Термобатарея своими руками: как сделать в домашних условиях и практическое применение

Содержание

Как из тепла сделать электричество

На одном из электрических форумов был задан такой вопрос: «Каким образом можно получить электроэнергию, использую обычный бытовой газ?» Мотивировалось это тем, что газ у этого товарища, да собственно, как и у многих, оплачивается просто по нормативам без счетчика.

Сколько ни пользуйся, платить все равно фиксированную сумму, и почему же не превратить уже оплаченный, но не использованный газ в халявную электроэнергию? Так на форуме появилась новая тема, которая была подхвачена остальными участниками: задушевная беседа помогает не только сократить рабочий день, но еще и убить свободное время.

Было предложено множество вариантов. Просто купить бензиновый генератор, а заправлять его бензином, полученным перегонкой бытового газа, либо переделать генератор для работы сразу на газу, как автомобиль.

Вместо двигателя внутреннего сгорания предлагался двигатель Стирлинга, известный также как двигатель внешнего сгорания. Вот только топикстартер (тот, который создал новую тему) претендовал на мощность генератора не менее 1 киловатта, но его урезонили, мол, такой стирлинг не поместится даже в кухне небольшой столовой. Кроме того немаловажно, чтобы генератор был бесшумным, иначе, ну, сами знаете что.

После множества предложений кто-то вспомнил, как видел в какой-то книжке рисунок, где показана керосиновая лампа с приспособлением в виде многолучевой звезды для питания транзисторного приемника. Но об этом будет сказано чуть дальше, а пока…

Термогенераторы. История и теория

Для того, чтобы получить электричество непосредственно от газовой горелки или другого источника тепла, применяются термогенераторы. Так же, как и у термопары, их принцип действия основан на эффекте Зеебека, открытом в 1821 году.

Упомянутый эффект состоит в том, что в замкнутой цепи из двух разнородных проводников появляется э.д.с., если места спаев проводников находятся при разных температурах. Например, горячий спай находится в сосуде с кипящей водой, а другой в чашке с тающим льдом.

Эффект возникает от того, что энергия свободных электронов зависит от температуры. При этом электроны начинают перемещаться от проводника, где они имеют более высокую энергию в проводник, где энергия зарядов меньше. Если один из спаев нагрет больше другого, то разность энергий зарядов на нем, больше, чем на холодном. Поэтому, если цепь замкнута, в ней возникает ток, именно та самая термоэдс.

Приблизительно величину термоэдс можно определить по простой формуле:

E = α * (T1 – T2). Здесь α — коэффициент термоэдс, который зависит только от металлов, из которых составлена термопара или термоэлемент. Его значение обычно выражается в микровольтах на градус.

Разность температур спаев в этой формуле (T1 – T2): T1 – температура горячего спая, а T2, соответственно, холодного. Приведенную формулу достаточно наглядно иллюстрирует рисунок 1.

Рисунок 1. Принцип работы термопары

Рисунок этот классический, его можно найти в любом учебнике физики. На рисунке показано кольцо, составленное из двух проводников А и Б. Места соединения проводников называются спаями. Как показано на рисунке, в горячем спае T1 термоэдс имеет направление из металла Б в металл А. А в холодном спае Т2 из металла А в металл Б. Указанное на рисунке направление термоэдс справедливо для случая, когда термоэдс металла А положительна по отношению к металлу Б.

Как определить термоэдс металла

Термоэдс металла определяется по отношению к платине. Для этого термопара, одним из электродов которой является платина (Pt), а другим испытуемый металл, нагревается до 100 градусов Цельсия. Полученное значение в милливольтах для некоторых металлов, показано ниже. Причем следует обратить внимание на то, что изменяется не только величина термоэдс, но и ее знак по отношению к платине.

Платина в этом случае играет такую же роль, как 0 градусов на температурной шкале, а вся шкала величин термоэдс выглядит следующим образом:

Сурьма +4,7, железо +1,6, кадмий +0,9, цинк +0,75, медь +0,74, золото +0,73, серебро +0,71, олово +0,41, алюминий +0,38, ртуть 0, платина 0.

После платины идут металлы с отрицательным значением термоэдс:

Кобальт -1,54, никель -1,64, константан (сплав меди и никеля) -3,4, висмут -6,5.

Пользуясь этой шкалой очень просто определить значение термоэдс развиваемое термопарой, составленной из различных металлов. Для этого достаточно подсчитать алгебраическую разность значений металлов, из которых изготовлены термоэлектроды.

Например, для пары сурьма – висмут это значение будет +4,7 – ( — 6,5) = 11,2 мВ. Если в качестве электродов использовать пару железо – алюминий, то это значение составит всего +1.6 – (+0,38) = 1,22 мВ, что меньше почти в десять раз, чем у первой пары.

Если холодный спай поддерживать в условиях постоянной температуры, например 0 градусов, то термоэдс горячего спая будет пропорциональна изменению температуры, что и используется в термопарах.

Как создавались термогенераторы

Уже в середине 19 века делались многочисленные попытки для создания термогенераторов – устройств для получения электрической энергии, то есть для питания различных потребителей. В качестве таких источников предполагалось использовать батареи из последовательно соединенных термоэлементов. Конструкция такой батареи показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Термобатарея, схематическое устройство

Первую термоэлектрическую батарею создали в середине 19 века физики Эрстед и Фурье. В качестве термоэлектродов использовались висмут и сурьма, как раз та самая пара из чистых металлов, у которой максимальная термоэдс. Горячие спаи нагревались газовыми горелками, а холодные помещались в сосуд со льдом.

В процессе опытов с термоэлектричеством позднее были изобретены термобатареи, пригодные для использования в некоторых технологических процессах и даже для освещения. В качестве примера можно привести батарею Кламона, разработанную в 1874 году, мощности которой вполне хватало для практических целей: например для гальванического золочения, а также применения в типографии и мастерских гелиогравюры. Примерно в то же время исследованием термобатарей занимался и ученый Ноэ, его термобатареи в свое время также были распространены достаточно широко.

Но все эти опыты, хотя и удачные, были обречены на провал, поскольку термобатареи, созданные на основе термоэлементов из чистых металлов, имели весьма низкий КПД, что сдерживало их практическое применение. Чисто металлические пары имеют КПД лишь несколько десятых долей процента. Намного большим КПД обладают полупроводниковые материалы: некоторые окислы, сульфиды и интерметаллические соединения.

Полупроводниковые термоэлементы

Подлинную революцию в создании термоэлементов произвели труды академика А.И. Иоффе. В начале 30 – х годов XX столетия он выдвинул идею, что с помощью полупроводников возможно превращение тепловой энергии, в том числе и солнечной, в электрическую. Благодаря проведенным исследованиям уже в 1940 году был создан полупроводниковый фотоэлемент для преобразования световой солнечной энергии в электрическую.

Первым практическим применением полупроводниковых термоэлементов следует считать, по-видимому, «партизанский котелок», позволявший обеспечить питанием некоторые портативные партизанские радиостанции.

Основой термогенератора служили элементы из константана и SbZn. Температура холодных спаев стабилизировалась кипящей водой, в то время как горячие спаи нагревались пламенем костра, при этом обеспечивалась разница температур не менее 250…300 градусов. КПД такого устройства был не более 1,5…2,0 %, но мощности для питания радиостанций вполне хватало. Конечно, в те военные времена конструкция «котелка» была государственным секретом, и даже сейчас на многих форумах в интернете обсуждается его устройство.

Бытовые термогенераторы

Уже в послевоенные пятидесятые годы советская промышленность начала выпуск термогенераторов ТГК – 3. Основное его назначение состояло в питании батарейных радиоприемников в неэлектрифицированной сельской местности. Мощность генератора составляла 3 Вт, что позволяло питать батарейные приемники, такие как «Тула», «Искра», «Таллин Б-2», «Родина – 47», «Родина – 52» и некоторые другие.

Внешний вид термогенератора ТГК-3 показан на рисунке 3.

Рисунок 3. Термогенератор ТГК-3

Конструкция термогенератора

Как уже было сказано, термогенератор предназначался для использования в сельской местности, где для освещения использовались керосиновые лампы «молния». Такая лампа, оснащенная термогенератором, становилась не только источником света, но и электричества.

При этом дополнительных затрат топлива не требовалось, ведь в электричество превращалась именно та часть керосина, которая просто улетала в трубу. К тому же, такой генератор был всегда готов к работе, конструкция его была такова, что ломаться в нем просто нечему. Генератор мог просто лежать без дела, работать без нагрузки, не боялся коротких замыканий. Срок службы генератора, по сравнению с гальваническими батареями, казался просто вечным.

Роль вытяжной трубы у керосиновой лампы «молния» играет удлиненная цилиндрическая часть стекла. При использовании лампы совместно с термогенератором стекло делалось укороченным, и в него вставлялся металлический теплопередатчик 1, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Керосиновая лампа с термоэлектрическим генератором

Внешняя часть теплопередатчика имеет форму многогранной призмы, на которой установлены термобатареи. Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи теплопередатчик внутри имел несколько продольных каналов. Проходя по этим каналам горячие газы уходили в вытяжную трубу 3, попутно нагревая термобатарею, точнее, ее горячие спаи.

Для охлаждения холодных спаев использовался радиатор воздушного охлаждения. Он представляет собой металлические ребра, прикрепленные к внешним поверхностям блоков термобатарей.

Термогенератор – ТГК3 состоял из двух независимых секций. Одна из них вырабатывала напряжение 2В при токе нагрузки до 2А. Эта секция использовалась для получения анодного напряжения ламп с помощью вибропреобразователя. Другая секция при напряжении 1,2В и токе нагрузки 0,5А использовалась для питания нитей накала ламп.

Нетрудно подсчитать, что мощность данного термогенератора не превышала 5 Ватт, но для приемника ее вполне хватало, что позволяло скрашивать долгие зимние вечера. Сейчас, конечно, это кажется просто смешным, но в те далекие времена такое устройство было, несомненно, чудом техники.

В 1834 году француз Жан Шарль Атаназ Пельтье открыл эффект, противоположный эффекту Зеебика. Смысл открытия в том, что при прохождении тока через спай из разнородных материалов (металлов, сплавов, полупроводников) выделяется или поглощается тепло, что зависит от направления тока и типов материалов. Об этом подробно рассказано здесь: Эффект Пельтье: магическое действие электрического тока

Согласно мировой статистике, от общего числа выработанной электроэнергии, на ТЭС приходится более 60%. Как известно, для работы тепловых электростанций необходимо органическое топливо, запасы которого не бесконечны. Помимо того, положенный в основу техпроцесс не является экологически чистым. Но низкая стоимость оргтоплива и высокий КПД ТЭС, позволяет получать «дешевое» электричество, что оправдывает применение данной технологии. Выход из сложившейся ситуации – альтернативные источники энергии, к таковым относятся термоэлектрические генераторы (далее ТЭГ), о них и пойдет речь в этой статье.

Что такое термоэлектрический генератор?

Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.

Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.

Схема работы ТЭС

Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.

Принцип работы

В основе ТЭГ лежит термоэлектрическое явление, описанное в начале 20-х годов XIX века немецким ученым-физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже.

Обозначения:

  • 1 – медный проводник.
  • 2 – проводник из сурьмы.
  • 3 – стрелка компаса.
  • А и В – места контакта двух проводников.

При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.

Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.

Современный элемент Пельтье с указанием размеров

Перспективы

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.

Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т.д.

Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника.

Молекула вместо термопары

Первые опыты показали возможность реализации идеи, насколько она перспективна, покажет время.

Сфера применения и виды термоэлектрических генераторов

В виду низкого КПД для ТЭГ остается два варианта применения:

  1. В местах, где недоступны другие источники электроэнергии.
  2. В процессах, где имеется избыток тепла.

Приведем несколько примеров таких устройств.

Энергопечи

Данные, устройства, совмещающие в себе следующие функции:

  • Варочной поверхности.
  • Обогревателя.
  • Источника электроэнергии.

Это прекрасный образец, объединяющий все оба варианта применения.

Индигирка – три в одном

У представленной на рисунке энергопечи следующие параметры:

  • Вес – чуть больше 50 килограмм (без учета топлива).
  • Размеры: 65х43х54 см (с разобранным дымоходом).
  • Оптимальная загрузка оргтоплива – 30 литров. Допускается использование лиственной древесины, торфа, бурового (не каменного!) угля.
  • Средняя тепловая мощность устройства около 4,5 кВт.
  • Мощность электронагрузки от 45-50 Вт.
  • Стабилизированное постоянное напряжение на выходе – 12 В.

Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа. Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя.

Радиоизотопные ТЭГ

В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов. Такие источники называют радиоизотопными. Основное их преимущество заключается в том, что не требуется постоянная загрузка топлива. Недостаток – необходимость установки защиты от ионизирующего излучения, невозможность перезаправки топлива и необходимость утилизации.

Срок эксплуатации таких источников напрямую зависит от периода полураспада вещества, используемого в качестве топлива. К последнему предъявляется следующий ряд требований:

  • Высокий коэффициент объемной активности, то есть небольшое количество вещества должно обеспечивать нужный уровень выделения энергии.
  • Поддержка необходимого уровня мощности в течение длительного времени. На этот параметр отвечает, как было отмечено выше, влияет период полураспада, например у стронция-90 он 29 лет, следовательно, источник через это время потеряет половину своей мощности.
  • Ионизирующее излучение должно быть удобным для утилизации, то есть в нем должны преобладать α-частицы.
  • Необходимый уровень безопасности. То есть ионизирующее излучение не должно нанести вред экологии (в случае эксплуатации на земле) и питающемуся от такого источника оборудованию.

Таким критериям отвечают изотопы кюрия-244, плутония-238 и упоминавшийся выше стронций-90.

Сфера применения РИТЕГ

Несмотря на серьезные требования к таким источникам, сфера их применения довольно разнообразна, они используются как в космосе, так и на земле. Ниже на фото, изображен РИТЕГ, работавший на космическом аппарате Кассини. В качестве топлива использовался изотоп плутония-238. Период полураспада этого элемента чуть больше 87 лет. Под конец 20-ти летней мисси источник вырабатывал 650 Вт электроэнергии.

Радиоизотопное «сердце» Кассини

Кассини была приведена в качестве примера, а на счет массовости можно констатировать, что, практически, все КА для электропитания оборудования используют РИТЕГ. К сожалению, характеристики радиоизотопных источников энергии космических аппаратов, как правило, не публикуются.

На земле ситуация приблизительно такая же. Технология РИТЕГ как бы известна, но ее детали относятся к закрытой информации. Достоверно известно, что такие установки применяются в качестве источника питания навигационного оборудования в местности, где по техническим причинам невозможно получать электроэнергию другим способом. То есть, речь идет о труднодоступных регионах.

К сожалению, такие источники не самая подходящая альтернатива ТЭС с экологической точки зрения.

РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле Сахалина

Как сделать термоэлектрический генератор своими руками?

В завершении расскажем, как сделать ТЕГ, которым можно пользоваться в турпоходе, на охоте или рыбалке. Естественно, мощность таких устройств будет уступать радиоизотопным генераторам энергии, но ввиду труднодоступности плутония, и его неприятным свойством наносить вред человеческому организму придется довольствоваться малым.

Нам понадобится термоэлектрический элемент, например, ТЕС1 12710. Желательно использовать несколько элементов, подключенных параллельно, для увеличения мощности. К сожалению, тут есть очень серьезный нюанс, потребуется подобрать элементы со сходными параметрами, что у китайской продукции практически не реально, а использовать брендовую дорого, проще купить готовый генератор. Если использовать один модуль Пельте, то его мощности едва хватит для зарядки телефона или другого гаджета. Нам также понадобится металлический корпус, например, отслужившего блока питания ПК и радиатор от процессора.

Основные моменты сборки:

Наносим на корпус термопасту в месте, где будет крепиться термоэлектрический элемент, прислоняем его и фиксируем радиатором. В результате у нас получается конструкция, как на нижнем рисунке.

Туристический ТЭГ

В качестве топлива лучше всего использовать «сухой спирт».

Теперь необходимо подключить к нашему источнику стабилизатор напряжения (схему можно найти на нашем сайте или в других тематических источниках).

Конструкция готова, можно приступать к проверке.

Многих электриков интересует один очень популярный вопрос – как автономно и бесплатно получить небольшое количество электроэнергии. Очень часто, к примеру, при выезде на природу или походе катастрофически не хватает розетки для подзарядки телефона либо включения светильника. В этом случае Вам поможет самодельный термоэлектрический модуль, собранный на базе элемента Пельтье. С помощью такого устройства можно генерировать ток, напряжением до 5 Вольт, чего вполне хватит для зарядки девайса и подключения лампы в экстренной ситуации. Далее мы расскажем, как сделать термоэлектрический генератор своими руками, предоставив простой мастер-класс в картинках и с видео примерами!

Кратко о принципе действия

Чтобы в дальнейшем Вы понимали, для чего нужны те или иные запчасти при сборке самодельного термоэлектрического генератора, сначала поговорим об устройстве элемента Пельтье и о том, как он работает. Данный модуль состоит из последовательно соединенных полупроводников – pn переходов, находящихся между керамическими пластинами, как показано на картинке ниже.

Когда через такую цепь проходит электрический ток, происходит так называемый эффект Пельтье — одна сторона модуля нагревается, а вторая – охлаждается. Для чего это нам нужно? Все очень просто, данный эффект работает и в обратном направлении: если одну сторону пластины нагреть, а второю охладить, то можно получить электроэнергию небольшого напряжения и силы тока. Огромное преимущество данного метода в том, что можно использовать любой источник тепла, будь то костер, или горячая кружка с кипятком, остывающая плита и так далее. Для охлаждения можно применять воздух или для более мощных вариантов – обыкновенную воду, которая обязательно найдется даже в условиях похода. Далее переходим к мастер-классам, которые наглядно покажут из чего и как сделать термоэлектрический генератор своими руками.

Мастер-класс по сборке

У нас есть очень подробная и в то же время простая инструкция по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе мини-печи и элемента Пельтье. Она пригодится каждому путешественнику в походе. Для начала Вам необходимо подготовить следующие материалы:

  • Непосредственно сам элемент Пельтье с параметрами: максимальный ток 10 А, напряжение 15 Вольт, размеры 40*40*3,4 мм. Маркировка – TEC 1-12710.
  • Старый нерабочий блок питания от компьютера (с него нужен только металлический корпус).
  • Стабилизатор напряжения, со следующими техническими характеристиками: входное напряжение 1-5 Вольт, на выходе – 5 Вольт. В данной инструкции по сборке термоэлектрического генератора используется модуль с USB выходом, что упростит и сделает безопасным процесс подзарядки современного телефона либо планшета. Эту деталь можно приобрести в магазине радиокомпонентов или в интернете.
  • Радиатор. Можно взять от процессора сразу с кулером (вентилятором), как показано на фото.
  • Термопаста, продается в компьютерном магазине.

Подготовив все материалы, можно переходить к изготовлению устройства своими руками. Итак, чтобы Вам было понятнее, как самому сделать генератор, предоставляем пошаговый мастер-класс с картинками и подробным объяснением:

  1. Разберите старый блок питания и оставьте только корпус. Он будет использоваться, как место розжига огня (так называемая печь). Будьте внимательны, даже на старых блоках питания в высоковольтной части на конденсаторах может остаться опасное для жизни напряжение. Поэтому перед работой оденьте диэлектрические перчатки, убедитесь в отсутствии потенциала на конденсаторе, для уверенности замкните его контакты, и будьте предельно осторожны во время разборки!
  2. На радиатор нанесите термопасту тонким, однородным слоем и прислоните элемент Пельтье. Устанавливать нужно маркировкой к радиатору, это будет холодная сторона. Если Вы перепутаете стороны местами, в дальнейшем нужно будет поменять полярность проводов, чтобы термоэлектрический генератор работал правильно и не испортил преобразователь. Вместо термопасты вы можете использовать специальный теплопроводный клей, это будет даже лучше: не придется дополнительно крепить радиатор к корпусу.
  3. К обратной стороне модуля прислоните корпус блока питания, как показано на фото ниже.
  4. Прикрепите радиатор к корпусу с помощью металлической проволоки.
  5. К выводам элемента припаяйте стабилизатор напряжения с выходом USB. Кстати, для этого можно сделать паяльник сделать своими руками.
  6. Аккуратно поместите 5-вольтовый преобразователь в радиаторе и переходите к испытаниям самодельного термоэлектрического генератора. Не забудьте заизолировать преобразователь с помощью изоленты.

Работает термоэлектрический генератор следующим образом: внутрь печи Вы засыпаете дрова, мелкие щепки, поджигаете их и ждете несколько минут, пока одна из сторон термоэлемента не нагреется. Параллельно можно вскипятить воду на решетке. Для подзарядки телефона нужно, чтобы разница между температурами разных сторон была около 100 о С. Если охлаждающая часть (радиатор) будет нагреваться, его нужно будет остужать – аккуратно поливать водой, поставить на него кружку с жидкостью, льдом и т.д. Лучше крепить радиатор так, чтобы его ребра были расположены вертикально, это улучшает отдачу тепла воздуху.

А вот и видео, на котором наглядно показывается, как работает самодельный электрогенератор на дровах:

Также можно установить на холодную сторону устройства вентилятор от компьютера, что несколько изменит его конструкцию. Давайте рассмотрим этот вариант по подробнее:

В этом случае кулер будет затрачивать небольшую долю мощности генераторной установки, но в итоге система будет работать с более высоким КПД. Помимо телефонной зарядки модуль Пельтье можно использовать в качестве источника электроэнергии для фонарика, что не менее полезный вариант применения генератора. Еще одна особенность данной конструкции — это способность регулировать высоту над огнем. Для этого автор использует деталь от CD-ROMа (на одном из фото хорошо видно, как самому можно изготовить конструкцию).

Если сделать термоэлектрический генератор своими руками по такой методике, на выходе у Вас может быть до 8 Вольт напряжения, поэтому для подзарядки телефона, нужно подключить понижающий преобразователь, который сделает на выходе стабильные 5 В.

Ну и последний вариант самодельного источника электроэнергии для дома может быть представлен такой схемой: элемент между двух алюминиевых «кирпичиков», медная трубка (водяное охлаждение) и конфорка. Как результат – эффективный генератор, позволяющий получить бесплатное электричество в домашних условиях! Например, при остывании конфорки, когда ей никто не пользуется. Или очень часто люди используют печь для обогрева, так вот часть этой энергии может пойти на зарядку вашего гаджета.

Вот мы и предоставили три простых варианта самодельного аппарата, который можно собрать из подручных средств. Теперь Вы знаете как сделать термоэлектрический генератор своими руками, на чем основан принцип работы элемента Пельтье и для чего его можно использовать!

Будет интересным к прочтению:

Термоаккумулятор для отопления своими руками схема изготовления

Как сделать теплоаккумулятор и утеплить его своими руками

Надо признать, что у большинства граждан бывшего СССР не хватает доходов на приобретение современного отопительного оборудования, поэтому людям приходится искать альтернативные решения. Взять хотя бы буферную емкость (она же – тепловой аккумулятор), очень полезную вещь для систем отопления частных домов. Изделие среднего объема 500 л обойдется примерно в 600—700 у. е. а цена тысячелитрового бака переваливает за 1000 у. е. Если же напрячься и сделать теплоаккумулятор своими руками, а потом еще и смонтировать его в котельной самостоятельно, то вы легко уложитесь в половину этой суммы. А наша задача – рассказать о способах изготовления.

Где применяется аккумулятор тепла и как он устроен

Накопитель тепловой энергии — это не что иное, как утепленный железный бак с патрубками для подключения магистралей водяного отопления. Изделие предназначено для обогрева дома в периоды, когда основной источник тепла (котел) бездействует. Замещение практикуется в таких случаях:

  1. При обогреве жилища печью с водяным контуром либо котлом, сжигающим твердое топливо. Накопительная емкость работает для отопления ночью, после прогорания дров или угля. Благодаря этому домовладелец спокойно отдыхает, а не бегает в котельную. Это комфортно.
  2. Когда источником тепла служит электрокотел, а учет потребления электричества ведется многотарифным счетчиком. Энергия по ночному тарифу обходится вдвое дешевле, поэтому днем работу системы отопления полностью обеспечивает тепловой аккумулятор. Это экономично.

Заводские резервуары с теплообменниками для ГВС и гелиосистем

Важный момент. Бак — аккумулятор горячей воды повышает эффективность твердотопливного котла. Ведь максимальный КПД теплогенератора достигается при интенсивном горении, которое невозможно постоянно поддерживать без буферной емкости, поглощающей излишки теплоты. Чем эффективнее сжигаются дрова, тем меньше их расход. Это касается и газового котла, чей КПД снижается в режимах слабого горения.

Аккумуляторный бак, заполненный теплоносителем, действует по простому принципу. Пока обогревом помещений занимается теплогенератор, вода в емкости нагревается до максимальной температуры 80—90 °С (теплоаккумулятор заряжается). После отключения котла к радиаторам начинает подаваться горячий теплоноситель из накопительного бака, обеспечивающего отопление дома в течение определенного времени (тепловая батарея разряжается). Длительность работы зависит от объема резервуара и температуры воздуха на улице.

Как устроен аккумулятор тепла — схема

Простейшая аккумулирующая емкость для воды заводского изготовления, показанная на схеме, состоит из таких элементов:

  • основной резервуар цилиндрической формы, сделанный из углеродистой либо нержавеющей стали;
  • теплоизоляционный слой толщиной 50—100 мм в зависимости от применяемого утеплителя;
  • внешняя обшивка – тонкий окрашенный металл или полимерный чехол;
  • присоединительные штуцера, врезанные в основную емкость;
  • погружные гильзы для установки термометра и манометра.

Примечание. Более дорогие модели аккумуляторов тепла для систем отопления дополнительно снабжаются змеевиками для ГВС и подогрева от солнечных коллекторов. Другая полезная опция – встроенный в верхнюю зону бака блок электрических ТЭНов.

Изготовление накопителей тепла в заводских условиях

Если вы всерьез озаботились темой установки в собственном доме теплоаккумулятора, сделанного своими руками, то для начала не помешает ознакомиться с заводской технологией сборки этих изделий.

Резка на плазменном аппарате заготовок для крышки и дна

Повторить ее самому в условиях домашней мастерской нереально, но некоторые приемы вам пригодятся. На предприятии бак – аккумулятор горячей воды делается в виде цилиндра с полусферическим дном и крышкой в такой последовательности:

  1. Листовой металл толщиной 3 мм подается на аппарат плазменной резки, где их него получают заготовки торцевых крышек, корпуса, люка и подставки.
  2. На токарном станке изготавливаются основные штуцера диаметром 40 или 50 мм (резьба 1.5 и 2”) и погружные гильзы для приборов контроля. Там же вытачивается большой фланец для ревизионного люка размером около 20 см. К последнему приваривается патрубок для врезки в корпус.
  3. Заготовка корпуса (так называемая обечайка) в виде листа с отверстиями под штуцеры направляется на вальцы, изгибающие ее под определенным радиусом. Чтобы получить цилиндрическую емкость для воды, остается лишь сварить торцы заготовки встык.
  4. Из металлических плоских кругов гидравлический пресс штампует полусферы.
  5. Следующая операция – сварочные работы. Порядок такой: сначала на прихватках варится корпус, потом к нему прихватываются крышки, затем идет сплошная проварка всех швов. В конце присоединяются штуцеры и ревизионный люк.
  6. Готовый накопительный бак сваривается с подставкой, после чего проходит 2 проверки на проницаемость – воздушную и гидравлическую. Последняя производится давлением 8 Бар, испытание длится 24 часа.
  7. Испытанный резервуар окрашивается и утепляется базальтовым волокном толщиной не менее 50 мм. Сверху изделие облицовывается тонколистовой сталью с полимерной окраской либо закрывается плотным чехлом.

Корпус выгибается из листа железа на вальцах

Справка. Для утепления бака производители используют разные материалы. К примеру, теплоаккумуляторы «Прометей» российского производства изолированы пенополиуретаном.

Вместо облицовки производители нередко применяют специальный чехол (можно выбрать цвет)

Большинство заводских аккумуляторов тепла для систем отопления рассчитаны на максимальное давление 6 Бар при температуре теплоносителя 90 °С. Это значение вдвое превышает порог срабатывания предохранительного клапана, устанавливаемого на группу безопасности твердотопливных и газовых котлов (предел — 3 Бар). Детально производственный процесс показан на видео:

Изготавливаем тепловую батарею самостоятельно

Вы решили, что без буферной емкости обойтись не сможете и хотите ее сделать своими руками. Тогда готовьтесь пройти 5 этапов:

  1. Расчет объема теплоаккумулятора.
  2. Выбор подходящей конструкции.
  3. Подбор и заготовка материалов.
  4. Сборка и проверка герметичности.
  5. Монтаж резервуара и подключение к системе водяного отопления.

Совет. Перед тем как посчитать объем бочки, подумайте, сколько места в котельной или другом помещении вы сможете под нее выделить (по площади и высоте). Четко определитесь, как долго водяной теплоаккумулятор должен замещать бездействующий котел, а уж потом приступайте к выполнению первого этапа.

Как рассчитать объем бака

Существует 2 способа расчета вместительности накопительного резервуара:

  • упрощенный, предлагаемый производителями;
  • точный, выполняемый по формуле теплоемкости воды.

Продолжительность обогрева дома тепловым аккумулятором зависит его размера

Суть укрупненного расчета проста: под каждый кВт мощности котельной установки в баке выделяется объем, равный 25 л воды. Пример: если мощность теплогенератора составляет 25 кВт, то минимальная вместительность теплоаккумулятора выйдет 25 х 25 = 625 л или 0.625 м³. Теперь вспомните, сколько места в котельной выделено для резервуара и подгоняйте полученный объем под реальные размеры.

Для справки. Желающие сварить самодельный теплоаккумулятор нередко задаются вопросом, как посчитать объем круглой бочки. Здесь стоит напомнить расчетную формулу площади круга: S = ¼πD². Подставьте в нее диаметр цилиндрического резервуара, а полученный результат умножьте на высоту емкости.

Более точные размеры теплового аккумулятора вы получите, если воспользуетесь вторым способом. Ведь упрощенное вычисление не покажет, на сколько времени хватит рассчитанного объема теплоносителя при самых неблагоприятных погодных условиях. Предлагаемая методика как раз и пляшет от показателей, которые нужны вам и основывается на формуле:

m = Q / 1.163 х Δt

  • Q – количество тепла, которое нужно накопить в аккумуляторе, кВт;
  • m – расчетная масса теплоносителя в баке, тонн;
  • Δt – разность температур воды в начале и в конце нагрева;
  • 1.163 Вт/кг °С — это справочная теплоемкость воды.

Дальше поясним на примере. Возьмем стандартный дом 100 м² со средним теплопотреблением 10 кВт/ч, где котел должен простаивать 10 часов в сутки. Тогда в бочке необходимо аккумулировать 10 х 10 = 100 кВт энергии. Начальная температура воды в отопительной сети – 20 °С, нагрев происходит до 90 °С. Считаем массу теплоносителя:

m = 100 / 1.163 х (90 — 20) = 1.22 тонны, что приблизительно равно 1.25м³.

Обратите внимание, что тепловая нагрузка 10 кВт взята приблизительно, в утепленном здании площадью 100 м² теплопотери будут меньше. Момент второй: столько тепла необходимо в наиболее холодные дни, каковых бывает 5 на всю зиму. То есть, в данном примере теплоаккумулятора на 1000 л хватит с большим запасом, а с учетом сезонного перепада температур можно спокойно уложиться в 750 л.

Отсюда вывод: в формулу нужно подставлять среднее теплопотребление за холодный период, равное половине от максимального:

m = 50 / 1.163 х (90 — 20) = 0.61 тонны или 0.65 м³.

Примечание. Если вы посчитаете объем бочки по среднему расходу теплоты, при крепких морозах его не хватит на расчетный промежуток времени (в нашем примере – 10 часов). Зато сэкономите деньги и место в помещении топочной. Больше информации по ведению расчетов представлено в другой нашей публикации .

О конструкции емкости

Чтобы успешно изготовить аккумулятор тепла своими руками, вам придется победить одного коварного врага – давление, оказываемое жидкостью на стенки сосуда. Думаете, почему заводские резервуары сделаны цилиндрическими, а дно с крышкой – полусферическими? Да потому что такая емкость способна противостоять давлению горячей воды без дополнительного усиления. С другой стороны, мало у кого найдется техническая возможность отформовать металл на вальцах, не говоря уже о вытяжке полукруглых деталей. Предлагаем следующие способы решения вопроса:

  1. Заказать круглый внутренний бак на металлообрабатывающем предприятии, а работы по утеплению и окончательному монтажу провести самостоятельно. Это все равно обойдется дешевле, нежели купить готовый теплоаккумулятор.
  2. Взять готовый цилиндрический бак и на его базе делать буферную емкость. Где взять подобные резервуары, мы подскажем в следующем разделе.
  3. Сварить прямоугольный аккумулятор тепла из листового железа и усилить его стенки.

Чертеж теплоаккумулятора прямоугольной формы объемом 500 л в разрезе

Важный совет. Для закрытой системы отопления с твердотопливным котлом, где избыточное давление может подскочить до 3 Бар и выше, настоятельно рекомендуется применять цилиндрический теплоаккумулятор, изготовленный своими руками.

В открытой системе отопления, в которой избыточный напор отсутствует, можно использовать прямоугольный бак. Но не забывайте о гидростатическом давлении теплоносителя на его стенки и приплюсуйте к нему высоту столба воды от системы отопления (до расширительного бачка, установленного в высшей точке). Поэтому важно усилить плоские стенки самодельного теплоаккумулятора, как это показано выше на чертеже емкости вместительностью 500 л.

Прямоугольная накопительная емкость, усиленная должным образом, может применяться и в закрытой системе отопления. Но учтите: при аварийном скачке давления от перегрева ТТ-котла резервуар даст течь с вероятностью 90%, хотя под слоем утеплителя вы можете не заметить мелкую протечку. Как выпирают неукрепленные стенки сосуда при заполнении водой, показано на видео:

Для справки. Бессмысленно наваривать прямо на стенки жесткости из уголков, швеллеров и другого металлопроката. Практика показывает, что уголки малого сечения сила давления изгибает вместе со стенкой, а большие со временем отрывает, начиная с края. Делать снаружи мощный каркас – нецелесообразно, слишком большой расход материалов. Спасут только внутренние распорки, как изображено на чертеже самодельного теплоаккумулятора.

Чертеж аккумулятора тепла на 500 л — вид сверху

Подбор материалов для резервуара

Вы сильно облегчите себе задачу, если найдете готовый цилиндрический бак, изначально рассчитанный на работу под давлением. Какие емкости можно использовать:

  • баллоны из-под пропана разной вместительности;
  • списанные технологические емкости, например, ресиверы от промышленных компрессоров;
  • ресиверы от железнодорожных вагонов;
  • старые железные бойлеры;
  • внутренние баки емкостей для хранения жидкого азота, выполненные из нержавейки.

Из готовых стальных сосудов сделать надежный теплоаккумулятор значительно проще

Примечание. В крайнем случае сгодится стальная труба подходящего диаметра. К ней можно приварить плоские крышки, которые придется усилить внутренними растяжками.

Для сваривания квадратного резервуара возьмите листовой металл толщиной 3 мм, больше не надо. Жесткости сделайте из круглых труб диаметром 15—20 мм либо профилей 20 х 20 мм. Размер штуцеров выбирайте по диаметру выходных патрубков котла, а для облицовки купите тонкую сталь (0.3—0.5 мм) с порошковой покраской.

Отдельный вопрос – чем утеплить теплоаккумулятор, сваренный своими руками. Лучший вариант – базальтовая вата в рулонах плотностью до 60 кг/м³ и толщиной 60—80 мм. Полимеры типа пенопласта или экструдированного пенополистирола применять не стоит. Причина – мыши, которые любят тепло и осенью могут запросто поселиться под обшивкой вашей накопительной емкости. В отличие от полимерных утеплителей, базальтовое волокно они не любят.

Не стройте иллюзий по поводу экструдированного пенополистирола, грызуны его тоже едят

Теперь укажем альтернативные варианты готовых сосудов, которые применять для аккумуляторов тепла не рекомендуется:

  1. Импровизированный бак из еврокуба. Подобные пластиковые емкости рассчитаны на максимальную температуру содержимого 70 °С, а нам нужно 90 °С.
  2. Теплоаккумулятор из железной бочки. Противопоказания – тонкий металл и плоские крышки изделия. Чем усиливать такую бочку, проще взять хорошую трубу.

Сборка прямоугольной конструкции

Хотим предупредить сразу: если вы посредственно владеете искусством сварочных работ, то изготовление бака лучше закажите на стороне по вашим чертежам. Качество и герметичность швов имеет огромное значение, при малейшей неплотности аккумулирующая емкость потечет.

Сначала бак сваривается прихватками, а потом сплошным швом

Для хорошего сварщика здесь проблем не будет, надо лишь усвоить порядок выполнения операций:

  1. Вырежьте из металла заготовки по размерам и сварите корпус без дна и крышки на прихватках. Для фиксации листов используйте струбцины и угольник.
  2. Прорежьте в боковых стенках отверстия под жесткости. Вставьте внутрь заготовленные трубы и обварите их торцы снаружи.
  3. Прихватите к баку дно с крышкой. Вырежьте в них отверстия и повторите операцию с установкой внутренних растяжек.
  4. Когда все противоположные стенки емкости надежно связаны друг с другом, начинайте сплошную проварку всех швов.
  5. Установите на изделие опоры из отрезков трубы.
  6. Врежьте штуцеры, отступив от дна и крышки на менее 10 см, как показано на чертеже.
  7. Приварите к стенкам металлические скобки, которые послужат кронштейнами для крепления теплоизоляционного материала и обшивки.

На фото показана растяжка из широкой полосы, но лучше применять трубу

Совет по монтажу внутренних распорок. Чтобы стенки теплоаккумулятора эффективно сопротивлялись изгибанию от давления и не оборвались по сварке, выпустите концы растяжек наружу на 50 мм. Затем дополнительно приварите к ним ребра жесткости из стального листа или полосы. О внешнем виде не волнуйтесь, торцы труб потом скроются под облицовкой.

Стальные скобки привариваются к корпусу для крепления утеплителя и обшивки

Несколько слов о том, как утеплить теплоаккумулятор. Сначала проверьте его на герметичность, наполнив водой либо смазав все швы керосином. Теплоизоляция выполняется достаточно просто:

  • зачистите и обезжирьте все поверхности, нанесите на них грунтовку и краску с целью защиты от коррозии;
  • оберните бак утеплителем, не сдавливая его, а после закрепите с помощью шнура;
  • нарежьте облицовочный металл, сделайте в нем отверстия под патрубки;
  • прикрутите обшивку к кронштейнам саморезами.

Листы облицовки прикручивайте так, чтобы они были связаны между собой крепежом. На этом изготовление самодельного теплоаккумулятора для открытой системы отопления закончено.

Установка и подключение резервуара к отоплению

Если объем вашего теплоаккумулятора превышает 500 л, то ставить его на бетонный пол крайне нежелательно, нужно устроить отдельный фундамент. Для этого демонтируйте стяжку и выкопайте яму до плотного слоя грунта. Потом заполните ее битым камнем (бутом), уплотните и заполните жидкой глиной. Сверху залейте железобетонную плиту толщиной 150 мм в деревянной опалубке.

Схема устройства фундамента под аккумуляторный бак

Правильная работа теплового аккумулятора построена на горизонтальном движении горячего и охлажденного потока внутри резервуара, когда батарея «заряжается» и вертикальном течении воды во время «разряда». Чтобы эти условия соблюдались, нужно выполнить такие мероприятия:

  • контур твердотопливного или другого котла подключается к накопительному баку для воды через циркуляционный насос;
  • отопительная система снабжается теплоносителем с помощью отдельного насоса и смесительного узла с трехходовым клапаном, позволяющим отбирать из аккумулятора необходимое количество воды;
  • насос, установленный в котловом контуре, по производительности не должен уступать агрегату, подающему теплоноситель к отопительным приборам.

Схема обвязки бака — аккумулятора тепла

Стандартная схема подключения теплоаккумулятора с ТТ-котлом представлена выше на рисунке. Балансировочный вентиль на обратке служит для того, чтобы отрегулировать поток теплоносителя исходя из температуры воды на входе в емкость и выходе из нее. Как правильно производится подключение и настройка, расскажет наш эксперт Владимир Сухоруков в своем видеоматериале:

Для справки. Если вы проживаете в столице РФ или Подмосковье, то по вопросу подключения любых теплоаккумуляторов можете проконсультироваться лично с Владимиром, воспользовавшись контактными данными на его официальном сайте .

Бюджетный аккумулирующий бак из баллонов

Тем домовладельцам, у кого площадь котельной сильно ограничена, мы предлагаем сделать цилиндрический теплоаккумулятор из баллонов от пропана.

Самодельный накопитель тепла в паре с ТТ-котлом

Конструкция на 100 л, разработанная другим нашим мастером — экспертом Виталием Дашко. призвана выполнять 3 функции:

  • разгружать твердотопливный котел при перегреве, воспринимая излишки теплоты;
  • нагревать воду для хозяйственных нужд;
  • обеспечивать обогрев дома в течение 1—2 часов в случае отключения ТТ-котла.

Примечание. Длительность автономной работы этого теплоаккумулятора невелика из-за малого объема. Зато он поместится в любое помещение топочной и сможет отводить тепло от котла при отключении электроэнергии благодаря прямому присоединению, что очень важно для безопасности.

Так выглядит без облицовки резервуар, сделанный из баллонов

Для сборки накопительного бака вам потребуется:

  • 2 стандартных баллона из-под пропана;
  • не менее 10 м медной трубки диаметром 12 мм либо гофрированной нержавеющей трубы такого же размера;
  • штуцеры и гильзы для термометров;
  • утеплитель – базальтовая вата;
  • крашеный металл для обшивки.

От баллонов нужно открутить вентили и отрезать крышки болгаркой, не забыв наполнить их водой во избежание взрыва остатков газа. Медную трубку надо аккуратно изогнуть в змеевик вокруг трубы подходящего диаметра. Дальше действуйте так:

  1. Пользуясь представленным чертежом, просверлите отверстия в будущем теплоаккумуляторе под патрубки и гильзы для термометров.
  2. Закрепите с помощью сварки внутри баллонов несколько металлических скоб для монтажа теплообменника ГВС.
  3. Поставьте баллоны один на другой и сварите их между собой.
  4. Установите внутрь получившегося бака змеевик, выпустив концы трубки через отверстия. Для уплотнения этих мест используйте сальниковую набивку.
  5. Приделайте дно и крышку.
  6. В крышку врежьте штуцер для сброса воздуха, а в дно – для сливного крана.
  7. Приварите кронштейны для крепления обшивки. Сделайте их разной длины, чтобы готовое изделие имело прямоугольную форму. Сгибать облицовку полукругом будет неудобно, да и выйдет не эстетично.
  8. Сделайте утепление резервуара и прикрутите обшивку саморезами.

Стыковка бака с котлом без насоса

Особенность конструкции данного теплоаккумулятора заключается в том, что он соединяется с твердотопливным котлом напрямую, без циркуляционного насоса. Поэтому для стыковки применяются стальные трубы диаметром 50 мм, проложенные под уклоном, а теплоноситель циркулирует самотеком. Для подачи нагретой воды в отопительный контур насос с трехходовым смесительным клапаном устанавливается после буферной емкости.

Заключение

На многих интернет-ресурсах встречается утверждение, что изготовление теплоаккумулятора своими руками – плевое дело. Если вы изучите наш материал, то поймете, что эти декларации не отвечают действительности и на самом деле вопрос довольно сложный и серьезный. Нельзя просто взять бочку и приладить ее к теплогенератору. Отсюда совет: хорошенько продумайте все нюансы, прежде чем приступать к работе. А без квалификации сварщика за емкость, работающую под давлением, не стоит и браться, лучше ее заказать в специализированной мастерской.

Рекомендуем:

Выгодно ли ставить индивидуальный счетчик тепла в квартире и как это правильно сделать Как выбрать предохранительный клапан сброса давления в котле Как спустить воздух из батарей и труб отопления

Системы отопления > Как сделать теплоаккумулятор и утеплить его своими руками

Как самому сделать теплоакуумулятор для отопления

В нынешние времена удорожания всех видов энергоносителей многих домовладельцев стал серьезно волновать вопрос их экономичного использования. Один из вариантов – это включение в схему отопления большой емкости с водой – теплового аккумулятора.
Но емкости заводского изготовления отличаются немалой стоимостью. В то же время некоторые домашние мастера – умельцы разобрались, как можно сделать теплоаккумулятор своими руками, что выйдет гораздо дешевле. Об этом опыте и будет рассказано в данной статье.

Немного о назначении и конструкции

Прежде чем давать рекомендации по изготовлению этого важного узла, вкратце определимся, для чего он нужен и рассмотрим его заводскую конструкцию. Итак, аккумулирующие емкости с водой применяются в случаях периодического отопления дома, а точнее:

  • при работе электрического котла с многотарифным счетчиком, когда нагреватели могут экономно функционировать лишь в ночное время. Агрегат, работая на полную мощность, обогревает дом и накапливает тепловую энергию в баке с водой;
  • накопление теплоты необходимо и для котлов на твердом топливе, которые наоборот, останавливаются в ночное или другое время, если некому заложить в топку новую порцию дров или угля;

Агрегаты заводского изготовления представляют собой бак круглой формы, заполненный водой. В нее погружены несколько змеевиков, в них циркулирует теплоноситель котлового и других контуров отопления. Конструкция достаточно сложна в производстве и оттого недешева, в этом можно убедиться, посмотрев чертежи теплоаккумулятора.

Если попытаться взять за основу подобное устройство, чтобы самостоятельно изготовить теплоаккумулятор, то в конечном счёте он обойдется ненамного дешевле заводского. Медные или нержавеющие трубки и работа по навивке из них змеевиков, герметизация вводов и утепление отнимут у вас массу времени и денежных средств. Для домовладельцев, желающих произвести сборку и установку самодельного накопителя тепла, есть более простое решение, описанное ниже.

Расчет объема накопительного бака

Данное решение заключается в том, что теплоаккумулятор, сделанный своими руками, представляет собой обычную утепленную емкость с двумя патрубками для присоединения к системе отопления. Суть заключается в том, что котел в процессе работы частично направляет тепловой носитель в накопительный бак, когда радиаторы в этом не нуждаются. После отключения источника тепла происходит обратный процесс: работа системы отопления поддерживается водой, поступающей из аккумулятора. Для этого нужно будет правильно выполнить обвязку накопительной емкости с теплогенератором.

Первым делом надо определить объем бака для аккумуляции тепловой энергии и произвести оценку возможности его размещения в котельной. Кроме того, изготовление теплоаккумуляторов для твердотопливных котлов необязательно начинать с нуля, есть различные варианты подбора готовых сосудов подходящей вместительности.

Мы предлагаем ориентировочно определить объем бака самым простым способом, основанным на законах физики. Для этого надо иметь такие исходные данные:

  • тепловая мощность, потребная на обогрев дома;
  • время, в течение которого источник тепла будет отключен и его место займет аккумулирующая емкость для отопления.

Способ расчета покажем на примере. Есть здание площадью 100 м2, где теплогенератор простаивает 5 часов в сутки. Укрупненно принимаем необходимую тепловую мощность в размере 10 кВт. Это значит, что каждый час аккумулятор должен отдавать в систему 10 кВт энергии, а на весь промежуток времени ее надо накопить 50 кВт. При этом вода в баке нагревается минимум до 90 ºС, а температура на подаче в системах отопления частных домов при стандартном режиме принимается равной 60 ºС. То есть, разность температур составляет 30 ºС, все эти данные мы подставляем в хорошо знакомую из курса физики формулу:

Поскольку мы хотим узнать количество воды, что должен содержать тепловой аккумулятор, то формула принимает такой вид:

  • Q – общий расход тепловой энергии, в примере равен 50 кВт;
  • с – удельная теплоемкость воды, составляет 4.187 кДж / кг ºС или 0.0012 кВт / кг ºС;
  • Δt– разность температур воды в баке и подающем трубопроводе, для нашего примера это 30 ºС.

m= 50 / 0.0012 х 30 = 1388 кг, что занимает ориентировочный объем 1.4 м3. Итак, тепловая батарея для твердотопливного котла емкостью 1.4 м3, наполненная водой, нагретой до 90 ºС, будет обеспечивать дом площадью 100 м2 теплоносителем с температурой 60 ºС в течении 5 часов. Потом температура воды упадет ниже 60 ºС, но еще какое-то время (3—5 часов) понадобится на полную «разрядку» аккумулятора и остывание помещений.

Важно! Для того чтобы тепловой аккумулятор, изготовленный своими руками, успевал полностью «зарядиться» во время работы котла, последний должен иметь не менее чем полуторный запас по мощности. Ведь отопителю надо одновременно обогревать дом и загружать накопительный бак горячей водой.

Рекомендации по изготовлению

Если требуется сделать аккумулирующую емкость с нуля, то лучше всего для этой цели использовать обычный листовой металл толщиной 2 мм. Варить бак можно и из нержавейки, но вовсе не обязательно, так как подобный материал обойдется очень дорого. Для удобства последующего утепления и простоты изготовления емкость лучше делать прямоугольной формы. Зная объем бака, легко рассчитать его габариты в соответствии с условиями его монтажа в котельной.

Совет. Если вы хотите обеспечить совместное функционирование накопительного сосуда и самотечной системы отопления, то нужно смастерить теплоаккумулятор открытого типа, то есть, обеспечить его сообщение с атмосферой через трубку в верхней части бака. Ставить его надо выше уровня радиаторов, для чего придется дополнительно сварить подставку из стальных труб или уголков.

В некоторых случаях нет смысла варить емкость с нуля, можно сделать водяной теплоаккумулятор из бочки. Хорошо подойдет железная бочка большой вместительности, в нее потребуется врезать два патрубка для присоединения к системе. Пластмассовые бочки применять рискованно из-за высокой температуры воды, разве что на маркировке изделия будет указана максимальная температура содержимого до 100 ºС.

Такое же предостережение мы даем тем домашним умельцам, что мастерят теплоаккумуляторы из еврокуба. Конечно, это очень удобный способ, но данная пластмассовая емкость рассчитана на максимальную температуру не более 70 ºС. Поэтому еврокуб подойдет в качестве накопительного бака, работающего с теплыми полами, где температура теплоносителя редко превышает 50 ºС, для радиаторных систем он не годится.

Чем утеплить теплоаккумулятор

Даже когда бак находится в теплом помещении, то разность температур между воздушной средой и теплоносителем слишком велика – от 50 до 70 ºС. Чтобы не терять тепло и не обогревать им топочную, надо обязательно выполнять утепление теплоаккумулятора. Проще всего это сделать с помощью пенопласта толщиной 100 мм и плотностью 25 кг/м3. Его легко клеить к металлическим стенкам и вырезать отверстия под патрубки.

Сгодится для утепления и минеральная вата той же толщины, хотя крепить ее несколько сложнее. Плотность материала – 135—145 кг/м3. Для круглых баков из бочек придется использовать рулонные утеплители типа ISOVER, тут придется изрядно повозиться с крепежом, особенно в нижней части емкости.

Ниже на видео показана установка и схема теплоаккумулятора с подключением его к котлу и отопительной системе:

Заключение

Использование накопительного бака позволяет экономить топливо при работе дровяных котлов и пользоваться выгодным ночным тарифом в случае с теплогенератором электрическим. В изготовлении бак не столь уж сложен, надо только иметь некоторые навыки.

Рекомендуем:

Как выбрать и подключить теплоаккумулятор для котла Как сделать отопление в частном доме — подробное руководство Как выбрать и подключить мембранный расширительный бак

Теплоаккумулятор своими руками: расчет основных параметров, изготовление и обвязка

Не многие знают, что в странах Западной Европы на законодательном уровне запрещается использовать твердотопливный котел без теплоаккумулятора (ТА).

У нас такого запрета пока не ввели, но и без него уже довольно многие обзавелись этим устройством.

Какая в нем есть необходимость, и из чего можно сделать теплоаккумулятор своими руками – об этом пойдет речь в нашем материале.

Использование теплоаккумуляторов

От того, как именно сгорает твердое топливо в топке котла, зависит очень многое. Распознать режим горения можно по цвету пламени:

  1. Белый цвет означает, что в топку подается чересчур большой объем воздуха и значительная часть тепла, которое могло бы быть усвоено, вылетает вместе с ним в дымоход.
  2. Желтый цвет говорит о том, что топливо сгорает в оптимальном режиме: КПД котла в это время является максимальным, а выхлоп – наиболее экологичным. Котел проектируется так, чтобы на номинальной мощности он работал именно в таком режиме.
  3. Красный цвет говорит о недостатке кислорода: топливо горит дольше и с меньшей теплоотдачей, но КПД при этом сильно падает, а в выхлопе содержится много тяжелых углеводородных радикалов (недоокисленные части молекул топлива) и большое количество угарного газа.

Приобретая котел, мы подбираем его мощность в расчете на самую низкую температуру, которая может наблюдаться в нашем регионе. И в сильный мороз отопитель работает на номинальной мощности, при которой топливо сгорает в оптимальном режиме. Но экстремальные холода царствуют недолго, и в остальное время заслонку приходится перекрывать, уменьшая теплоотдачу. При этом режим горения превращается из оптимального в наименее выгодный.

Владельцам русских печей такая проблема не знакома: данный агрегат всегда протапливается в оптимальном режиме, а избыток тепла накапливается кирпичным массивом и затем в течение долгого времени постепенно отдается в помещение.

Хорошо бы такую тактику применить и для стального или чугунного котла, но стенки таких приборов не обладают достаточной теплоемкостью. Остается только одно: создать и подключить к котлу отдельное устройство, способное аккумулировать тепло.

Теплоаккумулятор для котла отопления

Попутно уменьшается объем угарного газа в выбросах, а подкладывать дрова или уголь нужно будет гораздо реже. При этом возможность перегрева и закипания теплоносителя в теплообменнике котла почти полностью исключается.

Не помешает теплоаккумулятор и владельцу электрического котла. Ночью, как известно, электроэнергия стоит в 3 раза дешевле, чем днем. При наличии теплоаккумулятора можно перейти на дифференцированный тариф и пользоваться электрокотлом только ночью.

Для организации экономичного отопления, особенно если обогрев помещения осуществляется от твердотопливного или электрического котла, целесообразно устанавливать теплоаккумулятор для котлов отопления. О плюсах и минусах данной системы расскажем в статье.

О том, как изготовить и собрать теплообменник своими руками, читайте далее .

Решили приобрести газовый котел отечественного производства? Здесь http://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/kotly/gazovyj-konord-otzyvy.html вы можете ознакомиться с отзывами пользователей газовых котлов Конорд.

Принцип работы

Проводя аналогию с русской печью, несложно догадаться, что под солидным термином «теплоаккумулятор» подразумевается просто большой объем какого-либо материала, имеющего значительную теплоемкость. В системах водяного отопления в этом качестве логичнее всего использовать сам теплоноситель – теплоемкость у воды достаточно велика.

Итак, накопитель тепла представляет собой большую емкость, заключенную в теплоизолирующую оболочку и заполненную водой. Применяются разные схемы подключения такого устройства, но принцип его работы остается неизменным: за счет избытка производимого котлом тепла вода в ТА нагревается до высокой температуры и впоследствии накопленное тепло постепенно отбирается в систему отопления.

Схема работы теплового аккумулятора

Помимо основной своей функции ТА может играть роль водонагревателя, для чего внутрь него достаточно встроить змеевик. Правда, получить горячую воду в больших объемах с его помощью не получится.

Зарядку ТА можно осуществлять не только при помощи котла, но и посредством солнечного коллектора – для этого в емкость также нужно встроить змеевик, через который будет протекать нагретый солнцем теплоноситель.

Простой тепловой аккумулятор своими руками

Теплоаккумулятор для твердотопливного котла изготовить своими руками довольно просто, если следовать инструкции. Создание ТА следует начинать с расчета его объема. Можно воспользоваться следующей методикой:

Задаемся исходными данными

Максимальная температура воды: Tmax = 90 градусов.

Минимальная температура воды: Tmin = 50 градусов.

Время работы без участия котла: t = 8 часов.

Также для расчета понадобится требуемая тепловая производительность системы отопления (СО).

Следует брать средний показатель, а не тот, который соответствует самым экстремальным морозам. В противном случае ТА получится неоправданно большим и дорогим, а для его зарядки понадобится очень мощный теплогенератор.

Самый правильный способ определить мощность теплоотдачи – рассчитать теплопотери дома. Но для примера мы воспользуемся упрощенной методикой, согласно которой для обогрева площади в 10 кв. м в самый холодный период зимы требуется 1 кВт тепла. Тогда максимальная мощность СО для дома площадью 200 кв. м составит 20 кВт, а средний показатель примем равным W = 10 кВт.

Расчет объема

Исходя из полученных данных, определим количество энергии, которое должен запасти ТА:

Q = W x t x 3600 (переводим часы в секунды) = 10000 х 8 х 3600 = 288 МДж.

Теплоемкость воды составляет (возьмем значение для температуры в 70 градусов): с = 4190 Дж/кг*градус.

Тогда воды нам понадобится:

m = Q/c(Tmax — Tmin) = 288 000 000 / 4190 (90 — 50) = 1718 кг.

Принимая высоту емкости равной 2 м, определим площадь основания: S = 1,718 / 2 = 0.859 кв. м. Такую площадь будет иметь круг диаметром 1040 мм.

Для дальнейших расчетов понадобится площадь поверхности емкости без днища. Она будет равна S = 0.859 + 3.14х1,04х2 = 7,39 кв. м.

Расчет толщины теплоизоляции

Толщину теплоизоляции следует выбирать с учетом того, какая тепловая мощность требуется для отопления котельной. Теплопроводность современных теплоизоляционных материалов составляет Л = 0,040 Вт/м*градус. Следовательно, если взять теплоизолятор толщиной d = 100 мм (0,1 м), то из полностью заряженного ТА (температура воды – 90 градусов) в котельную будет проникать

q = S*(Tmax — 20) * Л / d = 7,39 * (90 — 20) * 0,040 / 0,1 = 206,9 Вт тепла (20 – температура воздуха в помещении).

Если такой показатель не устраивает, толщину теплоизоляции нужно уменьшить.

Изготовление

Итак, рассмотрим, как изготовить теплоаккумулятор для котлов отопления своими руками. Проще всего изготовить ТА из готовой стальной бочки.

За неимением таковой емкость нужно будет сварить из стальных листов. Она должна выдерживать давление, на которое рассчитан теплообменник котла (обычно 3 атм).

Расположение штуцеров зависит от схемы подключения. Если ТА подключается в качестве гидравлического разделителя, то вверху и внизу в него нужно будет врезать по два штуцера, длина которых должна соответствовать толщине утеплителя.

Одна пара (верхний + нижний) врезается со стороны котла, другая – с противоположной (здесь будет подключаться отопительный контур). К нижним патрубкам нужно будет подсоединить тройники с термометрами.

Бочку оборачивают фольгой, а затем – утеплителем. В качестве последнего следует использовать материал, не выделяющий ядовитых испарений при контакте с горячими поверхностями.

Пенопласт этому условию не удовлетворяет – понадобится минеральная вата, причем такая, которая не содержит фенол-формальдегидных смол в качестве связующего. Такой утеплитель (базальтовая вата) выпускается для теплоизоляции дымоходов.

Остается обитую теплоизолятором емкость закрыть снаружи кожухом из жести или тонколистовой стали.

Теплоаккумулятор из бочки

Если ТА предполагается параллельно использовать для приготовления горячей воды, его нужно оборудовать змеевиком. Последний делается из медной трубы диаметром 20 мм.

В крышку емкости необходимо вмонтировать предохранительный клапан для сброса избыточного давления.

Чтобы гарантированно обезопасить СО от замерзания при долгом простое котла, установите в верхней части ТА электронагреватель (ТЭН) с термостатом, настроенным, к примеру, на температуру в 40 градусов.

Этапы установки теплоаккумулятора дома

Первым делом необходимо оценить несущую способность пола на месте установки. Она может оказаться недостаточной, поскольку вес ТА имеет довольно солидный. В таком случае необходимо соорудить бетонный фундамент. Поверх фундамента нужно уложить подсыпку из керамзита и уже на нее ставить бак.

В нашем примере применена схема обвязки с гидравлическим разделением, в которой ТА играет роль гидрострелки. Согласно ей, накопитель нужно подключать следующим образом:

  1. С одной стороны – к котлу: подающий трубопровод (от котла) – к верхнему патрубку, обратный – к нижнему. При этом в обвязке котла, как обычно, делается перемычка с узлом подмеса, предотвращающим попадание в теплообменник холодной воды.
  2. С другой стороны – к отопительному контуру, также снабженному перемычкой и узлом подмеса. Забор воды в контур должен осуществляться сверху, а возврат – снизу.

В каждый контур врезается по циркуляционному насосу. Тот, который установлен между ТА и котлом, прогоняет теплоноситель через теплогенератор, заряжая накопитель. Второй насос, установленный на стороне отопительного контура, гоняет теплоноситель через радиаторы.

Теплоаккумулятор — схема монтажа

Как только его температура опустится ниже определенной отметки, откроется клапан смесительного узла и в контур поступит из ТА новая порция горячей воды.

Для правильного движения среды внутри теплоаккумулятора нужно добиться, чтобы насос между ТА и котлом прокачивал больше жидкости, чем второй агрегат.

Для того чтобы точно определить мощность каждого насоса, пришлось бы выполнить сложнейший гидравлический расчет, ведь сопротивления контуров значительно отличаются. На практике вместо этого предусматривают возможность регулировки производительности каждого нагнетателя, что дает возможность точно согласовать их работу.

  1. Установить нагнетатели со ступенчато регулируемой скоростью вращения двигателя. Сегодня в продаже можно найти 3-скоростные циркуляционные насосы.
  2. В точке подключения обратки отопительного контура к тепловому аккумулятору можно установить регулирующий вентиль. Меняя его проходное сечение, мы добьемся изменения расхода через циркуляционный насос отопительного контура.

Настройку производительности насосов осуществляют при полностью открытом смесительном клапане отопительного контура. При правильной балансировке температура на термометре со стороны отопительного контура должна быть ниже, чем на термометре со стороны котла.

Владельцу автономной отопительной системы необходимо знать, как осуществить ремонт циркуляционного насоса своими руками в случае неожиданной поломки и невозможности обратиться к специалистам. Разберем методы определения и устранения неисправностей.

Для чего нужен предохранительный клапан для бойлера и как его правильно установить, вы узнаете в этом материале.

Видео на тему

Источники: http://otivent.com/teploakkumuljator-svoimi-rukami, http://cotlix.com/kak-sdelat-teploakuumulyator, http://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/otopitelnye-pribory/teploakkumulyator-svoimi-rukami.html

Теплоаккумулятор своими руками + Схемы и порядок установки

Для большинства любая отопительная система состоит из трех основных частей:

  1. Радиаторов отопления
  2. Трубных магистралей
  3. Отопительного прибора или котла

Однако современные системы могут оснащаться множеством других полезных устройств, одним из которых является тепловой аккумулятор. С его помощью удается накапливать тот избыток энергии, который вырабатывается в котле и расходуется совершенно напрасно.

Содержание статьи:

Большинство моделей представляют собой не что иное, как стальной бак, оснащенный несколькими нижними и верхними патрубками. К первым подключаются источники тепла, ко вторым – потребители. Внутри него располагается жидкость, которую можно использовать в желаемых целях. Изготовить теплоаккумулятор своими руками не составит труда – достаточно времени, рабочих материалов с инструментом и желания.

Вводное видео по установке

Принцип работы

В основе принципа работы теплового аккумулятора лежит высокая теплоемкость воды. Описать его можно следующим образом:

  • Трубопровод котла подключается к верхней части бака, в которую поступает горячая вода – максимально нагретый теплоноситель
  • Внизу располагается циркулирующий насос, который выбирает холодную воду и пускает по системе отопления обратно в котел
  • Очень быстро остывшая ранее жидкость сменяется вновь нагретой

Когда котел прекращает работать, вода в трубопроводных магистралях системы отопления начинает постепенно остывать. Циркулируя, она попадает в бак, в котором начинает выдавливать горячий теплоноситель в трубы. Таким образом, обогрев помещений будет продолжаться определенный временной промежуток.

Функции, которые выполняет теплоаккумулятор

Современные тепло накопительные устройства – сложные аппараты, которые выполняют не одну полезную функцию:

  1. Способны обеспечивать дом горячим водоснабжением
  2. Стабилизируют температурный режим в помещениях
  3. Позволяют увеличить КПД систем отопления до максимально возможного, снижая денежные затраты на топливо
  4. Способны объединять более одного источника тепла в общий контур и наоборот
  5. Накапливают избыточную энергию, вырабатываемую котлом

Несмотря на все положительные функции, которые выполняет тепловой аккумулятор в системе отопления, он имеет два существенных недостатка:

  • Ресурс воды напрямую зависит от вместимости установленного бака, тем не менее он остается ограниченным и имеет быстрое свойство заканчиваться. Будет не лишним дополнительная система подогрева из вне
  • Из первого недостатка плавно появляется второй: более ресурсоемкие установки требуют большой свободной площади для их размещения, например, отдельного помещения в виде котельной

В дополнение советуем прочитать наше руководство по сборке солнечного коллектора своими руками

Простой тепловой аккумулятор

Самый простейший теплоаккумулятор своими руками можно изготовить, основываясь на принципе работы термоса – он за счет своих непроводящих тепло стенок не позволяет жидкости остывать на протяжении продолжительного временного периода.

Для работы необходимо подготовить:

  • Бак желаемой емкости (от 150 л)
  • Теплоизоляционный материал
  • Скотч
  • Тэны или медные трубки
  • Бетонную плиту

Вначале очередь следует подумать над тем, что будет представлять собой непосредственно бак. Как правило, используют любую имеющуюся под руками металлическую бочку. Объем ее каждый определяет индивидуально, но брать емкость менее 150 л не имеет практического смысла.

Выбранную бочку необходимо привести в порядок. Ее следует почистить, удалить изнутри пыль и прочий мусор, обработать участки, на которых начала образовываться коррозия.

Затем готовится утеплитель, которым будет оборачиваться бочка. Он будет отвечать за то, чтоб тепло как можно дольше сохранялось внутри. Для самодельной конструкции прекрасно подойдет вата минеральная. Окутав с внешней стороны емкость, необходимо ее хорошенько обмотать скотчем. Дополнительно поверхность накрывают листовым металлом или окутывают фольгированной пленкой.

Для того, чтобы вода внутри подогревалась, необходимо выбрать один из вариантов:

  1. Установка электрических тэнов
  2. Установка змеевика, по которому будет пускаться теплоноситель

Первый вариант достаточно сложен и не безопасен, поэтому от него отказываются. Змеевик же можно соорудить самостоятельно из медной трубки диаметром 2-3 см и длиной около 8-15 м. Из нее сгибается спираль и помещается в внутрь.

В изготавливаемой модели тепловым аккумулятором является верхняя часть бочки – из нее необходимо пустить отводной патрубок. Снизу устанавливается еще один патрубок – вводной, через который будет поступать холодная вода. Следует их оснастить кранами.

Простое устройство готово к использованию, но перед этим предстоит решить вопрос, связанный с пожарной безопасностью. Располагать такую установку рекомендуется исключительно на бетонной плите, по возможности отгородив стенками.

Как подключить

Человек, который много раз сталкивался с устройством систем отопления, без труда должен изготовить тепловой аккумулятор своими руками и произвести дальнейшее подключение. Не должна составить особой сложности подобная работа и для новичка.

Словами схему подключения можно описать следующим образом:

  1. Транзитом сквозь весь бак должен проходить по тепловому аккумулятору обратный трубопровод, на его концах должны быть предусмотрены полуторадюймовый вход и выход
  2. Вначале между собой соединяются обратка котла и бак. Между ними должен размещаться циркуляционный насос, гонящий воду из бочки в отсекающий кран, расширительный бак и отопительный прибор
  3. Циркуляционный насос и отсекающий кран также монтируют со второй стороны
  4. Соединять подающий трубопровод необходимо по аналогии с предыдущим, однако теперь тепловые насосы не устанавливаются

Стоит отметить, что подобным образом подключается теплоаккумулятор к отопительной системе, работающей на базе всего одного котла. Если их количество увеличивается, схема значительно усложнится.

Емкость должна дополнительно оснащаться термометром, датчиками давления внутри и взрывным клапаном. Накапливая постоянно тепло, бочка может со временем перегреться. Чтобы не допустить взрыва, необходимо сбрасывать периодически избыточное давление.

Теплоаккумулятор и разные виды отопительных систем

Устанавливать тепловой аккумулятор можно совместно с различными отопительными системами. Взаимодействуя с каждой из них, он предоставляет ряд преимуществ и быстро окупается.

Наиболее распространены теплоаккумуляторы, установленные совместно отопительным оборудованием, работающем на твердом топливе, у которых количество остатков минимально. Доведя КПД до максимально-возможного, они очень быстро разогревают отопительные радиаторы, которые вскоре изнашиваются. Часть вырабатываемой энергии лучше копить и воспользоваться, когда в ней действительно возникнет потребность.

Двукратный ночной тариф за электроэнергию – проблема для владельцев электрических отопительных котлов. Таким образом в дневное время теплоаккумулятор будет накапливать в себе тепло по более выгодной стоимости, а в ночное – отдавать его отопительной системе.

Применяются подобные установки в многоконтурных системах, распределяя воду между контурами. Если установить патрубки на разных высотах, можно осуществить отбор воды с разной температурой.

Варианты модернизации

Глядя на простейший теплоаккумулятор своими руками, человек с инженерным образованием наверняка задумается о вариантах его модернизации. Сделать это можно следующими способами:

  • Внизу устанавливают еще один теплообменник, посредством которого может происходить аккумуляция энергии, полученной солнечным коллектором
  • Можно разделить внутреннее пространство бака на несколько секций, сообщающихся между собой, чтобы расслоение жидкости по температурам было более выраженным
  • Тратиться на теплоизоляцию или нет – каждый решает сам для себя. Но несколько сантиметров пенополиуретана существенно снизят тепловые потери
  • Увеличив количество патрубков, можно будет монтировать установку к более сложным отопительным системам с несколькими контурами, работающими независимо
  • Можно сделать дополнительный теплообменник, в котором будет накапливаться питьевая вода

Видео — Тепловой аккумулятор в доме с периодической топкой

Подводим итоги

Собирать теплоаккумуляторы своими руками может абсолютно каждый. Для него нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование, а самая простая модель состоит из комплектующих, которые у хорошего человека всегда в гараже или кладовой.

Все те, кто не доверяет самодельным устройствам, могут ознакомиться с богатым выбором моделей на рынках. Их стоимость более чем приемлемая, а вложенные средства быстро окупаются.

Как сделать элемент пельтье своими руками

Элемент Пельтье стал известен миру давно. Еще в 18 веке французский часовщик Жан-Шарль Пельтье совсем случайно для самого себя открыл новый эффект на границе двух металлов: висмута и сурьмы. Он заключался в резком изменении температуры помещенной между контактами капли воды, которая при подведении тока превратилась в лед. Это свойство стало новым для часовщика, потому что до того момента еще ни один ученый мира не излагал в своих материалах подобной информации.

Эффект хоть и был интересен, но не нашел практического применения в то время, что было связано с небольшим количеством электронной техники, которой требовалось бы интенсивное охлаждение. Спустя 2 столетия об открытии ученого вспомнили, потому что возникла острая необходимость изготовить устройство, которое могло бы обеспечить качественное охлаждение кристалла греющегося микропроцессора.

В результате многочисленных исследований в этой области и огромного количества практических опытов ученые выяснили, что термоэлектрическая пара может вырабатывать достаточное количество холода для нормальной работы практически любого микропроцессора. А благодаря небольшим размерам их научились встраивать в корпуса микросхем, обеспечивая, таким образом, собственный внутренний генератор холода.

Открытие Жан-Шарля Пельте стало огромным толчком для целой отрасли по производству мобильных холодильных установок. Сегодня свойство термоэлектрического элемента используется в следующей технике:

  • переносные холодильники;
  • автомобильные кондиционеры;
  • портативные охладители;
  • фотоаппараты, телескопы и многое другое.

Активно используют для охлаждения микропроцессоров и прочих элементов электронной техники. Кроме прямого эффекта охлаждения, элемент Пельтье многие стали использовать в качестве генератора. Примером чего может стать фонарик на 3 элементах.

Знают немногие, что для осуществления радиосвязи с командованием солдаты ставили на огонь специальный котелок и заваривали чай, готовили кашу и прочие бытовые вещи, а в это время осуществляли передачу необходимой информации по переносной радиостанции.

Как изготовить элемент Пельтье своими руками?

Многих интересует вопрос, что такое Пельтье элемент своими руками, как сделать его в домашних условиях? Для этого потребуется высокоточное дозированное добавление разных веществ и материалов. Изготовить в домашних условиях подобное устройство невозможно, потому что требуется иметь технологии и обладать необходимыми методами обработки металлов. Также требуются особо чистые материалы в таких же лабораториях, чего в домашних условиях добиться невозможно. Поэтому на вопрос, как сделать термоэлектрический модуль Пельтье, можно ответить однозначно. Никак. Но для построения эффективной системы охлаждения вполне достаточно имеющихся навыков.

Изготовление элемента Пельтье из диодов

Существует мнение о том, что можно сделать термоэлектрический модуль на диодах. Дело в том, что каждая пара разнородных полупроводников – это два материала с p и n -проводимостями. А диод как раз таковым и является. Чтобы выявить изменение проводимости при нагреве, необходимо выбирать определенные элементы. Но для получения низкой температуры на поверхности устройства никакие диоды не помогут. При подаче большого тока можно добиться лишь разогрева.

Радиолюбители используют в качестве датчика температуры диоды малой мощности в стеклянном корпусе. При подключении их в обратном направлении и разогреве переход начинает открываться и пропускать ток в обратном направлении. Но при этом вырабатывать электричество он не будет.

Как устроен элемент Пельте?

Термоэлектрический модуль Пельтье в упрощенном виде представляет собой пару пластин из разных металлов, которыми могут быть висмут, сурьма, теллур или селен. Между ними расположена пара полупроводников с разной проводимостью n и p -типа. Все образованные разными металлами термоэлектрические пары соединены последовательно в единую цепь. В результате образуется своего рода матрица из большого количества отдельных термопар, расположенных между двумя керамическими пластинами.

Образованный термопарами термоэлектрический модуль изготовлен в едином корпусе небольших размеров. При их последовательном или параллельном соединении можно добиться усиления эффекта охлаждения или выработки электрической энергии. В режиме охладителя положительный вывод матрицы подключается к первой паре с проводником n -типа, отрицательный контакт подведен к проводникам p -типа. В качестве внешних обкладок используется специальная керамика, изготовленная на основе оксида и нитрида алюминия. Это обеспечивает наилучшие показатели теплоотдачи на обеих сторон как при высоких, так и при низких температурах.

Число термопар в модуле ничем не ограничено и может быть до нескольких сотен. Чем их больше, тем лучше ощущается эффект охлаждения. Для повышения эффективности работы элемента Пельтье к его холодной стороне крепится радиатор с наибольшей площадью теплоотдачи. Разница в температуре между обкладками должна составлять не менее двух десятков градусов.

При подаче напряжения на обкладки одна из сторон становится горячей, а другая холодной. При смене полярности питающего напряжения температура пластин меняется местами.

Учитывая сложность и технологичность, сделать своими руками термоэлектрический элемент не представляется возможным. Но все же встречаются умельцы, которые предлагают свои разработки. Эффект наблюдается, но для повышения КПД без специальной исследовательской лаборатории получить невозможно. Даже можно найти видео по этой теме с пошаговым руководством.

Особенности элемента Пельтье

К особенностям элемента на основе биметаллических пар следует отнести:

  • Компактность. По сравнению с термоэлектрическим эффектом, которым обладает устройство, элемент Пельтье имеет незначительные габариты, но при этом позволяет на десятки градусов понизить температуру микропроцессора, что существенно упрощает системы охлаждения.
  • Не требует использования вентиляторов. Благодаря отсутствию движущихся и вращающихся компонентов все устройство не создает лишнего шума и помех, которые могут сильно повлиять на работу компонентов.
  • Благодаря каскадному соединению нескольких термоэлементов можно добиться повышенной эффективности охлаждения процессора с минимальными затратами.
  • Кроме охладителя, элемент Пельтье можно также использовать в качестве устройства экстренного нагрева, если поменять полярность на обкладках.

Формульное отображение

Эффект Пельтье заключается в протекании тока через контакт двух металлов с разной проводимостью. В результате выделяется тепло или холод, что зависит от направления протекания тока.

В формульном выражении эффект Пельтье можно изобразить:

Q п=П12 j , где П12 – это коэффициент Пельтье. Показатель зависит от типа используемого металла, его термоэлектрических свойств.

Кроме преимуществ, в устройстве можно выделить и некоторые недостатки, к которым следует отнести:

Невысокий КПД. Для того чтобы получить значительный перепад температур, необходимо к обкладкам подводить достаточно большой ток.

Для эффективного отвода тепловой энергии необходимо предусматривать радиатор.

Генераторный режим элемента Пельтье

Открытие Жака-Шарля Пельтье буквально перевернуло мир, так как устройство может использоваться в качестве универсального генератора тепла и холода. Кроме этих функций, был отмечен еще один немаловажный эффект – генераторный режим. Если теплую сторону устройства нагревать, а холодную охлаждать, то на выводах возникает разница потенциалов, и при замыкании цепи начинает течь ток.

Генератор на основе элемента Пельтье можно сделать своими руками и для этого не потребуется особых навыков. Но стоит понимать, что используемый китайскими разработчиками материал не обладает идеальными характеристиками, позволяющими получать максимум энергии. Доступных термоэлектрических модулей в продаже хватит для:

  • зарядки мобильных устройств;
  • питания светодиодного освещения;
  • изготовления автономного радиоприемника и прочих целей.

По этой теме можно найти массу видео с подробным описанием всех этапов. Поэтому если вы хотите сделать термоэлектрический модуль для получения энергии, то это вполне реально.

Первым делом необходимо заказать необходимое количество элементов Пельтье с учетом их характеристик. Устройство с мощностью 10 Вт на том же e — Bay стоит 15$. И этого вполне достаточно будет для зарядки смартфонов. Далее, необходимо обеспечить эффективное теплоотведение. Для этих целей можно сконструировать систему жидкостного охлаждения с естественной циркуляцией. А горячую сторону нагревать любым источником тепла, в том числе открытым огнем. В результате любой радиолюбитель может сделать сам великолепный термоэлектрический генератор, который можно взять с собой в поход, на рыбалку или дачу.

Один стандартный элемент-ячейка вырабатывает 5 В и 1 Вт мощности, чего вполне достаточно для небольшого освещения. Например, для изготовления фонарика с подогревом от тепла рук. В продаже имеются и готовые элементы с выходным напряжением до 12 В.

Переносная термоэлектрическая печка с генераторным режимом

Сегодня можно найти массу способов, как сделать своими руками достаточно эффективный термоэлектрический генератор на основе элемента Пельтье. Как один из них – портативная печка с топкой из старого компьютерного блока питания. К одной из сторон корпуса прикрепляется сам термоэлектрический элемент Пельтье через термопасту с радиатором внушительных размеров. Такая установка позволит получить тепло в любом удобном месте, приготовить пищу и зарядить телефон.

То, что все электронные устройства в процессе работы нагреваются, не секрет. И этот самый нагрев негативно влияет на качество работы, поэтому для охлаждения приборов в их конструкцию устанавливаются специальные элементы, которые носят имя французского изобретателя Жан-Шарля Пельтье. Устройство это миниатюрное, но именно оно отвечает за охлаждение конденсаторов. Установить элемент Пельтье своими руками не проблема, с этим справится даже новичок, главное – знать, в каком месте схемы его припаять.

Элемент Пельтье

Немного истории

Жан-Шарль Пельтье был часовщиком. Жил он в девятнадцатом веке, когда электротехника и физика были на подъеме. Все, кто хотя бы немного понимал, как работают физические законы, старались в домашних условиях делать опыты. Пельтье не стал исключением. В 1834 году он решил провести один опыт, поместив каплю воды между двумя электродами: один был изготовлен из сурьмы, второй из висмута. После чего через электроды пропустил электрический ток.

Каково его было изумления, когда вода превратилась в лед. Ведь то, что под действием электрического тока любые материалы нагревались, было известно. Но чтобы произошел обратный эффект, это была новость. Французский часовщик так и не понял, что изобрел что-то новое, которое оказалось на границе двух областей науки – электричества и термодинамики. В то время для него произошло просто волшебство.

Правда, проблемы охлаждения в те времена мало кого интересовали, поэтому эффект Пельтье так и остался невостребованным. И только через два века, когда в промышленности и быту стали использовать электронные устройства, для которых требовались миниатюрные приборы охлаждения, о Пельтье и его эффекте вспомнили.

Достоинства и недостатки

Что же получилось, в конце концов? А получился тот самый элемент Пельтье, который обладал большими достоинствами:

  • Компактность устройства, которое давало возможность установить его на электронное плато.
  • Полное отсутствие движущихся деталей, что увеличивало его срок эксплуатации.
  • Возможность соединять несколько элементов в каскадной схеме, которая позволяет снизить достаточно большие температуры.

Внимание! Если поменять полярность подключения, то эффект Пельтье будет совершенно противоположного действия. То есть, устройство будет не охлаждать, а нагревать.

Есть у этого элемента и свои недостатки.

  • Небольшой коэффициент полезного действия. Это влияет на то, что придется к нему подводить большой ток, чтобы получить заметный перепад температур.
  • Сложность отвода тепловой энергии от охлаждаемой плоскости.

Физические процессы в элементе Пельтье

Чтобы разобраться в том, что происходит в данном устройстве, необходимо погрузиться в сложность физических законов и математических выкладок. Простому обывателю в этом разобраться будет сложно, поэтому объясним все по-простому.

Все действие происходит на уровне атомной решетки материала. Поэтому для удобства объяснения заменим его любым газом, который состоит из фононов (это его частицы). Итак, температура газа зависит от нескольких показателей:

  • температуры окружающей среды;
  • от металла, а точнее, от его свойств.

Поэтому получаем в предположении, что металл представляет собой смесь фононного и электронного газа. Оба газа находятся в термодинамическом равновесии. При соприкосновении двух металлов с разной температурой происходит перемещение холодного электронного газа в теплый металл. Что и образует разность потенциалов.

Термоэлектрический эффект Пельтье

На границе контактов двух металлов, то есть на переходе, электроны забирают энергию у фононов и передают ее фононам другого металла. Если поменять полярность подключения, то процесс пойдет в обратную сторону. Перепад температур будет увеличиваться до тех пор, пока в металле есть свободные электроны с высоким потенциалом. Когда они закончатся, настанет своеобразное равновесие температур в обоих металлах. Вот так можно описать по-простому картину эффекта Пельтье.

Итак, из всех процессов, протекающих в элементе Пельтье, можно сделать вывод, что эффективность его работы зависит от точного подбора двух металлов со своими свойствами, от силы тока, который будет протекать через прибор, и от того, как быстро будет отводиться тепло из теплой зоны.

Практическое применение

Что касается практического применения, то здесь пришлось ученым провести ряд опытов, которые показали, что достигнуть увеличения теплоотвода можно одним способом – увеличить количество соединений двух разных материалов. При этом спаи материалов можно увеличивать до бесконечности. Конечно, это утрированное высказывание, но на практике количество пар, чем больше, тем лучше. Но все же основное назначение этого охлаждающего устройства – снижение температуры в микросхемах и небольших приборах.

Итак, где сейчас применяется термоэлектрический модуль Пельтье?

  • В приборах ночного видения, а точнее, в матрицах, которые принимают инфракрасное излучение.
  • В цифровых фотоаппаратах, а точнее, в приборах зарядной связи (ПЗС), а еще точнее, в их микросхемах. Все дело в том, что эти микросхемы требуют глубокого охлаждения, чтобы увеличилась эффективность регистрации картинки.
  • В телескопах, где устройства Пельтье охлаждают детекторы.
  • В системах точного времени для снижения температуры кварцевых электрогенераторов.

И это только малый список, который с недавних пор расширился за счет бытовых приборов, компьютерной техники и автомобилей (кондиционеры, охладители воды и прочее). Хотелось бы отметить высокопроизводительные микропроцессоры, в которых для снижения температуры устанавливаются высокоскоростные элементы Пельтье. И если раньше для охлаждения использовались только вентиляторы, то дополнительная установка модуля решила проблему эффективности и снижения шума.

По поводу этого возникает еще один немаловажный вопрос, будет ли проведена замена традиционных систем охлаждения в бытовых холодильниках модулями Пельтье? Сегодня это невозможно за счет низкого КПД устройства. Да и себестоимость мощных модулей пока очень высока. Но кто знает, что ждет нас в будущем. Может быть, через лет 5-10 эффект Пельтье будет использован и в бытовых холодильниках. Тем более ученые проводят сегодня опыты с кластратами – это так называемые твердотельные растворы, сильно похожие по строению и свойствам на гидраты. Именно с их помощью можно будет снизить цену охладительному модулю.

Удивительный факт

Термоэлектрическая технология данного типа обладает одной очень интересной особенностью. Эта особенность состоит в том, что можно не только получать тепло или холод из электрического тока, но и, наоборот, из тепла или холода получать электричество. То есть, в обратном случае получаем элемент Пельтье как генератор электроэнергии.

Конечно, электрогенераторы пока в стадии теории, но ведь и француз в свое время не знал, как использовать свое открытие. Так что будем надеяться, что это в скором будущем пригодится.

Заключение по теме

Итак, как видите, эффект Пельтье сегодня применяется в электронике повсеместно. Границы использования будут в скором времени расширены, это подтверждают опыты и доклады ученых. Поэтому стоит ожидать в будущем совершенно новые возможности не только в электронной техники, но и бытовой. К примеру, бесшумно работающие холодильники и компьютеры. Сегодня же радиолюбители устанавливают модули Пельтье своими руками в разные схемы, тем самым решая задачи охлаждения плат.

Живой Журнал

Сергея Подгорных

В продолжение темы о самодельных девайсах. http://tutankanara.livejournal.com/410005.html
На этот раз речь пойдёт о темрогенераторе на элементах Пельтье.

Элементы Пельтье это такие небольшие (обычно 4х4 см.) штуковины, состоящие из керамических пластин и биметалла между ними, посредством которого при нагревании одной стороны и охлаждении другой – вырабатывается электрический ток. Или наоборот, подавая ток, нагреваем одну сторону и охлаждаем другую. Данное свойство элементов Пельтье используют при изготовлении переносных холодильников, но меня в первую очередь больше интересует генераторная способность этих устройств.

Действительно, очень удобно. Нагреваешь одну сторону элемента, охлаждаешь другую – и получаешь достаточный ток и напряжение для зарядки, например, сотового или прочих электронных девайсов. А у меня вообще с электричеством напряг, часто не бывает, так что такая штука мне жизненно необходима. Нет, конечно, частично, проблему нехватки электричества могут решить солнечные батареи. Это, на данном этапе, я вообще считаю один из лучших источников альтернативной энергетики. Поэтому у меня есть и солнечная батарея (о которой расскажу позже), небольшой, но достаточной для меня мощности. Выдаёт она где-то 1 – 1,5 ампера при напряжении от 5 до 15 вольт.

Но солнце есть не всегда, поэтому термогенератор оказался нужнее. Да и вне цивилизации он необходим, а также выживальщики, я думаю, такими вещами интересуются.

Для создания термогенератора подойдут не всякие элементы Пельтье, а лишь те, которые держат температуру 300-400 градусов. Конечно, можно изготовить генератор и из обычных элементов, тех, что применяют в холодильниках, но лишь в порядке эксперимента. Ибо, чуть только перегреете – и элемент выйдет из строя. Приобрести высокотемпературные элементы можно у американцев или у китайцев. (Небольшое отступление про китайцев: читая мой блог, может сложиться неверное представлениея, что я плохо отношусь к Китаю или китайцам. Совсем наоборот, Китаем я восхищаюсь, что не мешает мне считать, что это самый вероятный наш противник. Опять же, немцы тоже когда-то были нашим врагом, да и французы, да и кто только не был. И что с того? Будет война – будем ненавидеть, но пока мир – мы друзья. Тем более, что всё в конце концов закончится, как ранее в случае с другими нациями. И таки станут, после всех войн, русские и китайцы – братьями навек. Аминь.)
Можно приобрести элементы и у соотечественников, но уж совсем по баснословной цене, а это не наш путь.

Итак мой термогенератор нагревается масляной (на обычном, самом дешевом, подсолнечном масле) горелкой.

Которая помещена вот в такой разборный корпус, состоящий из консервной банки, регулятора высоты горелки и самого элемента Пельтье.

Сама горелка тоже состоит из банки и угольного фитиля.

Изготовить такой фитиль можно по этой видеоинструкции.

Лично я делаю такие фитили из углей от костра, продвинутые жители больших городов могут просто купить древесный уголь в магазине. Подобная горелка и сама по себе хороша, можно использовать как источник освещения, вместо свечек. Масло на её работу уходит мало, особо не чадит, может гореть сутками.

Вот это элемент Пельтье, сверху на него помещен радиатор от охлаждения компьютерного процессора, с вентилятором.

Это регулятор уровня огня горелки. Я его изготовил от убитого CD-rom_а. Его можно изготовить из чего угодно, лишь бы фантазия работала.

Элемент Пельтье (в данном варианте два-три элемента, друг на друге, всё смазано термопастой) у меня зажат между охлаждающим радиатором и нагревающим радиатором.

Пространство вокруг элемента я заполнил резиной (от каблуков ненужной обуви) и склеил всё это автомобильным термогерметиком.

Вентилятор для охлаждения изготовил из 3–х вольтового двигателя от того же неисправного CD-rom_а и лопастей штатного вентилятора от компьютерного кулера. Двигатель и вентилятор состыковал при помощи китайского суперклея и дискодержателя от всё того же CD-rom_а. В результате получился вентилятор охлаждения, который начинает работать от полутора вольт и жрёт совсем небольшой ток.

Для радиатора нагревания взял радиатор от кулера старого процессора.

Напряжение, порядка 6-8 вольт, у меня выходит на преобразователь, где уменьшается до нужных для девайсов пяти вольт.

Вот и сам генератор в сборе. Кат только (в пределах минуты-две) вырабатываемое напряжение достигает полутора вольт, начинает крутиться вентилятор охлаждения, и холодная сторона элемента начинает охлаждаться. В рабочий режим генерации термогенератор выходит через несколько минут. От него можно питать светодиодные гирлянды и заряжать электронные девайсы. Мой генератор даёт порядка 400 миллиампер тока при 5 вольтах напряжения. Сила тока зависит от применяемого элемента. Если будет возможность, поставлю элементы получше.

Также данное устройство, если снять генераторную часть, можно использовать в качестве обычной горелки, для кипячения воды. Обычно я заполняю наполовину банку и она закипает через 10-15 минут.

Теплоаккумулятор (буферная емкость) своими руками

Теплоаккумулятор содержит большой объем воды (теплоносителя), поэтому может накапливать тепловую энергиюЮ и отдавать ее, когда котел не работает. Это позволяет значительно реже подходить к твердотопливному котлу, фактически раз в двое суток в межсезонье, если котел мощный и дом утепленный, а также дает возможность использовать по максимуму на благо отопления дешевый ночной тариф электроэнергии.

Идея установить буферную емкость (теплоаккумулятор) выглядит блестящей для всех умученных дежурством у котлов, но разбивается о ценник на теплоаккумуляторы. Оказывается, что увеличить комфорт не слишком то и дешево. Но может получится сделать теплоаккумулятор своими руками? Ведь на первый взгляд ничего сложного…

 

Как можно сделать теплоаккумулятор

Заводская конструкция теплоаккумулятора, как правило, – бочка, круглая в сечении. Объм обычно в пределах 500 – 2000 литров. Диаметр – до метра, высота до 2,5 метров. Размещается на ножках, с множеством вваренных штуцеров. Может содержать в себе 1 или 2 или больше спиральных теплообмеников, для подсоединения независимых контуров, например, солнечного коллектора, нагрева проточной воды…

Емкость утеплена слоем теплоизоляции, чтобы не перегревать воздух в котельной. В фирменных теплоаккумуляторах внутри организована сложное распределение потоков… Можно взглянуть на рекламу Buderus на видео…

 

Основа конструирования буферной емкости – как должны направляться потоки

Чтобы создать правильное направление потоков, подключение к буферной емкости выполняются следующим образом.

  • Подача с котла – в верхней части.
  • Подача из емкости на радиаторы – в верхней части, на уровне подачи котла
  • Обратка с радиаторов – в нижней части.
  • Обратка на котел – в нижней части, чуть ниже обратки с радиаторов.

При этом жидкость в теплоаккумуляторе обязательно должна двигаться сверху вниз, по кольцу контура котла, а также — от котла к радиаторам.

Отследить направление движения жидкости можно по температурным датчикам — обратка котла должна быть теплее, чем обратка радиаторов.

Важно соблюсти принцип:  – расход теплоносителя в контуре котла должен превышать расход в радиаторах, только тогда теплоаккумулятор сможет нормально работать. Это обычно обеспечивается большим гидравлическим сопротивлением контура потребителей, при одинаковых насосах.

Радиаторы получат горячий теплоноситель сразу, как он появится внутри теплоаккумулятора, забирая его своим насосом с верхней части, что обеспечивает оперативность управления всем отоплением и реагирование на суточные перепады температур.

Важнейший вопрос при установке теплоаккумулятора – защита котла от холодной обратки, выполняется обязательно, например с помощью трехходового клапана.

 

Основы конструирования буферной емкости

Гораздо предпочтительнее использовать большую готовую бочку или трубу, тогда будет намного меньше сварных швов, чем в самодельной прямоугольной конструкции.

  • Ввариваются патрубки 3/4 дюйма для подключения контуров. Но контур твердотопливного котла, для реализации аварийного самотечного циркулирования, желательно создавать не менее 1дюйма, при этом подача от котла, где возможен перегрев, – стальная.
  • Сливной патрубок, он же и очиститель шлама – в самой нижней части.
  • В крышке рекомендуется создать патрубок большого диаметра для подключения автоматического воздухоотводчика или группы безопасности.

Сделать буферную емкость самостоятельно может лишь квалифицированный сварщик. Пример создания теплоаккумулятора из бочек, но явных ошибок схемотехники повторять не стоит…

Одно из пропагандируемых некоторыми специалистами решений – 4 дешевые бочки 200 литров, попарно соединенные патрубками большого диаметра…

 

Какой объем буферной емкости понадобится

Ключевой вопрос – какой объем теплоаккумулятора можно считать достаточным. Обычный режим работы – разогрев до +90 градусов и остывание до +60 градусов, пока работа радиаторов будет эффективной… В разнице 30 градусов заключается та энергия, которую можно накапливать и использовать.

Несложный тепловой расчет показывает, что одной тонны воды будет достаточно для обогрева среднеутепленного дома 100 м кв в самые пиковые морозы в течении 5 часов. А при средне-сезонной температуре – сутки.

На практике, емкость 1,2 тонны в хорошо утепленном небольшом доме позволяет не подходить к котлу 30 кВт на дровах в течении 2 суток… Ставить буферную емкость менее 0.8 тонны особого смысла нет…

 

Вопрос утепления

Не нужно спешить накладывать утеплитель до завершения полных испытаний с нагревом и под давлением. При нагреве свыше 60 градусов полистиролы начинают усиленно разлагаться, выделяя яд. Для буферной емкости лучше использовать неплотную минеральную вату толщиной 5 см, ее изоляцию от жилого пространства сделать фольгированным вспененным полиэтиленом проклеенным скотчем.

 

Буферная емкость из еврокуба

Недорого можно приобрести б/у полиэтиленовые емкости на тонну воды, находящиеся в металлической решетке. Их допустимый предел нагревания — +70 градусов, — выше начинает проявляться текучесть материала. Но среди достоинств  – предельная дешевизна изготовления, можно все сделать своими руками без привлечения сварщика… Что из этого получается, смотрите видео.

Термоэлектрический генератор (ГТЭ, ТЭГ)


LiveInternetLiveInternet

ioleg1980

все записи автора

(«Радио», №2, 1954 г., стр. 24) В. Даниель-Бек, А. Воронин, Н. Рогинская

До настоящего времени единственным источником электрического тока, пригодным для питания радиоприемников в неэлектрифицированных сельских местностях, служили батареи из гальванических элементов. Однако названные батареи обладают рядом недостатков, основным из которых является то, что из-за саморазряда такие источники тока могут сохраняться лишь ограниченное время и что напряжение на их зажимах при разряде нестабильно (оно снижается в процессе эксплуатации примерно на 50%). В настоящее время у нас разработаны и осваиваются промышленностью новые источники питания для радиоустройств – термоэлектрогенераторы. В данной статье дается описание принципа действия и устройства термоэлектрогенератора типа ТГК-3 мощностью 3 вт, предназначенного для питания сельских батарейных радиоприемников «Родина-47», «Родина-52», «Искра», «Таллин Б-2», «Тула» и т. п.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА

Действие термоэлектрогенератора основано на использовании термоэлектричсского эффекта, сущность которого заключается в том, что при нагревании места соединения (спая) двух разных металлов между их свободнымн концами, имеющими более низкую температуру, возникает разность потенциалов, или так называемая термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС). Если замкнуть такой термоэлемент (термопару) на внешнее сопротивление, то по цепи потечет электрический ток (рис. 1). Таким образом, при термоэлектрических явлениях происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. Величина термоэлектродвижущей силы определяется приближенно по формуле

Здесь Е – термоэлектродвижущая сила в вольтах, Т1 и Т2 – соответственно температура нагретого и холодного (холодных концов) спая термопары, а – коэффициент термо-ЭДС, зависящий от природы обоих металлов, образующих данную термопару, и выражающийся в микровольтах на градус,.

Рис. 1. Схема включения термопары

Возьмем кольцевой проводник, состоящий из двух металлов А и Б (рис. 2), и нагреем места их соединения соответственно до температуры Т1 и Т2 так, чтобы Т1 было больше, чем Т2. В горячем спае такой термопары ток идет из металла Б в металл А, а в холодном спае из металла А в металл В. Принято считать в таком случае термоэлектродвижущую силу металла А положительной по отношению к металлу Б. Все известные металлы можно расположить в последовательный ряд так, чтобы любой предыдущий металл имел положительную термоэлектродвижущую силу относительно последующего. Ниже приведены значения термоэлектродвижущей силы в милливольтах, развиваемой термопарой, в которой одним термоэлектродом служит указанный металл, а другим – платина, разность температур спаев которой равна 100° С (знаки «+» и « – », стоящие перед цифровыми данными термоэлектродвижущей силы, указывают полярность этой ЭДС относительно платины).

Сурьма + 4,7
Железо +1,6
Кадмий + 0,9
Цинк + 0,7
Медь + 0,74
Золото + 0,73
Серебро + 0 71
Олово + 0,41
Алюминий + 0,38
Ртуть 0
Платина 0
Кобальт — 1, 52
Никель – 1,64
Константан (сплав меди и никеля) – 3,4
Висмут – 6,5

По приведенным выше данным легко подсчитать термоэлектродвижущую силу, развиваемую термопарой, составленной из любых указанных в таблице металлов. Она будет равна алгебраической разности термоэлектродвижущих сил двух термоэлектродов, для каждого из которых эта величина дается относительно платины. Так, например, термоэлектродвижущая сила пары висмут – сурьма , составит +4,7- ( – 6,5) = 11,2 мв, а пары железо – алюминий +1,6 –– (+ 0,38) = 1,22 мв.

Рис.2. Кольцевой проводник, составленный из двух разных металлов

Если температуру холодного спая термопары поддерживать постоянной, термоэлектродвижущая сила будет изменяться приблизительно пропорционально изменению температуры горячего спая. Это дает возможность применять термопары для измерения тсмпературы. Наряду с использованием термоэлектрических явлений для измерительных целей, начиная с середины прошлого столетия, делались многочисленные попытки применить термоэлементы для энергетических целей, т. е. использовать батареи из последовательно соединенных термоэлементов в качестве источников электрической энергии. На рис. 3 показано схематическое устройство термобатареи.

Рас. 3. Схематическое устройство термобатареи

Такой агрегат может найти практическое применение, если он будет обладать достаточно высоким коэффициентом полезного действия и сохранять свои свойства при длительной эксплуатации. Однако по причинам, о которых будет сказано дальше, до последнего времени не удавалось создать термоэлектрогенератор, удовлетворяющнй таким требованиям.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА

Вследствие несовершенства нагревательных устройств далеко не вся тепловая энергия топлива поступает к горячим спаям термоэлементов. Кроме того, вследствие теплопроводности термоэлектродных материалов значительная часть тепла бесполезно расходуется, уходя от нагревателя через термоэлектроды к холодильнику. Наконец, не вся электрическая энергия, возникшая в результате термоэлектрического эффекта из тепловой энергии, отдается во внешнюю цепь. Часть этой энергии расходуется на преодоление внутреннего сопротивления термоэлемента. Поэтому полный КПД термогенератора получается низким. Для увеличения термоэлектрического КПД, представляющего отношение отдаваемой термоэлектрогенератором электрической энергии к той части тепловой энергии, которая поступает к горячим спаям термоэлементов, следует стремиться: 1) повысить возможно более перепад температур между горячим и холодным спаями термоэлемента, т. е. работать при возможно более высокой температуре горячего спая, которая лимитируется температурами плавлении и жаростойкостью термоэлектродных материалов; 2) подбирать термоэлектродные материалы, развивающие в паре максимально высокую термоэлектродвижущую силу; 3) подбирать термоэлектродные материалы, у которых отношение средней теплопроводности к средней электропроводимости будет возможно меньшим. Чисто металлические пары создают малую термоэлектродвижущую силу, поэтому КПД таких пар весьма низок (равен долям процента). Более высокие термо-ЭДС создает ряд веществ с полупроводниковыми свойствами (некоторые сульфиды, окислы, интерметаллические соединения). Но для этих веществ отношение средней теплопроводности к средней электропроводности бывает обычно выше, чем для чистых металлов. Однако термо-ЭДС некоторых полупроводниковых материалов настолько высока, что КПД термоэлементов, составленных. из подобных материалов, получается больше, чем в случае типичных металлов. Применение веществ с полупроводниковыми свойствами затрудняется чрезвычайной хрупкостью этих веществ, легкой их окисляемостью, трудностью создания в горячем и холодном спаях контактов, устойчивых в условиях эксплуатации, а также сложностью технологии изготовления из этих материалов термоэлектродов с однозначными характеристиками. Из изложенного видно, что создать термоэлементы с достаточным КПД и с высоким сроком службы очень сложно. Этим и объясняются неудачные результаты многочисленых прежних попыток создания термоэлектрогенератора, приемлемого для энергетических целей. Благодаря развитию отечественной науки и техники в настоящее время удалось построить пригодные ддя практики термоэлектргенераторы типа ТГК-3, которые имеют приемлемый (хотя и не очень высокий) КПД и достаточно высокий срок службы. Характеристики этого термоэлектрогенератора отнюдь не являются предельными. Надо полагать, что советские ученые дальнейшими своими работами достигнут значительного повышения этих характеристик.

Рис. 4. Устройство термоэлектрогенератора ТГК-3

КОНСТРУКЦИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ТГК-3

Термоэлектрогенератор ТГК-3 предназначен для питания индивидуальных радиоприемников в неэлектрифицированных местностях, где применяется керосиновое освещение. Поэтому в качестве источника тепловой энергии для термоэлектрогенератора было решено использовать обычную керосиновую лампу-«молнию» служащую одновременно и для целей освещения. Таким образом, термоэлектрогенератор ТГК-3 не требует специальных затрат топлива для своей работы. В заголовке статьи показан внешний вид термоэлектрогенератора ТГК-3, а на рис.4 — его схематическое устройство. Лампа, обогревающая термоэлектрогенератор, имеет укороченное стекло без верхней цилинрической части. Внутрь этого стекла, непосредственно над пламенем лампы, входит нижняя часть металлического теплопередатчика, имеющего форму многогранной призмы 1. На боковой поверхности верхней части этого теплопередатчика, выступающей над стеклом, расположены блоки термобатареи 2. Для использования теплопередачи не только путем лучеиспускания от пламени, но и путем конвекции теплопередатчик снабжен несколькими продольными каналами. По этим каналам горячие газы (продукты сгорания в смеси с избыточным воздухом) поступают в вытяжную трубу 3, расположенную над теплопередатчиком. Для охлаждения холодных спаев термоэлементов к внешним поверхностям блоков прижаты металлические радиаторные ребра 4. Таким образом здесь осуществляется воздушное охлаждение. Термоэлектрогенератор имеет две самостоятельные термобатареи, состоящие из большого числа последовательно соединенных элементов. Одна из них, дающая напряжение 2 в при токе 2 а, служит для питания анодных цепей приемника через вибропреобразователь, и вторая, дающая такое же напряжение при токе 0,5 а — для питания нитей накала. Кроме того, накальная батарея имеет отвод на 1,2 в (при токе 0,36 а). Спаи термоэлементов электрически изолированы от нагревателя и от ребер. По сравнению с сухими элементами и батареями, применяемыми в настоящее время для питания радиоприемников, термоэлектрогенератор имеет ряд важных преимуществ. С экономической точки зрения одним из преимуществ является резкое уменьшение расхода цветных металлов. Кроме того, следует отметить, что термоэлектрогенератор может неограниченно долго храниться в нерабочем состоянии и обладает длительным сроком службы в условиях эксплуатации; он устойчив в работе, дает стабильное напряжение и не боится коротких замыканий. Так же как и сухие элементы и батареи, термоэлектрогенератор не требует специального ухода. В настоящее время промышленность приступила к серийному выпуску термоэлектрогенераторов типа ТГК-3.


(с) Фото В.Брусникин

(с) Журнал «Радио», 1955. (c) Право на перепечатку предоставлено редакцией журнала «Радио»

(c) https://oldradio.onego.ru/ARTICLES/RADIO/tgk.htm

Раскрываем тайны бесконтактных датчиков температуры

Датчики температуры на основе термоэлементов позволяют измерять температуру бесконтактным способом, что выгодно отличает их от традиционных термодатчиков контактного типа. Бесконтактные датчики используют инфракрасное (ИК) излучение и обычно их применяют в таких портативных устройствах как инфракрасные термометры. Еще одной привлекательной областью применения датчиков на термоэлементах является мониторинг температуры подвижных объектов. В этом случае применение стандартных контактных датчиков температуры имеет серьезные недостатки. Данная статья является обзором бесконтактных инфракрасных датчиков температуры и должна помочь разработчикам в использовании всех преимуществ этой технологии.

Рис. 1. Структура термоэлемента

Датчик изнутри

Инфракрасный датчик на термоэлементах состоит из ряда последовательно cоединенных термопар, «горячие» спаи которых прикреплены к тонкой, специальным образом обработанной пластине кремния, которая выполняет роль абсорбера – поглотителя инфракрасного излучения (рис. 1). В процессе обмена инфракрасным излучением температура абсорбера растет или падает в зависимости от разницы температур между ним и объектом (рис. 2).

Рис. 2. Устройство кремниевой линзы/фильтра

Чтобы температура объекта была измерена точно, он должен полностью перекрывать сектор обзора датчика. Это гарантирует, что воздействующее на термоэлемент (рис. 3) инфракрасное излучение приходит только от объекта измерения, а не от окружающего фона. Кроме того, использование фильтра и линзы значительно повышает качество работы инфракрасных датчиков.

Рис. 3. Датчики и модули на основе термоэлементов

Обычный кремний является абсолютно непрозрачным материалом для видимого света, но он прозрачен для излучения с длиной волны более 2 мкм, где располагается большинство спектральных выбросов при температурах ниже 500 К (200°C или 450°F). Поэтому кремний может быть использован для фильтрации видимого и ультрафиолетового (УФ) спектра для предотвращения их влияния на датчик. Для того чтобы увеличить чувствительность датчика (или расстояние, на котором датчик может измерять температуру объекта фиксированного размера), широко используются специальным образом обработанные кремниевые линзы, позволяющие сконцентрировать больше инфракрасного излучения на датчике или ограничить его сектор обзора.

Назначение и возможности датчиков

В настоящее время ИК-датчики на основе термоэлементов могут поставляться с различными линзами/ фильтрами, что позволяет использовать их в приборах разного класса и назначения, начиная от промышленных пирометров и до бытовых устройств. В зависимости от датчика, выходной сигнал может быть представлен стандартным выходным сопротивлением или аналоговым/ цифровым выходным сигналом.

Разнообразные датчики (полезные как для любителей, так и для профессиональных разработчиков), включая изделия в герметичных корпусах из нержавеющей стали и модули с выведенными проводами, сегодня продаются по доступным ценам. Все эти термоэлементы предназначены для дистанционного измерения температуры путем детектирования инфракрасной энергии объекта. Чувствительный термоэлемент, составленный из небольших термопар на кремниевом чипе, поглощает энергию и генерирует выходной сигнал. В комплект приборов входит также источник опорного напряжения в качестве эталона для коррекции.

Датчик TPS334

Изготавливаемый компанией Excelitas детектор TPS334 – это стандартный датчик, который использует пластину размером 0,7 x 0,7 мм2 в качестве абсорбера и термистор на 30 кОм в качестве опорного источника температуры (рис. 4). Круглое окно оснащено инфракрасным фильтром на 5,5 мкм с пропусканием длинноволновой части спектра. TPS334 выпускается в корпусе типа TO-5.

Рис. 4. TPS334 (слева) и расположение выводов (справа)

Датчик A2TPMI

A2TPMI — еще один термоэлемент производства Excelitas. Это универсальный инфракрасный датчик с интегрированной специализированной микросхемой для обработки сигналов и компенсации температуры окружающей среды. Этот интегрированный инфракрасный модуль воспринимает тепловое излучение объектов и преобразует его в аналоговое напряжение. Благодаря внутренней обработке цифрового сигнала и 8-разрядному разрешению внутренних регистров управления A2TPMI имеет повышенную точность регулировки и улучшенные характеристики. Примененная технология E2PROM обеспечивает неограниченное количество изменений в конфигурации. A2TPMI является удачным выбором и для любительских конструкций благодаря интеграции датчика и электроники в компактном корпусе ТО-39. Функциональная схема A2TPMI показана на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема A2TPMI

Датчик MLX90614

Очень популярным инфракрасным термометром для бесконтактного измерения температуры является MLX90614 производства компании Melexis (рис. 6). Он представляет собой сочетание в одном 4-контактном корпусе ТО-39 инфракрасного высокочувствительного детектора на термоэлементах и специализированного стандартного формирователя сигналов. Этот термометр включает в себя малошумящий усилитель, 17-разрядный аналого-цифровой преобразователь и мощный процессор цифровых сигналов. Он откалиброван на заводе-изготовителе с возможностью использования на цифровом выходе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и системной шины управления (SMBus).

Рис. 6. Конфигурация выводов MLX90614*

*Обозначения:

  • Bottom view – Вид снизу
  • Pin name – Вывод
  • Function – Функция
  • Serial clock … – Вход синхросигнала для 2-проводного коммуникационного протокола. На этом выводе MLX-90614Axxx установлен стабилитрон на 5,7 В для подключения биполярного транзистора из состава внешнего источника питания напряжением 8…16 В
  • Digital input/ … – Цифровой вход/выход. В стандартном режиме измерения температуры объекта на этом выводе представлен сигнал с ШИМ. В режиме, совместимом с шиной SM, этот вывод автоматически конфигурируется как открытый сток NMOS
  • Exetnal … Внешний источник питания
  • Ground …  – Общая шина. Металлические части могут соединяться с этим контактом.

Замечания по проектированию

Подключить к микроконтроллерам термоэлементы с последовательным интерфейсом, такие как A2TPMI, не очень сложно. Тем не менее, для датчиков без встроенного процессора (например, TPS334), может возникнуть необходимость в добавлении внешней схемы обработки сигнала на основе высококачественного операционного усилителя с малым уровнем шума, каким является LTC1050/1051. Еще одним экономичным и хорошим вариантом для любительского конструирования является модуль инфракрасного датчика температуры TMP006 производства Texas Instruments (рис. 7). Оригинальная принципиальная схема модуля показана на рис. 8.

Рис. 7. Плата с датчиком TMP006

Рис. 8. Схема TMP006

Эксплуатация и текущее обслуживание

Поскольку датчики на термоэлементах чувствительны к зарядам статического электричества, запасные неиспользуемые датчики должны храниться в токопроводящей упаковке для защиты от статических разрядов и статических полей. Превышение абсолютных максимальных уровней напряжения и подключенный в обратной полярности источник питания повреждают датчик. Кроме того, датчики на основе термоэлементов не должны подвергаться воздействию прямых солнечных лучей или влаги. Будьте осторожны при обращении с этими датчиками и не прикасайтесь к оптическому окну. Жировые выделения кожи, пыль или грязь могут негативно повлиять на работу датчика. В таких случаях оптическое окно (фильтр и линза) следует очищать с помощью спирта и ватного тампона.

Вместо заключения

Возможность считывать температуру объекта, даже не прикасаясь к нему, открывает удивительные перспективы. Инфракрасные датчики на основе термоэлементов обладают наилучшим сочетанием характеристик, включая малый размер, пониженное энергопотребление и малую стоимость конечного прибора для бесконтактного измерения температуры. Правда, их не так легко реализовать, как традиционные контактные измерители температуры.

Термобатарея, позвольте извлекать немного электричества из тепла без пара

[режим гика, скучного ученого]
Источники питания термопар ужасно неэффективны — около 10%. Следовательно, вы не можете получить «минимум 100% возврата». Невозможно. Термопара — тепловая машина:

____________
| Источник тепла |
_____ | _______
(Тепловая машина) ——-> | полезная работа |
_____ | ___
| Радиатор |

(прошу прощения за свою первую попытку рисования ASCII)

Тепловая энергия перемещается от источника тепла через тепловой двигатель, где она производит полезную работу, а затем отходящая энергия попадает в радиатор.

В идеальном тепловом двигателе, как только полезная работа произведена, потерь больше нет, но на практике это не так (например, трение в двигателе внутреннего сгорания (ДВС)).

Максимальная теоретическая эффективность «идеального теплового двигателя» составляет:

1- Температура «радиатора»
__ Температура источника тепла.

Все температуры для этой формулы должны быть в градусах Кельвина, а не F или C.

Чтобы увеличить выходную мощность термопары, увеличьте площадь соединения между разнородными металлами, больше нагрейте горячий конец и охладите «холодную» сторону (по одному металлу с каждой «стороны»).Первые увеличивают количество электроэнергии, но не КПД, вторые два повышают КПД.

Двигатель Стирлинга — более сложный комплект, но он может быть значительно более эффективным (например, 20-30% и более).

Однако запустить телевизор и DVD-плеер от свечи просто невозможно. Невозможно. От пламени просто не хватает мощности (примерно 40 Вт, поэтому, используя реалистичную 5% термопару, вы получите 2 Вт электроэнергии).

Было бы прекрасно преобразовать энергию из одной формы в другую очень эффективно, но это чрезвычайно сложно.Проще и эффективнее перейти от «высокого уровня» энергии (электричество) к низкому виду (тепло, свет), чем идти другим путем. Это связано с тем, что для перехода от тепла к другому виду энергии необходимо использовать тепловую машину (см. Выше) — нельзя просто нагреть провод и ожидать электричества.

Лучшие тепловые двигатели на сегодняшний день — многоступенчатые паровые турбины на электростанциях и «Соборные дизели» (огромные, 15-метровые судовые дизели, 50-100 об / мин) работают с КПД около 50%.

[/ geeky, скучный режим ученого]

Если вы хотите «чистое» электричество и тепло, вырастите свою собственную древесину (например.г. короткое вращение ивовой поросли), а затем использовать дровяной газогенератор. Затем вы можете использовать древесный газ для запуска двигателя Стирлинга или даже ДВС для производства электроэнергии. Отработанное тепло с «холодной» стороны двигателя (выхлоп, охлаждаемый конец Стирлинга или термопара) можно затем использовать для отопления жилых помещений. Однако предстоит много работы.

James

Термобатарея | Hackaday

Если вы когда-нибудь развлекались чтением всеобъемлющих учебников по электронной теории, вы наверняка видели ссылки на технологии, которые кажутся действительно интересными, но которые вы редко будете держать в руках.Это могут быть тупики, которые были вытеснены более поздними инновациями, или это могут быть технологии, которые нашли применение, но в других областях, отличных от тех, в которых они изначально были многообещающими. Что, если бы вы могли взять эти сумасшедшие детали и на самом деле что-нибудь построить?

У

[Fedetft] есть интересный проект, в котором объединены две из этих интригующих ссылок из учебников: он создал термобатарею, которая зажигает светодиод через инвертор, генератором которого является туннельный диод. Выкопайте учебник.

Если вы использовали термометр с термопарой или полупроводниковый термоэлектрический генератор, то вы столкнулись с термоэлектрическим эффектом. Возможно, вы даже использовали охлаждающий элемент Пельтье в этом режиме. Когда в цепи используются два соединения между разными типами проводников с разницей температур между двумя соединениями, в цепи будет течь ток, который зависит как от масштаба разницы температур, так и от свойств проводников.

Термобатарея — это совокупность этих термоэлектрических переходных цепей между металлическими проводниками, расположенных последовательно для увеличения напряжения. В термобатареях [Fedetft] используются хромелевые и алюмелевые проволоки, взятые из термопары K-типа. Он сделал шесть наборов переходов и укрепил их небольшими кусочками слюды. Используя тепло от свечи, он обнаружил, что может генерировать около 200 мВ при мощности около 3,7 мВт.

Схема инвертора с туннельным диодом RCA

Такой крошечный источник электричества будет мало пригоден для прямого зажигания светодиода, поэтому ему потребовалось построить инвертор.И здесь на помощь приходит туннельный диод. Туннельные диоды имеют область отрицательного сопротивления, которую можно использовать для усиления и генерации на чрезвычайно высоких частотах в очень простых схемах, но это не совсем то устройство, с которым вы очень часто сталкивались в 2016 году. У [Федетфта] есть российский туннельный диод, и он использовал его с тороидальным трансформатором в цепи инвертора, которую он нашел в руководстве по RCA туннельным диодам от 1963 года. Это двухкомпонентный Joule Thief. Руководство RCA само по себе является хорошим чтением для тех, кто интересуется туннельными диодами.

Результирующая схема генерирует колебания 15 кГц с пиками 4,5 В и имеет достаточно мощности, чтобы зажечь светодиод.

Может показаться бессмысленным зажечь светодиод от ярко зажженной свечи, но важная часть проекта [Fedetft] состоит в том, чтобы получить некоторое представление о двух из этих технологических заводей из учебников. И мы этому аплодируем.

Это знак поистине эзотерической технологии, которую она редко показывает на Hackaday, и ни один из них не разочаровывает.Мы упомянули туннельный диод лишь мимоходом, когда рассматривали диоды в целом, и мы, как правило, использовали термин «термобатареи» в другом смысле для обозначения тепловизионных камер.

Газовый камин не горит

Поиск и устранение неисправностей любого типа бытовой техники, особенно газовой, может быть опасным. Ниже приводится лишь ознакомительный обзор того, как проверяются компоненты газового камина. Он не предназначен для проведения полной диагностики «сделай сам» или для замены поддержки квалифицированного специалиста.Если у вас возникли проблемы с газовым камином, мы рекомендуем вам обратиться в авторитетный магазин по продаже газовых каминов или к сантехнику, который может помочь.

Неважно, вмонтирован ли он в стену или в накидку, нет ничего более расслабляющего, чем сидеть с любимым человеком у камина холодной ночью дома и болтать обо всем и обо всем. К сожалению, это может быть настоящим обломом, когда ваш газовый камин не горит из-за износа деталей или неправильного обслуживания.

Когда это происходит, не нужно паниковать, поскольку возможной причиной проблемы может быть что-то, что легко исправить без помощи специалиста.Попробуйте сделать это дома своими руками для камина, который не горит.

Перед тем, как начать: горит ли ваша пилотная лампа в камине?

Первое, что вам нужно сделать, когда вы столкнетесь с каминами, которые не горят, — это убедиться, что ваша контрольная лампа горит. Вы можете быть удивлены, узнав, что самое простое решение этой проблемы — зажечь вашего пилота. Пилот обычно находится внутри каминов сбоку от стены. если у вас есть газовые журналы, они должны быть расположены в том же месте, что и журналы.

Pilot Light Color

Помимо того, что ваш пилот горит, пламя должно оставаться ровным синим.Ваш пилот должен быть примерно на 90% синим и совсем немного желтым. Он также должен касаться окружающих датчиков, таких как термопара и термобатарея. Если цвет пламени становится желтым или красным, это признак загазованности.

Исправление: контрольная лампа газового камина не горит

Итак, вы проверили контрольную лампу и даже сбросили ее, но она все равно не горит. Это может быть признаком того, что термопара для камина неисправна или изношена.Однако, если ваш пилот горит, а газовый камин не горит, то, вероятно, проблема с вашей термобатареей .

Необходимые инструменты

  • Цифровой мультиметр
  • Мелкозернистая наждачная бумага
  • Щетка из нержавеющей стали

В чем разница между термопарой и термоэлементом?

Термопара более или менее действует как датчик потока газа и подает газ на контрольную лампу через газовый клапан. С другой стороны, термобатарея открывает газовый клапан при включении каминов.

Термопара и термобатарея выполняют аналогичную функцию преобразования тепла в электричество, но термобатарея генерирует больше электрического тока по сравнению с термопарой.

Шаг 1. Проверьте выход вашей термобатареи с помощью контактов TH / TP.

Выход вашей термобатареи можно проверить с помощью мультиметра с помощью контактов TH / TP, чтобы проверить количество вырабатываемой электроэнергии. Перед запуском теста убедитесь, что ваш пилотный свет включен в течение двух или более минут, затем выключите камин.

Найдите свой главный газовый регулирующий клапан и датчик термобатареи, затем найдите электрические контакты, обозначенные TH / TP и TP, соответственно, на клапане. Вы можете использовать руководство производителя, чтобы найти их.

Возьмите провода мультиметра, поместив один на клемму TH / TP, а другой на клемму TP.

Мультиметр должен показывать 300 милливольт или более. Если он показывает менее 300 милливольт, это может быть причиной того, что ваш газовый камин не работает, поэтому вам следует его заменить.

Диагностика проблемы термобатареи

Как и термопара, термобатарею можно считать с помощью мультиметра, чтобы проверить, не является ли она причиной проблемы. Триста милливольт или более высокое напряжение — признак хорошей термобатареи. Значение ниже 300 милливольт потребует замены термобатареи.

Диагностика проблемы термопары

Всегда полезно проверить термопару с помощью мультиметра, чтобы исключить возможность того, что это является причиной того, что газовые камины не горят.Если ваша термопара все еще в хорошем состоянии, вы должны иметь возможность показывать напряжение 25 милливольт или выше, но если оно показывает меньше 25 милливольт, вашу термопару необходимо заменить.

Шаг 2. Не заменяйте термоэлемент или термопару сразу же

Из-за функции вашей термопары и термобатареи вполне логично, что они будут постоянно накапливать нагар от горения. Это наращивание вполне может ограничить их эффективность. Хотя замена обоих датчиков обходится дешево, гораздо дешевле их предварительно почистить.

Шаг 3. Очистка термобатареи

Чтобы быстро очистить термобатарею, отключите подачу газа. С помощью щетки из нержавеющей стали и мелкозернистой наждачной бумаги вы можете стереть как можно больше скопившейся сажи.

Шаг 4. Проведите повторное испытание очищенной термобатареи.

Когда вы будете удовлетворены тем, как выглядит термобатарея, продолжайте и снова зажгите контрольную лампу. Через несколько минут выключите камин и снова снимите показания мультиметра.

Шаг 5.Замените, если очистка не сработала

После очистки, если контрольная лампа все еще не горит, вероятно, пора приобрести новое оборудование. Выньте неисправные термопару и термобатарею и замените их новыми.

Другие причины газового камина, который не будет гореть

Проверка вашей термобатареи на наличие неисправности — это простое самостоятельное решение относительно того, почему ваш газовый камин не будет работать, но если вышеуказанные шаги не сработают, вам, возможно, придется позвонить в техник, чтобы исправить вашу проблему. Помимо неисправной термобатареи и термопары, к другим возможным причинам относятся:

Неправильное рабочее давление газа

Если давление газа установлено неправильно, газовые камины не будут гореть.Вы можете попросить специалиста помочь вам внести необходимые корректировки.

Неисправный газовый клапан

Хотя это не обычная неисправность газовых каминов, как и любой другой компонент, она может выйти из строя. Когда это происходит, вам следует позвонить профессионалу, чтобы он быстро его заменил, чтобы избежать пожара.

Влага в капельном контуре

Другой возможной причиной может быть влажность в газовой линии. Это может разбавить природный газ, и свет погаснет.

Забиты или грязны порты горелки

Когда ваши порты горелки забиты, пламя имеет тенденцию быть неравномерным и, возможно, погаснет. Периодическая чистка грязных отверстий горелки может помочь решить проблему.

Чистка и надлежащее обслуживание

Независимо от того, сработало ли исправление или нет, надлежащее обслуживание газового камина избавит вас от стресса в будущем и обеспечит бесперебойную работу вашего камина. Когда камин чист и подвергнут надлежащему уходу, он горит равномерно и не дает грязи разрушить его механизмы.С помощью ручной щетки, тряпки и пылесоса вы можете снова очистить газовый камин.

Правильный уход за газовым камином может помочь предотвратить проблемы с камином, такие как проблемы с поддержанием горящего устройства.

Простая в изготовлении термопара Термобатарея

В нашей статье Что такое охладитель Пельтье , мы представили Эффект Зеебека . Когда два разных типа металла соединяются вместе и существует разница температур между двумя соединениями, течет электрический ток.

Что такое термопара

Эта конструкция из трех проводов, один из металла одного типа и два другого типа, соединенных вместе, как показано выше, называется термопарой и демонстрирует эффект Зеебека . Термопары очень широко используются для измерения температур — особенно очень высоких температур, где нельзя использовать стандартные термометры, заполненные жидкостью. Прецизионный вольтметр используется для измерения напряжения , генерируемого , и по нему может быть рассчитана разница температур между двумя переходами.

Если один из переходов поддерживается при известной температуре — например, при нуле Цельсия в ледяной воде, — могут быть получены очень точные показания температуры . Если точность менее важна, можно принять, что эталонный спай имеет комнатную температуру. Термопары очень простые и очень прочные, так как у них нет движущихся частей.

Сделайте простую термопару

Термопары , используемые сегодня в промышленности, очень точно изготавливаются из всех видов экзотических металлов, чтобы обеспечить требуемый диапазон рабочих температур и точность, но сделать термопару так же просто, как припаять пару отрезков медной проволоки. к скрепке!

Когда первый медный провод подсоединен к одному концу развернутой скрепки из нержавеющей стали , а затем другой конец скрепки подсоединен ко второму медному проводу, два свободных конца медного провода можно подключить к вольтметру.Когда один переход находился при комнатной температуре (сегодня приятные 27 градусов по Цельсию!), А другой переход находился в контакте с паяльником 220 градусов по Цельсию, было измерено напряжение 1,1 мВ (0,0011 В). Подержав этот переход в пламени прикуривателя, получилось напряжение 0,9 мВ.

На изображении выше показана термопара DIY . Обратите внимание, что в идеале будет использоваться медный провод с твердым сердечником и вся изоляция кабеля должна быть удалена, но для быстрого теста он сработал.

Изготовление термобатареи

Напряжение, генерируемое одной термопарой, невелико, но если несколько переходов соединены вместе последовательно , все их индивидуальные термоэлектрические напряжения будут складываться, чтобы получить большее полезное напряжение.Опять же, это можно продемонстрировать с помощью кусочков скрепки и медной проволоки, сконфигурированных, как показано ниже:

Обратите внимание, что нет необходимости иметь:
(медь — сталь — медь) — (медь — сталь — медь) — (медь — сталь….
, поскольку соединение медь — медь может быть заменено одним куском меди, что дает нам :
(медь — сталь) — (медь — сталь)….

В идеале центральные стыки должны располагаться как можно ближе к центру круга, не касаясь друг друга.Поместите центр термобатареи над пламенем — например, на ночник (свечу), а затем измерьте напряжение между двумя свободными концами проводов.

С помощью нашей термобатареи с 10 термопарами, удерживаемой над пламенем зажигалки, мы измерили напряжение 9,7 мВ . Все еще не очень большие, но легко измеримые, что делает этот хороший вводный эксперимент с термоэлектрическими генераторами .

Вот видео, показывающее создание и испытание самодельной термобатареи :

Почему моя пилотная лампа продолжает гаснуть?

Самая частая причина того, что индикаторная лампочка на водонагревателе продолжает гаснуть, — это поврежденная, погнутая или грязная термопара.

Что такое термопара?

Простое определение — это устройство, измеряющее температуру. Что еще более важно, это устройство, регулирующее поток газа внутри вашего водонагревателя или печи. Имеет два провода. Один сидит слышит термостат, а другой сидит у пламени пилотной лампы. Если температура повышается, термопара посылает электрический сигнал, который открывает газовый клапан и позволяет начать горение. Если контрольная лампа гаснет, термопара определяет падение температуры и подает сигнал на закрытие газового клапана.

Если у вас неисправная термопара, это наиболее частая причина того, что ваш контрольный индикатор неисправен.

Со временем ваш водонагреватель будет собирать грязь, пыль и другой мусор. Накопление на термопаре может вызвать неисправность. Это легко исправить: просто дайте ему остыть и смахните грязь или мусор.

Ваша термопара может погнуться. Конец, который находится рядом с пламенем пилотной лампы, сообщается с газовым клапаном и приказывает ему открываться или закрываться.Если его отогнуть от пламени, он не будет регистрировать тепло и будет держать газовый клапан закрытым. Опять же, просто подождите, пока ваш водонагреватель остынет, а затем отогните его. Если вы не знаете, как действовать, не пытайтесь отремонтировать самостоятельно, позвоните нам и позвольте одному из наших профессиональных техников устранить проблему.

Если ваша термопара не погнута и не загрязнена или вы устранили обе эти проблемы, возможно, у вас поврежден или неисправен продукт. Позвоните нам сегодня или запросите услугу онлайн, чтобы узнать о замене термопары.

Что, если дело не в термопаре?

Если проблема не в термопаре, возможно, это загрязненное отверстие контрольной лампы. Это вызывает охлаждение пилотного пламени и, следовательно, не способствует эффективному нагреву термопары.

Свяжитесь с компанией All Weather Heating, Air Conditioning & Refrigeration сегодня по телефону 8425-463-9814 или запросите обслуживание через Интернет, если вы подозреваете любую из этих проблем, и один из наших сертифицированных специалистов поможет вам.

5 признаков того, что ваш газовый камин нуждается в профессиональном уходе

Нет ничего лучше, чем оставаться в тепле и комфорте посреди холодного зимнего дня.Вот почему может помочь камин в вашем доме. Добавьте чашку горячего шоколада, и вечер будет уютным.

При этом, если вы не проверяете свой камин достаточно часто — особенно если это газовый камин, на котором мы сосредоточимся в этой статье, — вы можете столкнуться с некоторыми проблемами в будущем. Вот основные признаки того, что камин в вашем доме нуждается в ремонте как можно скорее (а в некоторых случаях чем раньше, тем лучше!).

1: Проблемы с контрольной лампой

Так же, как если бы вы использовали газовую печь, в ваш газовый камин также встроена запальная лампа.У производителя вашего газового камина должны быть инструкции о том, как устранить неисправность контрольной лампы, если что-то пойдет не так, но если ваша контрольная лампа отказывается гореть даже после выполнения инструкций, это один из признаков того, что что-то пошло не так.

Обычно причина кроется в поломке или износе термобатареи, которая представляет собой компонент, который необходимо время от времени заменять. Еще одна более серьезная причина — неисправная проводка, которую не следует пытаться исправить самостоятельно. Если ваш пилотный фонарь не горит, а вы уже безрезультатно следовали инструкциям по изготовлению, обращение за помощью к профессионалу — единственное лучшее решение.

2: Запах тухлого яйца

Все, что пахнет тухлыми яйцами, означает опасность! Если вы слышите шипение или видите что-то необычное, это означает, что произошла утечка газа. Единственная причина, по которой вы можете что-либо почувствовать, — это меркаптан, безвредное химическое вещество, добавленное к природному газу, которое придает ему запах тухлого яйца или сероводорода.

Если вы видите, слышите или чувствуете запах утечки газа, немедленно прекратите свои действия и покиньте дом.Не пытайтесь починить это самостоятельно, не звоните по поводу утечки в камере, пока вы находитесь в доме, курите, зажигаете спички или даже включаете какие-либо выключатели. Выйдите на улицу как можно скорее и позвоните 911 или вы можете позвонить в круглосуточную службу экстренной помощи Fortis BC по телефону 1-800-663-9911.

3: Слишком много сажи

В отличие от дровяных каминов скопление сажи не является признаком исправного газового камина. На самом деле, это означает, что что-то не так, особенно если на стеклянных дверях есть сажа. Это либо из-за бревен, либо из-за внутренней части камина, либо из-за наружной вентиляции (или, возможно, всего вышеперечисленного), которые содержат нарост.Как бы вы ни смотрели на это, если вы сейчас видите сажу, то ваш камин немедленно требует профессионального внимания.

4: Включает и выключает

Это один из самых неприятных признаков неисправности газового камина, и его сложнее всего решить без помощи профессионального специалиста. В этом сценарии может быть несколько причин:

  • Генератор милливольт, обычно устанавливаемый на пути контрольной лампы, размером с батарею AA, старый и изношенный
  • Грязь и углерод образовались в непосредственной близости от контрольной лампы
  • Слишком сильный ветерок дует в дымоход, и двери открыты
  • Проблема с заклиниванием горелки.
  • Неисправная термопара или термобатарея — термопара является датчиком, который воспринимает тепло и позволяет контрольной лампе оставаться включенной, в то время как термобатарея позволяет газу проходить через систему горелки и нагревать и освещать

Какой бы ни была причина, это еще одна проблема, в которой не следует делать это самостоятельно.Вызовите профессионала.

5: Износ

Так же, как ваша печь и кондиционер, ваш газовый камин считается механическим устройством и поэтому требует регулярного обслуживания, как и любая другая система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Компоненты могут изнашиваться и будут изнашиваться, особенно если вы используете камин между периодами простоя и очень частым использованием в течение года.

Клапан и газовые соединения — это места, где могут возникнуть наиболее опасные утечки. И термопару, и термобатарею следует регулярно чистить, как и керамические поленья, которые обычно поставляются с газовым камином.Бревна должны быть размещены правильно, чтобы камин тоже работал наилучшим образом. Никогда не пренебрегайте уходом за своим газовым камином, потому что именно там могут произойти одни из самых пугающих несчастных случаев и трагедий, включая взрывы и пожары в случае неисправности или утечки компонентов, что может привести к пожарам в доме и серьезным травмам.

В любом случае, когда могут возникнуть эти проблемы, самое безопасное, что вы можете сделать, — это выключить газовый камин и обратиться за помощью к профессионалу.Последнее, что мы хотим узнать, — это то, что вы подвергаете себя, свой дом и семью огромному риску!

Требуется ли техническое обслуживание камина? Ваш газовый камин требует настройки или специального обслуживания? Сообщите нам — HVAC — это не единственная наша квалифицированная услуга! Предлагаем также услуги газовой арматуры и камина. В Rep-Air Heating And Cooling мы предлагаем нашим клиентам множество вариантов, которые наилучшим образом соответствуют вашим потребностям, от отопления и охлаждения до охлаждения. Свяжитесь с нами сегодня для получения бесплатного предложения: 1-833-487-2653 или свяжитесь с @ nullrepairheatingandcooling.com и не забудьте заглянуть на наш сайт: https://repairheatingandcooling.com. Подписывайтесь на нас в Facebook и Instagram, чтобы получать бесплатные подарки!

Как проверить термобатарею

Перед тем, как начать этот раздел, убедитесь, что ваша пилотная лампа горит, и вы прочитали раздел «Поиск и устранение неисправностей основной горелки», чтобы мы могли исключить неисправный настенный выключатель и проблемы с плохим пилотным пламенем. Если эти проблемы исключены, скорее всего, ваш датчик термобатареи неисправен.Как и термопара, ваша термобатарея будет генерировать некоторое напряжение при нагревании пилотным пламенем. Мы можем проверить напряжение, которое излучает термобатарея, с помощью нашего цифрового мультиметра.

Время до завершения: 5 минут

Рекомендуемые инструменты

Цифровой мультиметр Гарднера-Бендера

Вы можете использовать мультиметр для проверки выводов термобатареи. Они подключены к газорегулирующему клапану, поэтому первое, что нам нужно сделать, это найти клапан.

Вот изображение вашего типичного камина:

Если у вас есть решетки или жалюзи на камине Очень часто главный регулирующий клапан обычно расположен под нижней решеткой камина:

Но регулирующие клапаны могут располагаться в самых разных местах. Если у вас возникли проблемы с поиском главного регулирующего клапана, оставьте комментарий с изображением или маркой / моделью камина, и я помогу вам найти его.

После того, как вы нашли свой главный регулирующий клапан, нам нужно найти датчик термобатареи. У датчика термобатареи будет провод, идущий от узла пилота до главного регулирующего клапана. Он состоит из двух проводов, которые обычно имеют металлическую или коричневую тканевую оболочку, которая защищает провода.

Конец провода термобатареи разветвляется на два вывода. Обычно это красно-белые провода:

Другой способ найти выводы термобатареи — это посмотреть на клапан.Ваша термобатарея должна быть подключена к клеммам TP и TP / TH на клапане («TP» означает «Термобатарея»):

Пока провода подсоединены к клапану, а контрольная лампа горит, вы можете проверить напряжение на клеммах, к которым подключена термобатарея. (Опять же, здесь меньше 1 вольт электричества, поэтому нет опасности порезаться электрическим током). Чтобы проверить напряжение, установите цифровой мультиметр Gardner Bender на милливольт постоянного тока:

.

В настройках постоянного тока на вашем глюкометре будет либо надпись «DC», либо символ, который выглядит следующим образом: затем возьмите провода мультиметра и поместите один из них на клемму TP / TH , а другой — на TP. Терминал (сюда же должна подключаться ваша термобатарея).Не имеет значения, какой зонд к какому терминалу подключается:

При проведении этого теста вам необходимо убедиться, что ваша пилотная лампа работает около 2 минут, И убедитесь, что настенный выключатель, пульт дистанционного управления или тумблер, который вы используете для включения камина, находится в положении «выключено». должность. Если провода мультиметра подключены к клеммам TP и TP / TH, он должен показывать как минимум 325 милливольт. Если он меньше 325 милливольт, значит, он слабый и его следует заменить.Здесь мы видим, что получаем почти 850:

.

Если вы показываете на своем счетчике более 325 милливольт, следующим шагом будет включение настенного выключателя, пульта дистанционного управления или тумблера, чтобы попытаться зажечь пламя основной горелки (точно так же, как если бы вы включали камин) . Если все работает нормально, y вы должны увидеть снижение напряжения чуть более чем наполовину или как минимум на 110 мВ:


Что будет, если напряжение не упадет чуть более чем наполовину?

1.) НАПРЯЖЕНИЕ ПЕРЕПАДАЕТ ДО НУЛЯ

Когда вы включаете настенный выключатель, если ваш счетчик показывает 0 или очень низкий, вы знаете, что у вас короткое замыкание в вашей термобатареи, и вам следует заменить ее.

Купите новую термобатарею здесь:


Термобатарея 750 мВ

2.) НАПРЯЖЕНИЕ ВООБЩЕ НЕ МЕНЯЕТСЯ

Если напряжение не меняется вообще, это означает, что переключатель не сигнализирует клапану о включении. Во-первых, убедитесь, что вы используете правильный настенный выключатель или тумблер, чтобы зажечь камин.Затем найдите провод настенного выключателя, входящий в камин снизу. Это должно выглядеть примерно так:

Проследите это до главного регулирующего клапана:

Перед подключением к клапану проверьте, идет ли провод в другое место. Иногда он будет проходить через дополнительный тумблер, который необходимо включить, или через предохранительный «диск с защелкой», прерывающий проводку настенного переключателя. Кроме того, вы можете убедиться, что проводка настенного переключателя не отсоединена от клемм «TH и TP / TH» на клапане.Для получения дополнительной информации о тестировании схемы коммутатора просмотрите видео ниже:

3.) НАПРЯЖЕНИЕ СНИЖАЕТСЯ, НО ТОЛЬКО НЕМНОГО

Если напряжение почти не меняется, это обычно свидетельствует о неисправности самого главного регулирующего клапана. Иногда, постучав по клапану отверткой, можно заставить его загореться. В этом случае перейдите по ссылке ниже, чтобы перейти к следующему разделу по тестированию вашего главного регулирующего клапана:

Проверка главного регулирующего клапана

Нужна дополнительная помощь в тестировании термобатареи? Вот небольшой видеоурок от Fire-Parts.com, описывающий этот процесс:


Термобатарея 750 мВ


Прочие детали камина


Примечание к «Дискам с защелкой» или «Концевым выключателям»

Некоторые камины (в основном с естественной вентиляцией), хотя и встречаются редко, будут иметь термочувствительный «защелкивающийся диск», который подключен к термобатареи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *