 35 , 36 ).Для изготовления термоэлектрических чипов мы нанесли тонкие пленки халькогенидов Bi и Sb на полиимидные пленки с помощью термического испарителя, который служил ножками n-типа и p-типа соответственно (рис. S2). Размеры ветвей n-типа и ветвей p-типа были определены в процессе оптимизации эффективности преобразования энергии (примечание S1 и таблица S1). Для улучшения кристалличности и производительности мы затем обрабатывали термоэлектрические пленки при 320 ° C в течение 26 минут в атмосфере аргона. Затем с помощью теплового испарителя были нанесены электроды Au-Ge для образования соединений между ветвями n-типа и ветвями p-типа, что завершает изготовление термоэлектрических чипов (рис.S2 и S3A). Процесс сборки модульных термоэлектрических чипов в ТЭГ схематично описан на рис. 1А. Все началось с лазерной резки полииминовой подложки для создания прорезей (рис. S3B), за которой последовала трафаретная печать на жидкометаллических электрических проводках с рисунком (рис. S3C и S4). Затем модульные термоэлектрические чипы вставляли в прорези полииминового субстрата и добавляли небольшое количество раствора полиимина [терефталевый альдегид + 3,3'-диамино- N -метилдипропиламин + трис (2-аминоэтил) амин в метаноле] был применен для соединения термоэлектрических чипов с подложкой и для герметизации жидкометаллических проводов.На вставке к фиг. 1A представлено покомпонентное изображение конструкции устройства, а на фиг. 1B показано оптическое изображение собранного устройства ТЭГ. Подробные процессы изготовления можно найти в дополнительных материалах (примечание S2 и рис. S2 и S5).

Рис. 1 Устройство и изготовление ТЭГ.

( A ) Схематическое изображение конструкции, процесса изготовления и ключевых характеристик, включая самовосстановление, возможность повторного использования и реконфигурируемость, подобную Lego. Оптические изображения ТЭГ, когда он плоский ( B ), изогнутый ( C ), растянутый ( D ) и надетый на палец ( E ).Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере.

Благодаря реакциям обмена связями в динамической ковалентной термореактивной полииминовой сети и текучести жидкометаллической электропроводки ( 29 , 36 ) этот ТЭГ является самовосстанавливающимся, пригодным для вторичной переработки и реконфигурируемым в стиле Lego, как схематически проиллюстрировано на фиг. 1A. Кроме того, этот ТЭГ обладает прекрасными механическими свойствами. Его можно сгибать (рис. 1C), растягивать (рис. 1D) и носить на пальце (рис. 1E) во время работы.

Выходная мощность и термоэлектрическая стойкость

Мощность и выходное напряжение ТЭГ со 112 термоэлектрическими ветвями при различных перепадах температур были испытаны с использованием лабораторной установки (рис. S6). На рис.2 (от A до C) показаны выработка электроэнергии ( P _из ) и напряжение холостого хода ( В _oc ) на единицу площади при разнице температур (Δ T ) в диапазоне от 6 до 95 К. при фиксированной температуре холодной стороны 20 ° C. Соотношение между выработкой электроэнергии ( P _{на выходе} ) и выходным напряжением ( В, _{нагрузка} ) при различных перепадах температур приведено на рис.2А. На рисунке 2B показано, что максимальная выработка мощности P _max увеличивается с разницей температур Δ T и достигает 19 мкВт / см ² при Δ T = 93 К. Напряжение холостого хода на единицу площади В _oc , как показано на рис. 2C, линейно увеличивается с перепадом температур и достигает 1 В / см ² при Δ T = 95 K, что значительно выше, чем у других гибких ТЭГ, описанных в литературе ( 7 - 19 ).На рисунке 2D представлены результаты испытаний на выносливость этого ТЭГ. Выработка энергии ТЭГ оставалась стабильной в течение 100 часов, когда горячая сторона была зафиксирована на уровне 100 ° C, а холодная сторона подвергалась внутренней естественной конвекции. Результаты указывают на превосходную тепловую и электрическую стойкость этого ТЭГ. На рисунке 2E показано сравнение с гибкими ТЭГ, описанными в литературе, по шести показателям производительности, включая максимальную удельную мощность, максимальное напряжение холостого хода, гибкость (измеренную в радиусе изгиба), растяжимость, самовосстановление и пригодность для вторичной переработки (см. Таблицу S2 и рис. .S7 для подробностей) ( 7 - 19 ). Представленные здесь ТЭГ демонстрируют гибкость и максимальную удельную мощность, сравнимые с другими гибкими ТЭГ, но их растяжимость и максимальное напряжение холостого хода намного лучше. Кроме того, наши ТЭГ являются самовосстанавливающимися, пригодными для вторичной переработки и реконфигурируемыми в стиле Lego (что будет продемонстрировано позже), и эти свойства еще не были продемонстрированы в системах ТЭГ.

Рис. 2 Мощность и ресурс ТЭГ.

( A ) Выработка электроэнергии ( P _out ) как функция выходного напряжения ( V _{нагрузка} ) при различных перепадах температур (Δ T ), с температурой холодной стороны ( T _{холодный} ) выдерживали при 20 ° C.Черные точки - данные измерений. ( B ) Максимальная выработка электроэнергии ( P _макс ) в зависимости от разницы температур. ( C ) Напряжение холостого хода ( В _oc ) в зависимости от разницы температур. Сплошные линии на (A) и (B) - аппроксимирующие кривые с использованием параболических функций. Сплошная линия на (C) - это линейная аппроксимирующая кривая. ( D ) Столетнее испытание на выносливость при температуре горячей стороны ( T _hot ), поддерживаемой при 100 ° C.Холодная сторона была естественной конвекцией, а температура в помещении ( T _{, комната} ) была около 26 ° C. ( E ) Сравнение характеристик этого ТЭГ и других гибких ТЭГ, приведенных в литературе (подробности см. В дополнительных материалах). Под гибкостью понимается минимальный радиус изгиба ТЭГ, экспериментально продемонстрированный в литературе.

Носимый ТЭГ и механические свойства

Этот ТЭГ обладает превосходной механической гибкостью, поэтому его можно носить на теле человека для сбора энергии.На рис. 3А показан ТЭГ, прикрепленный к предплечью при комнатной температуре 25 ° C, а на вставке показано инфракрасное измерение распределения температуры по устройству. На рисунке 3В показано, что это устройство ТЭГ может генерировать среднюю выходную плотность мощности 45 и 83 нВт / см ² и среднее выходное напряжение 25 и 33 мВ / см ² , когда пользователь сидел и шел, соответственно (рис. . S8). Для площади поверхности типичного спортивного браслета (6 см на 25 см) выходная мощность 12.5 мкВт и выходное напряжение 5 В могут генерироваться, когда пользователь идет, чего достаточно для непосредственного управления большинством узлов датчиков с низким энергопотреблением с помощью радиочастотной связи.

Рис. 3 Сбор энергии носимых устройств и механические свойства ТЭГ.

( A ) Оптические и инфракрасные (вставные) изображения ТЭГ, прикрепленного к руке. ( B ) Выработка энергии ( P _из ) и выходное напряжение ( В _{нагрузка} ) ТЭГ с термоэлектрическими ножками 112 на коже человека, когда пользователь сидел и шел.Холодная сторона была естественной конвекцией. Метод конечных элементов (МКЭ) моделирует контуры распределения деформации в ветвях ТЭГ и ТЭ (вставка), когда ТЭГ изгибается до радиуса 3,5 мм ( C ) и растягивается на 120% ( D ). ( E ) Изменение относительного электрического сопротивления и стабильность выработки электроэнергии за 1000 циклов изгиба. На вставке показаны оптические изображения ТЭГ в плоском и изогнутом состоянии. Радиус изгиба r = 3,5 мм, R ₀ - исходное сопротивление, а Δ R - изменение сопротивления.( F ) Изменение относительного электрического сопротивления и выработка энергии в зависимости от степени растяжения (Δ L / L ₀ ). Для измерений выходной мощности ( P _из ) в (E) и (F) температура горячей стороны поддерживалась на уровне 41 ° C, на холодной стороне была естественная конвекция, а температура в помещении составляла около 26 ° C. На вставке в (F) показаны оптические изображения ТЭГ во время испытания на растяжение, который включен последовательно со светоизлучающим диодом (LED) и источником постоянного тока 4 В для визуальной демонстрации (рис.S11). Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере.

Для носимых устройств первостепенное значение имеют механические свойства. Чтобы улучшить механическую гибкость и растяжимость ТЭГ, мы представляем инновационную конструкцию SOM-RIP. Эта конструкция может эффективно отделить жесткие и хрупкие чипы ТЭГ от деформаций в мягкой полииминовой подложке во время механической деформации. Результаты моделирования методом конечных элементов (FEM), показанные на рис. 3 (C и D), доказывают эффективность этой конструкции SOM-RIP в улучшении механических свойств ТЭГ.На рис. 3С показан контур максимального распределения основной деформации в ТЭГ, когда он изогнут до радиуса 3,5 мм. На вставке максимальное напряжение в ветвях TE составляет 0,0003%. На рисунке 3D показан контур распределения максимальной основной деформации в ТЭГ при растяжении на 120%. На вставке: максимальная деформация в термоэлектрических ветвях составляет всего 0,1%, что ниже деформации разрушения (≈0,15%) ( 37 ) ТЭ материалов. Эта конструкция SOM-RIP обеспечивает коэффициент уменьшения деформации в 1200 раз.Контуры распределения деформаций в полиимиде и Au-Ge от изгиба и растяжения представлены на рис. S9.

Для обеспечения механической прочности мы провели испытание на циклический изгиб с радиусом изгиба 3,5 мм. Как показано на фиг. 3E и фиг. S10, электрическое сопротивление остается постоянным, а выходная мощность не показывает очевидных изменений. На рис. 3F показано относительное изменение сопротивления и выходная мощность в зависимости от механической деформации растяжения. Как сопротивление, так и выходная мощность не показывают заметных изменений, когда устройство ТЭГ растягивается до 120%.Это также демонстрирует вставка, так как яркость светодиода (LED) при его растяжении на 120% сравнима с яркостью, когда ТЭГ не растянут (рис. S11).

Следует отметить, что гибкость и растяжимость этого ТЭГ ограничены в направлении, параллельном термоэлектрическим кристаллам. Однако ТЭГ со сверхвысокой гибкостью и растяжимостью в одном направлении хорошо подходят для цилиндрических источников тепла, таких как руки, ноги и пальцы, для носимых устройств и промышленных трубопроводов для сбора отработанного тепла.

Самовосстановление, переработка и реконфигурация в стиле Lego

В этом ТЭГ текучесть жидкометаллических проводов и реакции обмена связями в полииминовой сети обеспечивают отличную способность устройства к самовосстановлению ( 29 ). На рисунке 4A схематично показан процесс и механизм самовосстановления. После того, как жидкометаллическая проводка и полииминовая подложка разорваны (рис. 4A, вверху), разорванные границы раздела могут быть возвращены в контакт. Жидкометаллическая проводка сразу же восстанавливает электрическую проводимость благодаря своему жидкому поведению.Реакции обмена связями способствуют образованию новых ковалентных связей на границе раздела, что приводит к излеченному устройству ТЭГ, обладающему как механической прочностью, так и электрическими функциональными возможностями (рис. 4A, внизу). На рис. 4В и видеоролике S1 экспериментально демонстрируется этот процесс с использованием ТЭГ-устройства с двумя термоэлектрическими модулями. Когда жидкометаллическая проводка и полииминовая подложка разрываются, светодиод гаснет (вверху в центре). Возврат интерфейсов в контакт приводит к немедленному восстановлению электропроводности в проводке жидкий металл, и снова загорается светодиод (внизу посередине).После 1,5-часового заживления при комнатной температуре на границе раздела образуется достаточное количество ковалентных связей, что приводит к механически прочному самовосстанавливающемуся ТЭГ, который можно сгибать, не влияя на выходную мощность (рис. 4B, справа). Изображения с оптического микроскопа на рис. S12 демонстрирует процесс заживления пореза полиимина с течением времени. Самовосстанавливающийся ТЭГ демонстрирует растяжимость, сравнимую с исходным устройством, поскольку его можно растянуть на 120%, не влияя на электрическое сопротивление (рис. 4C).

Инжир.4 Самовосстановление, переработка и реконфигурация в стиле Лего.

( A ) Схематическое изображение механизма самовосстановления. ( B ) Оптические изображения ТЭГ в тесте самовосстановления. Оригинальный ТЭГ является гибким и соединен последовательно со светодиодом и источником постоянного тока 4 В (слева). Когда жидкометаллическая электропроводка и полииминовая подложка обрываются, светодиод гаснет (вверху в середине). Когда две поверхности в месте повреждения соприкасаются, жидкометаллическая электропроводка сразу же заживает, что приводит к включению светодиода (внизу посередине).Через 1,5 часа полииминовый субстрат полностью заживает и приобретает механическую прочность (справа). ( C ) Изменение относительного электрического сопротивления (Δ R / R ₀ ) самовосстанавливающегося ТЭГ в зависимости от степени растяжения. На вставке показаны оптические изображения самовосстанавливающегося ТЭГ во время испытания на растяжение. ( D ) Оптические изображения ТЭГ на разных этапах переработки. Новый ТЭГ соединен последовательно со светодиодом и источником постоянного тока 4 В (внизу слева). ( E ) Сравнение выработки электроэнергии старым ТЭГ и переработанным новым ТЭГ.( F ) Лего-подобная реконфигурация двух отдельных ТЭГ (устройства I и II) в новый функциональный ТЭГ (устройство III). Новый ТЭГ (устройство III) включен последовательно со светодиодом и источником постоянного тока 4 В (справа). ( G ) Сравнение выработки электроэнергии между ТЭГ I, II и III. Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере.

Избыток аминовых мономеров может вызвать деполимеризацию полииминовых сеток в мономеры и олигомеры, растворимые в органических растворителях, что приводит к превосходной возможности повторного использования устройств на основе полиимина ( 29 ).На рис. 4D показан процесс рециркуляции ТЭГ-устройства. Старый ТЭГ пропитывают рециркулирующим раствором [3,3'-диамино- N -метилдипропиламин и трис (2-аминоэтил) амин в метаноле] (вверху слева). Через 6 часов при комнатной температуре полииминовый субстрат полностью деполимеризуется на олигомеры и мономеры, растворимые в метаноле (вверху справа). Затем другие компоненты, включая термоэлектрические модули, проводники и жидкий металл, могут быть отделены от химического раствора (внизу справа).Рециркулированный раствор можно полностью повторно использовать для синтеза новой полииминовой пленки путем пропорционального добавления терефталевого альдегида и метанола. Новый функциональный ТЭГ может быть изготовлен с использованием всех компонентов, переработанных из старого ТЭГ (внизу слева). Как показано на рис. 4E, выходная мощность нового ТЭГ сравнима со старым ТЭГ.

Это устройство ТЭГ не только самовосстанавливающееся и пригодное для вторичной переработки, но и реконфигурируемое в стиле Lego благодаря конструкции SOM-RIP, сочетающей в себе динамический ковалентный термореактивный полиимин и проводку из жидкого металла.Рисунок 4F демонстрирует реконфигурацию двух отдельных устройств ТЭГ (устройства I и II) в новое устройство ТЭГ (устройство III). Подобный Lego процесс реконфигурации начинается с отключения одной клеммы устройств I и II, чтобы обнажить жидкометаллическую проводку (рис. 4F, слева), с последующим приведением открытых клемм двух TEG в физический контакт. Затем нанесение и отверждение небольшого количества раствора полиимина [терефталевый альдегид + 3,3'-диамино- N -метилдипропиламин + трис (2-аминоэтил) амин в метаноле] на стыке двух ТЭГ полностью излечивают поверхность раздела (Рис. .4F, средний). Новый ТЭГ полностью работоспособен (рис. 4F, справа). Этот процесс подробно схематично проиллюстрирован на рис. S13. Как показано на рис. 4G, выходная мощность устройства III равна сумме устройств I и II, что указывает на то, что процесс реконфигурации, подобный Lego, эффективен без снижения производительности. Обратите внимание, что во время этого процесса реконфигурации нет необходимости применять раствор полиимина, но требуется больше времени для образования достаточного количества ковалентных связей на стыке стыков.Возможность реконфигурации, подобная Lego, позволяет пользователям настраивать ТЭГ, используя последовательно или параллельно подключенные модули для заданных форм-факторов, конструкции, выходного напряжения и мощности в зависимости от конкретных тепловых условий и выходной мощности термоэлектрических микросхем (рис. S14). Подобный Lego реконфигурируемый ТЭГ также может быть интегрирован в сенсорную систему на основе аналогичной самовосстанавливающейся подложки, чтобы сформировать автономную сенсорную систему с автономным питанием.

Улучшение характеристик ТЭГ на открытом воздухе с помощью пленки из метаматериала

Солнечное излучение, внешнее излучение и безызлучательный теплообмен могут влиять на характеристики переносного ТЭГ во время активного отдыха (рис.5А, вверху). Энергетический баланс холодной стороны ТЭГ, которая подвергается воздействию окружающей среды, можно выразить как ( 38 ) Qsurf = Pnonrad + Prad − Pabs = hc (Tc − Tamb) + κBε¯emit (Tc4 − Ts4) −Psolarε¯abs (1) где Q _surf - полный тепловой поток на поверхности с холодной стороны на единицу площади, P _nonrad и P _rad - безызлучательный теплообмен и теплообмен на единицу площади. между поверхностью холодной стороны и окружающей средой, соответственно, P _abs - поглощенная мощность солнечного излучения на единицу площади, P _solar - мощность солнечного излучения на единицу площади, а ε¯emit и ε¯ abs - соответственно эффективная излучательная способность и эффективная поглощающая способность поверхности.Излучательная способность и поглощательная способность могут использоваться для оценки теплового излучения поверхности с холодной стороны и поглощения ею солнечного излучения, как показано в формуле. 1. На рис. 5В показаны измеренные зависящие от длины волны коэффициенты излучения / поглощения поверхности ТЭГ (голая поверхность). Голая поверхность ТЭГ имеет сильное поглощение (> 0,87) в солнечном спектре (от 0,3 до 2,5 мкм), что указывает на то, что поверхность может быть нагрета солнечным излучением, что значительно ограничивает ее тепловыделение. Чтобы улучшить характеристики ТЭГ на открытом воздухе, необходимо изменить поверхность с холодной стороны так, чтобы она была селективной по длине волны для более эффективного рассеивания тепла.Эта поверхность должна иметь две характеристики: (i) низкую поглощающую способность в солнечном спектре и (ii) высокую излучательную способность в инфракрасном диапазоне, особенно в окне пропускания атмосферы (от 8 до 13 мкм), что позволяет холодной стороне излучать инфракрасное излучение до Вселенная через атмосферу, а именно радиационное охлаждение неба ( 38 - 40 ). Поэтому в качестве покрытия на холодной стороне ТЭГ выбирается пленка из гибридного метаматериала из стеклополимера, которая может обеспечить обе характеристики (рис.5A, внизу), что дает эффективную поверхность с избирательной длиной волны. Как показано на рис. 5B, измеренная излучательная способность / поглощательная способность в зависимости от длины волны поверхности с избирательной длиной волны показывает гораздо более низкое поглощение, чем голая поверхность, в солнечном спектре (от 0,3 до 2,5 мкм) и сравнимую излучательную способность в окне пропускания атмосферы (от 8 до 2,5 мкм). 13 мкм). Детальный дизайн и изготовление метаматериала можно найти в нашей предыдущей работе ( 40 ).

Рис. 5 Улучшение характеристик на открытом воздухе с помощью селективных по длине волны пленок из метаматериалов.

( A ) Схематическое изображение процессов теплопередачи ТЭГ с оголенной поверхностью (вверху) и селективной по длине волны поверхностью (внизу) в дневное и ночное время. P _solar и P _атм - мощность солнечного излучения и мощность атмосферного излучения на поверхности, соответственно, P _rad - мощность теплового излучения от поверхности, и P _nonrad - безызлучательный теплообмен (конвекция и теплопроводность) между поверхностью и окружающей средой.( B ) Измеренная поглощающая способность / излучательная способность оголенной поверхности и избирательной по длине волны поверхности от 300 нм до 25 мкм. Коэффициент поглощения / излучения атмосферы (серый блок) и плотность мощности спектрального солнечного излучения [желтый блок; воздушная масса (AM), 1,5]. И голая поверхность, и поверхность с избирательной длиной волны имеют сильное излучение от 8 до 13 мкм (атмосферное окно пропускания), что указывает на превосходные характеристики радиационного охлаждения. Голая поверхность имеет сильное поглощение во всем солнечном спектре (> 0.87) и других инфракрасных диапазонах (> 0,96), в то время как избирательная по длине волны поверхность имеет гораздо более слабое поглощение в солнечном спектре, чем в инфракрасном диапазоне. ( C ) Солнечное излучение, температура наружного воздуха и скорость ветра, измеренные метеостанцией с 13:00 до 18:00 (9 ноября 2019 г., Боулдер, Колорадо, США). Общий поверхностный теплообмен ( D ), выходное напряжение ( E ) и выработка энергии ( F ) ТЭГ с оголенной поверхностью и селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне с 13:00 до 18:00.

Чтобы количественно изучить влияние солнечного излучения и радиационного охлаждения на термоэлектрические характеристики, мы протестировали ТЭГ на открытом воздухе как с оголенной поверхностью, так и с селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне в солнечный день, используя лабораторную установку (рис. S15). Измеренные солнечная освещенность, температура наружного воздуха и скорость ветра с 13:00 до 18:00 представлены на рис. 5C. Внезапное падение измеренной солнечной освещенности в 15:18 связано с тем, что метеостанция была затенена соседним зданием, а устройства TEG были затенены зданием в 15:45.Теплообмен на двух типах поверхностей можно рассчитать на основе измеренных данных (примечание S3 и рис. S16). Как показано на рис. 5D, ТЭГ с оголенной поверхностью на холодной стороне имеет отрицательный теплообмен между 13:00 и 15:45, поскольку поглощение солнечной энергии на оголенной поверхности больше, чем полное рассеивание тепла за счет радиационной и безызлучательной теплопередачи. . Это приводит к тому, что выходное напряжение ТЭГ с оголенной поверхностью колеблется около нуля (рис. 5E), а выработка электроэнергии составляет всего лишь 1 нВт / см ² (рис.5F) до 15:45. Для ТЭГ с селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне теплообмен остается стабильным как до, так и после того, как ТЭГ был затенен зданием, как показано на рис. 5D. Это приводит к значительному улучшению характеристик ТЭГ с выходным напряжением ~ 40 мВ / см ² (рис. 5E) и выходной мощностью ~ 10 нВт / см ² (рис. 5F) до 15:45 по сравнению с с ТЭГ с оголенной поверхностью на холодной стороне. После того, как устройства ТЭГ были затенены зданием в 15:45, два ТЭГ с оголенной поверхностью и селективной по длине волны поверхностью на холодной стороне имеют одинаковые общие теплообменные и термоэлектрические характеристики благодаря их одинаковому высокому коэффициенту излучения в окне пропускания атмосферы и отсутствие солнечного излучения.

ОБСУЖДЕНИЕ

В этой работе сообщается о высокопроизводительном переносном ТЭГ с превосходными возможностями растяжения, самовосстановления, повторного использования и реконфигурации, как у Lego. Для достижения этих свойств благодаря новой механической архитектуре SOM-RIP интегрированы высокопроизводительные модульные термоэлектрические чипы, динамический ковалентный термореактивный полиимин в качестве подложки и инкапсуляции и текучий жидкий металл в качестве электропроводки. Этот ТЭГ может производить рекордно высокую плотность напряжения холостого хода 1 В / см ² при разнице температур 95 К среди гибких ТЭГ, что является многообещающим для сбора низкопотенциального тепла для питания Интернета вещей и носимой электроники.Эти особенности позволяют адаптировать ТЭГ к быстро меняющимся механическим и тепловым условиям и требованиям пользователя. Кроме того, селективная по длине волны пленка из метаматериала интегрирована на холодной стороне ТЭГ, чтобы одновременно максимизировать радиационное охлаждение и минимизировать поглощение солнечного излучения. Следовательно, термоэлектрические характеристики могут быть значительно улучшены под воздействием солнечного излучения, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха. Концепции конструкции, подходы и свойства системы ТЭГ, описанные в этой работе, могут проложить путь к созданию высокопроизводительных, адаптируемых, настраиваемых, надежных, экономичных и экологичных устройств сбора энергии следующего поколения с широким спектром применения.

Отметим также, что общая концепция дизайна этой работы масштабируется и адаптируется к другим термоэлектрическим материалам и методам изготовления, включая физическое осаждение из паровой фазы с рулона на рулон и методы печати ( 41 ). Можно дополнительно улучшить термоэлектрические характеристики переносного ТЭГ, улучшив процесс изготовления термоэлектрических пленок, приняв термоэлектрические пленки с лучшими термоэлектрическими свойствами ( 42 - 45 ) и используя традиционные термоэлектрические ножки с гораздо меньшими размерами.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Синтез материалов и изготовление устройств

Тонкопленочные термоэлектрические материалы были нанесены на полиимидную пленку (125 мкм; DuPont) с помощью термического испарителя. Материалами мишеней ветвей p-типа и ветвей n-типа для испарения были Bi _0,5 Sb _1,5 Te ₃ и Bi ₂ Te _2,8 Se _0,3 массы, соответственно, выплавка слитка Bi (99,999%; Alfa Aesar), слитка Sb (99.999%; Alfa Aesar), слиток Te (99,999%; Alfa Aesar) и слиток Se (99,999%; Alfa Aesar) в запаянных кварцевых трубках под вакуумом ниже 10 ^-3 Па с использованием муфельной печи (KSL-1100X-L) при 1073 К. в течение 5 часов. Затем нанесенные термоэлектрические пленки нагревали при 320 ° C в течение 26 мин в атмосфере аргона в трубчатой ​​печи (OTF-1200X). Тонкопленочные электроды Au-Ge наносили с помощью термического испарителя с использованием сплава Au ₈₈ Ge ₁₂ (99,99%; Kurt. J. Lesker) в качестве материала мишени. Полииминовый субстрат полимеризуется с использованием трех коммерческих соединений: терефталевого альдегида, 3,3'-диамино-, N -метилдипропиламина и трис (2-аминоэтил) амина.Смесь 3,3'-диамино- N -метилдипропиламина (1,251 г, 8,61 ммоль) и трис (2-аминоэтил) амина (0,252 г, 1,72 ммоль) добавляли в центрифужную пробирку объемом 25 мл с завинчивающейся крышкой. с последующим добавлением метанола (20 мл) и терефталевого альдегида (1,5 г, 11,18 ммоль). Смесь перемешивали до тех пор, пока раствор не становился полупрозрачным и желтым, а затем раствор выливали в чашку Петри, покрытую полидиметилсилоксаном. Раствор отверждали испарительной сушкой в ​​вытяжном шкафу в течение не менее 72 часов при комнатной температуре.Рециркулирующий раствор представляет собой смесь 3,3'-диамино- N -метилдипропиламина (1,251 г, 8,61 ммоль) и трис (2-аминоэтил) амина (0,252 г, 1,72 ммоль) в метаноле. Жидкий металл (смесь 75,5% галлия и 24,5% индия по весу) смешивали с 0,35% по весу частиц SiO ₂ (радиус 40 мкм) для повышения выхода трафаретной печати. Температура плавления жидкого металла составляет 15,3 ° C. В качестве альтернативы, для более холодной окружающей среды можно использовать эвтектический галлий-индий-олово (галинстан) (68% Ga, 22% In и 10% Sn по весу) с температурой плавления -19 ° C.Устройство для лазерной резки (Epilog 36EXT Model 9000) использовали для подготовки всех масок и прорезей в полииминовых подложках. Селективная по длине волны пленка прикреплялась к холодной стороне ТЭГ с помощью чувствительной к давлению ленты.

Характеристики материалов

Толщина термоэлектрических пленок и пленки Au-Ge измерялась с помощью профилометра иглой (Bruker DektakXT). Микрорельеф поверхности и состав анализировались с помощью сканирующего электронного микроскопа (Quanta 200 FEG и Hitachi SU3500), сопровождаемого энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией.Коэффициент Зеебека и удельное электрическое сопротивление были измерены четырехзондовым методом на системе одновременных измерений (ULVAC ZEM-3), а теплопроводность термоэлектрических пленок (рис. S17) была измерена методом термоотражения во временной области (). 46 ) на самодельной системе (таблица S1 и рис. S18 и S19). Изображения процесса самовосстановления в оптическом микроскопе были получены с использованием цифрового микроскопа со сверхглубокой резкостью (KEYENCE VHX-1000E).

Измерение выходной мощности ТЭГ

Характеристики ТЭГ внутри и снаружи помещений были проверены на самодельных установках (рис.S6 и S15). Горячей стороной является нагревательный стол с регулируемой температурой. Холодная сторона представляет собой двухступенчатый охладитель (гидроохлаждение и охладитель Пельтье), который может точно контролировать температуру холодной стороны ТЭГ от 0 ° C до комнатной температуры. Термопары типа Т (диаметр проволоки 0,127 мм; OMEGA TT-T-36) использовались для проверки температур холодной и горячей стороны ТЭГ. Провода термопары закреплялись держателями рядом с тестируемыми позициями, и только оголенные концы термопар близко касались тестируемых позиций из-за эластичности проводов термопар, чтобы избежать дополнительных потерь тепла.Для фиксации термопар не использовались смазка, клей, лента или зажим. Комнатная температура измерялась термопарой типа Т, помещенной на воздухе рядом с ТЭГ. Все данные, включая температуру, напряжение и сопротивление, собирались многофункциональным устройством сбора данных (Keysight 34970A). Инфракрасные изображения были получены с помощью инфракрасной камеры (FLIR T630sc). Солнечное излучение, температура наружного воздуха и скорость ветра были проверены метеостанцией рядом с ТЭГ.

Механические характеристики

Испытания на растяжение проводились на самодельном растягивающем оборудовании.Смоделированные контуры распределения деформации в ТЭГ были получены с использованием коммерческого программного обеспечения Abaqus. Проводящий слой AuGe был смоделирован как скин-слой на поверхности полиимидной пленки и термоэлектрических ветвей, а затем образован четырехузловыми элементами оболочки. Полиимидная пленка, термоэлектрические ветви p-типа и n-типа и полииминовая подложка моделировались с использованием восьмиузловых твердотельных элементов. Модули упругости AuGe, ветвей n-типа, ветвей p-типа, полиимидных пленок и полииминовой подложки составляли 69,2 ГПа, 52 ГПа, 46 ГПа, 2.5 ГПа и 2 МПа соответственно. Коэффициенты Пуассона для них составляли 0,32, 0,25, 0,25, 0,34 и 0,35 соответственно. Для моделирования условий эксперимента к модели отдельно применялись деформация 120% и радиус изгиба 3,5 мм.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

1. ↵

   Д. М. Роу, Модули, системы и приложения в термоэлектриках (CRC Press, 2012).

2. ↵

5. М. Киши, Х. Немото, Т. Хамао, М. Ямамото, С. Судо, М.Мандаи, С. Ямамото, Микро-термоэлектрические модули и их применение в наручных часах в качестве источника энергии, в Восемнадцатая Международная конференция по термоэлектричеству, Материалы, ICT'99 (Кат. № 99TH8407) (IEEE, 1999), стр. 301– 307.

6. ↵
7. ↵
8. ↵
9. ↵
10. ↵
11. ↵
15. ↵
16. ↵
17. ↵
18. ↵
19. ↵
20. ↵
33. ↵
38. ↵
39. ↵
40. ↵
41. ↵
42. ↵
44. ↵
45. ↵
46. ↵

48. L.M. Goncalves, C. Couto, JH Correia, P. Alpuim, G. Min, DM Rowe, Оптимизация термоэлектрических тонких пленок, нанесенных путем совместного испарения на пластиковые подложки, in Proceedings of 4th European Conference on Thermoelectrics , Cardiff, Великобритания, 9–11 апреля 2006 г. (2006 г.).

49. ↵
50. ↵

Выражение признательности: Финансирование: Мы благодарим NSF за финансовую поддержку (CMMI-1762324) и Национальную ключевую программу исследований и разработок Китая (2019YFA0705201).Д.З. благодарит за поддержку Фонд естественных наук провинции Цзянсу, Китай (BK20200373). Вклад авторов: W.R., Y.S., D.Z., L.Z., J.X. и R.Y. задумал и спроектировал эксперимент. W.R. и Y.S. изготовили ТЭГ и выполнили механическое испытание и испытание выходной мощности в помещении. W.R., Y.S., D.Z. и A.A. провели испытания ТЭГ на открытом воздухе. W.R., Y.S. и Jie Zhang измерили и охарактеризовали ТЕ-пленки, а также модифицированный жидкий металл и полиимин. С.З. выполнено моделирование методом конечных элементов.Ю.С. и C.S. изготовили полиимин. W.R., Jialun Zhang и H.G. разработали и изготовили мишени из материала TE. W.R., Y.S., D.Z., A.A., L.Z., J.X. и R.Y. проанализировали экспериментальные данные. W.R., Y.S., D.Z., L.Z., J.X. и R.Y. написал газету. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали рукопись. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

• Copyright © 2021 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC).

Термоэлектрический генератор Пельтье по лучшей цене - Выгодные предложения на термоэлектрический генератор Пельтье от глобальных продавцов термоэлектрических генераторов Пельтье

Отличные новости !!! Вы обратились по адресу: термоэлектрический генератор Пельтье.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально есть тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот топовый термоэлектрический генератор Пельтье вскоре станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели термоэлектрический генератор Пельтье на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в термоэлектрическом генераторе Пельтье и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress - отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово - просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны - и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести термоэлектрический генератор peltier по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Эксперимент с термоэлектрическим генератором | Современная наука и инновации

Назначение:

Цель этой лаборатории - изучить потенциал выработки электроэнергии термоэлектрическим генератором «Зеебека».

Принципы:

Термоэлектрический эффект: Это преобразование разницы температур между двумя объектами (чашка ледяной воды vs.стакана кипящей воды) до электрического напряжения. В этом процессе используется термоэлектрическое устройство, которое создает разность температур, которая, в свою очередь, создает напряжение.

Эффект Зеебека : Преобразование температуры непосредственно в электричество

Дж = σ (-V + E _ЭДС )

• σ - локальная проводимость
• Дж - плотность тока
• В - местное напряжение
• E _ЭДС - электрическое поле электродвижущей силы

Эффект Пельтье : происходит ли нагрев или охлаждение в термоэлектрическом устройстве, соединенном с двумя проводниками; один в холодной чашке, другой в стакане кипятка.

Q = (x _b -x _a ) * I

• Q - тепло
• I - ток в амперах
• X _b - коэффициент Пельтье материала b
• X _a - коэффициент Пельтье материала a

Закон Ома: Указывает, что ток через проводник между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов в этих двух точках.

В = I * R

• В - напряжение
• I - ток в амперах
• R - сопротивление в Ом

Мощность: Скорость передачи, использования или преобразования энергии.

P = I * V, P = I ² R

• P - мощность в ваттах
• I - ток в амперах
• R - сопротивление в Ом
• В - напряжение в вольтах

Электрическое сопротивление: Противодействие прохождению электрического тока через проводник. Сопротивление термоэлектрического устройства 1,5 Ом

Аппарат:

• Устройство Пельтье (COM-10080)
• 2 термометра
• Нагревательные элементы
  • Кипяток
  • Охлаждающие элементы
    • Смесь льда и воды
    • Вольтметр

Процедура:

1. Установите устройство Пельтье и обратите внимание на горячую и холодную стороны устройства.
2. Измерьте температуру в помещении и запишите ее ниже в «Старт».
3. Измерить напряжение, вырабатываемое устройством, с помощью вольтметра, оно должно быть примерно 0
4. Налейте в чашку лед и залейте оставшуюся часть воды
5. Доведите до кипения и налейте во вторую чашку
6. Поместите прибор Пельтье в чашки горячей стороной в кипящую воду и холодной стороной в ледяной воде.
7. Наблюдать за увеличением напряжения до максимального значения
   1. Запишите это значение как нулевое напряжение
   2. Запишите горячую и холодную температуру за 0 раз
   3. Повторите измерения во временные интервалы, указанные в таблице ниже
   4. Рассчитать ток и мощность, генерируемую за каждый зарегистрированный момент времени

10.Скопируйте результаты в Excel и изобразите напряжение по оси Y по разнице температур по оси X

Данные:

Анализ:

В нашем эксперименте мы обнаружили, что потенциал выработки энергии нашего термоэлектрического генератора был относительно низким. Это может быть связано с неэффективностью самой системы или тем, что наш эксперимент проводился в таком небольшом масштабе. Однако реализованные принципы точно объяснили свойства генераторной системы.Поскольку наш эксперимент проводился в очень маленьком масштабе, было бы интересно определить, приведет ли увеличение размеров как нагревательных, так и охлаждающих элементов к увеличению мощности. Также интересно отметить, может ли увеличение температуры нагревательного элемента (сделать его более горячим, чем кипение) увеличить потенциал генератора, создающий напряжение. Этот эксперимент показал, что существуют способы производства электричества, которые наносят значительно меньший вред окружающей среде. Если бы исследования и ресурсы были направлены на повышение эффективности таких систем, как наш термоэлектрический генератор, мы могли бы обнаружить, что можем уменьшить нашу зависимость от ископаемого топлива.В целом, этот курс помог улучшить наше понимание традиционных методов производства энергии, а также усилий по устойчивой энергетике. Это также показало, что возможность жить в мире, который полагается на устойчивую энергию вместо ископаемого топлива, действительно существует.

http://www.its.org/node/3767

http://www.howstuffworks.com/thermoelectricity-info.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect

Трехмерное моделирование с помощью конечных элементов для модуля термоэлектрического генератора

• 1.

  L.E. Белл, Science 321, 1457 (2008).

  Артикул Google Scholar

• 2.

  A.D. LaLonde, Y.Z. Пей, Х. Ван и Г.Дж. Снайдер, Матер. Сегодня 14, 526 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 3.

  K. Biswas, J. He, I.D. Блюм, К. Ву, Т. Хоган, Д.Н.Сайдман, В. Дравид, М. Канатзидис, Nature 489, 414 (2012).

  Артикул Google Scholar

• 4.

  X. Shi, J. Yang, J.R. Salvador, M. Chi, J.Y. Чо, Х. Ван, С. Бай, Дж. Ян, В. Чжан и Л. Чен, J. Am. Chem. Soc. 133, 7837 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 5.

  J.Q. Го, H.Y. Geng, T. Ochi, S. Suzuki, M. Kikuchi, Y. Yamaguchi, S. Ito, J. Electron. Матер. 41, 1036 (2012).

  Артикул Google Scholar

• 6.

  А.Дж. Минних, М. Дрессельхаус, З.Ф. Рен и Г. Чен, Energy Environ. Sci. 2, 466 (2009).

  Артикул Google Scholar

• 7.

  H. Wang, W.D. Porter, H. Bottner, J. Konig, L.D. Чен, С. Бай, Т. Тритт, А. Майоле, Дж. Сенавиратне, К. Смит, Ф. Харрис, П. Гилберт, Дж. У. Шарп, Дж. Ло, Х. Кляйнке и Л. Кисс, J. Electron. Матер. 42, 654 (2013).

  Артикул Google Scholar

• 8.

  H. Wang, W.D. Porter, H. Bottner, J. Konig, L.D. Чен, С. Бай, Т. Тритт, А. Майоле, Дж. Сенавиратне, К. Смит, Ф. Харрис, П. Гилберт, Дж. У. Шарп, Дж. Ло, Х. Кляйнке и Л. Кисс, J. Electron. Матер. 42, 1073 (2013).

  Артикул Google Scholar

• 9.

  J.D. Boor, V. Schmidt, Adv. Матер. 22, 4303 (2010).

  Артикул Google Scholar

• 10.

  X. Ao, J.D. Boor, V. Schmidt, Adv. Energy Mater. 1, 1007 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 11.

  Х. Ван, Р. Маккарти, Дж. Р. Сальвадор, А. Ямамото и Дж. Конг, J. Electron. Матер. 43, 2274 (2014).

  Артикул Google Scholar

• 12.

  L.I. Анатычук, М.В. Гаврилюк, J. Электрон. Матер. 40, 1292 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 13.

  А.Ю. Фараджи и А. Акбарзаде, J. Electron. Матер. 42, 1535 (2013).

  Артикул Google Scholar

• 14.

  M.W. Oh, J.H. Ан, Дж. Ли, Б.С. Ким, С. Парк, Б. Мин, Ю.С. Чой и Х. Ли, Электрон. Матер. Lett. 6, 129 (2010).

  Артикул Google Scholar

• 15.

  J.P. Carmo, J. Antunes, M.F. Сильва, Дж.Ф. Рибейро, Л.М. Гонсалвес и Дж. Х. Correia, Измерение 44, 2194 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 16.

  А.Ф. Иоффе, Полупроводниковые термоэлементы и термоэлектрическое охлаждение (Лондон: Infosearch Limited, 1957).

  Google Scholar

• 17.

  R.R. Heikes, R.W. Ure, Термоэлектричество: наука и инженерия (Нью-Йорк: Interscience, 1961), стр.17.

  Google Scholar

• 18.

  R. Mccarty, J. Electron. Матер. 39, 1842 (2010).

  Артикул Google Scholar

• 19.

  W. Seifert, M. Ueltzen, E. Muller, Phys. Стат. Sol. (а) 194, 277 (2002).

  Артикул Google Scholar

• 20.

  A. McGaughey, Am. Ceram.Soc. Бык. 91, 34 (2012).

  Google Scholar

• 21.

  Y. Cai, J. Xiao, W. Zhao, X. Tang, Q. Zhang, J. Electron. Матер. 40, 1238 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 22.

  Х. Сяо, Х. Гоу и С. Ян, J. Electron. Матер. 40, 1195 (2011).

  Артикул Google Scholar

• 23.

  Э. Сандос-Росадо и Р.Дж. Stevens, J. Electron. Матер. 38, 1239 (2009).

  Артикул Google Scholar

• 24.

  Э. Сандос-Росадо и Р.Дж. Stevens, J. Electron. Матер. 39, 1848 (2010).

  Артикул Google Scholar

• 25.

  Д. Эблинг, К. Бартоломе, М. Бартель, М. Джагл, J. Electron. Матер. 39, 1376 (2010).

  Артикул Google Scholar

• 26.

  Д. Эблинг, М. Джегле, М. Бартель, А. Жако и Х. Боттнер, J. Electron. Матер. 38, 1456 (2009).

  Артикул Google Scholar

• 27.

  Х. Ким, О.Дж. Ким, К. Ли, П.В. Хео и Б.С. Чой, PowerMEMS (2009), стр. 281.

• 28.

  Е.Е. Антонова и Д.К. Луман, Труды 24-й Международной конференции.Термоэлектрики (IEEE, Clemson, 2005), стр. 215–218. DOI: 10.1109 / ICT.2005.1519922.

• 29.

  B. Sherman, R.R. Heikes, R.W. Ure, J. Appl. Phys. 31, 1 (1960).

  Артикул Google Scholar

• 30.

  C.A. Domenicali, J. Appl. Phys. 25, 1310 (1954).

  Артикул Google Scholar

• 31.

  Я. Огава, Анализ для проектирования системы термоэлектрического преобразования энергии (на японском языке) (Токио: Морикита, 1998), стр.61, 133.

  Google Scholar

• 32.

  H.J. Goldsmid, Thermoelectric Refrigeration , ed. К. Мендельсон, К. Тиммерхаус (Нью-Йорк: Пленум, 1964), стр. 170.

• 33.

  Т.П. Хоган и Т. Ши, Справочник по термоэлектрикам: от микро до нано , изд. D.M. Роу (Нью-Йорк: Тейлор и Фрэнсис, 2006), стр. 12 (1–13).

• 34.

  Юшанов С. Гриттер, Дж. Кромптон и К. Коппенхёфер, Труды конференции COMSOL в Бостоне (Бостон, 2011 г.).

• 35.

  M. Chen, L. Rosendahl, I. Bach, T. Condra, and J. Pedersen, Am. J. Phys. 75, 815 (2007).

  Артикул Google Scholar

Уроки по созданию термоэлектрической дровяной печи мощностью 120 Вт

Гостевой блог: Мы репостили блог 2012 года из Instructables, созданный Tecwyn Twmffatt в Goat Industries. В нем описываются первые попытки построить термоэлектрическую дровяную печь. Этот блог является частью серии блогов, в которых содержится информация о конкурсе Wood Stove Design Challenge 2018.

Введение: Производство термоэлектрической энергии (ТЭГ)

Эти видеоролики документируют мои первые попытки выработки электроэнергии с помощью термоэлектрического устройства Пельтье в 2012 году. ТЭГ, который я использовал, представляет собой мощное устройство, способное выдерживать высокие температуры и специально предназначенное для производства электроэнергии.

Что касается инструкций, я не думаю, что многие люди захотят построить систему из 10 ТЭГ, поскольку это было смехотворно дорого, поэтому я добавляю раздел для создания схемы с 1 ТЭГ, которая относительно проста и не требует больших затрат.

Шаг 1: часть 2 из 3


Показана конструкция термоэлектрической генераторной системы из десяти единиц, которая затем устанавливается на дровяную горелку. Теоретическая максимальная мощность составляет 200 Вт. На видео показано, как был собран генератор и как была модифицирована дровяная горелка для получения максимального тепла через ТЭГ. Сами ТЭГ способны выдерживать постоянную температуру 325 градусов Цельсия на горячей стороне и требуют большого количества тепла, чтобы получить 20 ватт, которые способен производить каждый из них.

Шаг 2: часть 3 из 3


В части 3 мы успешно вырабатываем значительное количество энергии от дровяной печи. На первом сеансе включаются циркуляционный насос, вентилятор и прожекторы 10 x 10 Вт. Во втором сеансе мы пытаемся получить более сбалансированную нагрузку, подключенную к клеммам, и измерить заметное увеличение выходной мощности. 10 контактов соединены двумя параллельными цепочками, и, согласно спецификации производителя, оптимальное выходное напряжение составляет 14.4v. Ближайшее, что у нас есть, - 13,8 В, при котором мы генерируем 120 Вт. Спецификации предполагают, что при согласованной нагрузке возможна мощность 200 Вт.

Шаг 3. Полный плейлист

31 минута термоэлектрического видео рая!

Шаг 4: Создание 1 генератора ТЭГ


Здесь мы собираемся построить единственный генератор ТЭГ, показанный в первом видео.

Шаг 5: Инструменты и оборудование


Детали:

Модуль ТЭГ термоэлектрического генератора (GM250 449)
...... покупайте прямо в Китае на сайте: www.thermonamic.com/
Алюминиевый блок 102 x 115 x 20 мм
Стальной блок 102 x 115 x 10 мм
1/4 "Заготовки BSP x 6 из
1/4" Пневматические фитинги BSP с наружной резьбой для трубы 10 мм x 2 (см. Фото выше)
Болты с шестигранной головкой, 5 мм x 40 мм, x 2 из
Водяной затвор 25 л
OD 10 мм ID 8 мм нейлоновая пневматическая труба
Водяной насос 12 В
Светодиоды 12 В, 1 Вт x 20 из

Инструменты:

Метчик для нарезания резьбы 1/4 "
Метрический метчик для крупной резьбы 5 мм
Сверло 11.5 мм
Сверло 5,5 мм
Сверло 4,2 мм
Сверлильный пресс
Динамометрический ключ
Сварщик MIG
Плазменный резак / шлифовальный станок с отрезными дисками
GM250-449-10-12.pdf

Шаг 6: сверление и нарезание резьбы в охлаждающем блоке


Используйте технический чертеж для создания внутренних каналов для охлаждающей жидкости в алюминиевом блоке. Я закончил тем, что просверлил полностью до другой стороны и использовал больше заготовок 1/4 дюйма.

Подсоедините фитинги 1/4 дюйма к блоку и установите отвес в насос.