Преобразование тепла в электричество

Предлагаю в этой теме найти наиболее оптимальный вариант самодельного устройства, для преобразования тепла в электрическую энергию.


Из своего опыта скажу следующее:

Есть 3 основных варианта:

1. Паровой поршневой двигатель
2. Паровая турбина
3. Стирлинг
4. модули Пельтье

Перелопатив множество материала, посмотрев множество роликов самоделок из ютуба, пришел к выводу, что наиболее оптимальные, и с большим ресурсом - это преобразователи на основы серийных модулей пельтье.
(хотя раньше я имел другое мнение, и говорил, что все это происки мировых нефтяных заговорщиков)

Буду говорить покороче :

1. Можно сделать из серийного двигателя путем доработки распредвала клапанов впуска выпуска. Не сложно получить высокую мощность. Есть проблем с смазкой.

2. Паровая турбина, лучше и проще в изготовлении, чем поршневой двигатель, имеет больший ресурс, и ремонт заключается в основном в замене подшипников. Изготовить можно из серийной автомобильной турбины, или выточить турбину тесла. На ютубе видел самодельные установки с мощностью около 1киловата уже на выходе с генератора. Ясное дело под такую мощность пара для турбины нужно гораздо больше, чем того, что идет с чайника.

****
В целом по паровым установкам:
Очень взрывоопасен паровой котел. Но можно сделать парогенератор и на трубках, тогда не так сильно опасно. Есть трудности с рециркуляцией, нужен радиатор или теплообменник на систему отопления дома и насос закачивающий остывший пар или уже воду, в испаритель для парогенерации. Не совсем понятно где этот насос брать, т.к. он должен закачивать в парогенератор обратку, под большим давлением, в турбинах ставят на валу маленький центробежный.

Сам источник тепла для парогенератора, должен быть регулируемым, его мощность должна быть в заданных рамках, и бросовое тепло менее 100С использовать ясное дело не получится. Нужно постоянно контролировать техническое состояние парогенератора, чтоб его не "сожрала" коррозия, чтоб трубку с перегретым паром нигде не сорвало, придумывать защиту и прочее.. .
****

3. Стирлинг, до сих пор дорабатываю, не смотря на его простоту, и кучу пересмотренных баночных движков, собранных за пару часов, в ютубе.
Скажу из собственного опыта - делать Стирлинг неблагодарное дело. Практичным этот движок оказалось ТАК трудно сделать, уходит множество материала, серийные детали из разных механизмов, не так уж и подходят... Есть проблемы с его герметичностью, т.к. я делаю вещь не для того, чтоб она пару часов красиво повращалась, а потом разбила все втулки. Короче трудно и тяжело.
Из готовых стирлинг генераторов, которые нашел в инете, видел довольно габаритные и сложные в изготовлении устройства, с большим количеством трущихся элементов (следственно недолговечными). Их мощностя были около
0.045 - 2 вата !, а размер получался с половину системника (у кого как). Т.е. это сложно и малоэффективно. Из +сов можно утилизировать низкокалорийное тепло, можно сделать из консервных банок, воздушного шарика, и показать детям, есть очень много вариантов исполнения. Ну и не такой опасный, как паровые установки, хотя под большим давлением и температурой может взорваться (сдетанировать) смазка, это тоже нужно учитывать.

4. Пельтье. Легко на их основе сделать ТермоЭлектрическийГенератор, т.е. лепим на радиаторы, или кто как, и снимаем электричество. При плавных ростах температуры и соблюдением температурных режимов, ресурс у этого вида преобразователей считаю самым большим среди перечисленных установок. Можно утилизировать низкокалорийное тепло. По роликам из ютуба, пельтье явно превосходят самодельные стерлинги, по мощности. Но до паровых турбин им далековато, на 1 квт штука получится довольно внушительных размеров и цены.

Самое главное - не нужно смотреть сайты криотерма, они дерут цены прям, как не родные, иногда думаю, что они вообще в тихаря переклеивают на китайские модули свои фирменные наклейки. Короче, например, у нас на Украине китайский модуль TEC1-12710 стоит 70гр (это около 9долл), на Ебей вообще видел эти же модули по 1му баксу, но так и не понял как их оплатить елы палы, подскажите, кто знает и реально покупал в инете, пожалуйста. Короче по 70 гр, у нас, я уже заказал парочку, привезут после НГ, буду экспериментировать.

 

Вы не поделились величиной желаемого электричества. Это самое главное в определении принципа получения.
Если немного, то термоакустический стирлинг. Вот нарыл супер-пупер.
вэвэвэ.youtube.com/watch?v=ALwRVOXxPWw

 

Примерная стоимость перечисленных выше самодельных преобразователей.

1гр=3 рубля

------------------------------------------------------------------------
1. Паровой поршневой двигатель
наиболее дешевый получается из б/у двигателя легкового автомобиля

двигатель б/у - 1200гр
доработка - 400гр
паровой котел из ресивера, с обвесами около - 2000гр
циркуляционный насос обратки - 850гр
генератор (используют серийные из бензиновых эл.генераторов) - 2900гр
шкив +ремень для повышения оборотов на генераторе - 500гр
конденсатор пара - 650гр
масло отстойник - 300 гр

итого - 8800 гр

примерный ресурс до кап ремонта - 2000ч

мощность с генератора, которую можно получать до 5К Ватт

дополнительные расходы - замена масла (200гр на каждые 400ч работы)

итого: стоимость электроэнергии (без учета топлива!)

(8800+1000масло)/(5*2000)=0,98 гр/(КВатт*ч)

КПД около 3%
------------------------------------------------------------------------

2. Паровая турбина (тесла)

(из автомобильного турбонаддува не рассматриваю, т.к. практичных двигателей я не видел, те модели, что есть работали в импульсном режиме.)

изготавливается исключительно на токарном станке
стоимость изготовления, при заказе у токаря, около - 2000гр
паровой котел из ресивера, с обвесами около - 2000гр
циркуляционный насос обратки - 850гр
генератор (автомобильный)+акум - 900гр
ремень генератора - 120гр
конденсатор пара - 650гр
станина -80 гр

итого - 6600 гр

примерный ресурс до кап ремонта - 100000ч

мощность с генератора, которую можно получать до 1К Ватт

дополнительные расходы - замена подшипников (40гр на каждые 800ч работы)

итого: стоимость электроэнергии без учета топлива (6600+5000подшипники)/1*100000=0,12гр/(КВатт*ч)

КПД около 20-30%
-------------------------------------------------------

3. Стирлинг
Буду описывать те, что видел.
Практичный Стирлинг изготавливается на токарном станке, работа довольно сложная, не серийная (как например расточка поршней и т.п.), и требует точности.
стоимость изготовления, при заказе у токаря, фрезировщика, около - 3000гр
+ бесплатная собственная доработка
сальники - 80гр
материалы и расходники на изготовление не менее - 1000гр
генератор (самодельный) или б/у шаговый мотор - 400гр

итого - 4400 гр

примерный ресурс до кап ремонта, из-за особенностей конструкции - 200..400часов

мощность с генератора, которую люди на ютубе получают (из вышеописанной по затратам конструкции), максимум 0.004 КВатт

дополнительные расходы - нет (собственно отработает до своего кап ремонта)

итого: стоимость электроэнергии без учета топлива 4400/0,004*400=2750гр/(КВатт*ч)

КПД около 1-8%
------------------------------------------------------------------------

4. модули Пельтье
Опишу те что видел, ТЭГ изготавливается буквально на кухне, путем приделывания к модулям пельте 2х радиаторов.

рассмотрим тэг на 1ном модуле
TEC1-12706 - 70гр
Радиатор 2 шт - 160гр
термопаста - 120гр

итого - 350 гр

примерный ресурс до кап ремонта - 100000ч

мощность с генератора, которую люди на ютубе получают (из вышеописанной по затратам конструкции), 0.0023 КВатт

итого: стоимость электроэнергии без учета топлива 350/100000=0,0035 гр/(КВатт*ч)

КПД около 3-5%
------------------------------------------------------------------------

 

Вообще-то уже серийно печки с термоэлектрическим преобразователем выпускают, снимаемая мощность 50 вт.

 

Для объективности добавлю (очень) относительную стоимость выше перечисленных генераторов для получения на выходе мощности равной 1КВатт.

1гр=3руб

1. Паровой поршневой двигатель - 1760гр (реальная цена)
2. Паровая турбина (тесла) - 6600гр (реальная цена)
3. Стирлинг - ... таких мощных самоделок нигде не встречал
4. модули Пельтье - 100 000гр (реальная цена)

 

Не могли бы вы выложить тех характеристики TEC1-12706 ?
Которые собираетесь применить в теплогенераторе

 

http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf

Но они применяются, как охладители.

В роликах на ютубе, вот название: Thermoelectric Generator TEG 5.7W from 2xTEC1-127060-40(2), парень экспериментально с двух элементов получил 5.7 ватт, но еще круче работают пельтье ТЕС1-12710 один для экспериментов я уже заказал по почте.

 

Вот эта более топиковая тема.
5-й вариант - термохимический генератор.
В растворе медного купороса при погруженых двух медных электродах на нагретый электрод начинает переносится медь с холодного электрода, при этом в цепи возникает ток. Учитывая симметричность электродов, меняя, какой электрод подогреваем, получаем равномерную выработку электродов.
О КПД ничего не знаю, но учитывая малую стоимость деталей - можно брать количеством.
инфо из "Химии и Жизни" 1970-2

 

Есть еще круче преобразователи - термоэлектрохимические. КПД достигает 35-40%. Существенный недостаток - нагревать надо до 850-900 градусов. Если кпд самого генератора ничего, то кпд горелки для нагрева тоже не более 30% и в итоге общий кпд не выше 10%. Их хорошо использовать при нагреве гелиоконцентратором. "Энергия" такие преобразователи для спутников разработала. Принцип прост до безумия: герметичный модуль из жаропрочной и корозионностойкой нержавейки греем до температуры 900 градусов, находящийся в горячей точке металлический натрий вскипает и пары ионизируются от нагрева, ионы натрия проходят через ионопроницаемую мембрану из бета-глинозема на которой токосъемники по обе стороны, попутно отдавая энергию во внешнюю нагрузку и нейтрализуясь на выходе из мембраны. С обратной стороны мембраны нейтральные атомы натрия в виде паров конденсируются на стенке охладителя и по капиллярному шнуру натрий перетекает вновь к нагревателю. Все просто, но чистый натрий, мембраны с минимумом дефектов и из компонентов ОСЧ, да корпус из хорошей нержавейки с откачкой воздуха из батареи делают цену такого преобразователя не многим дешевле батарей топливных элементов, но по сравнению с ними позволяет обойтись солнышком в качестве топлива.

 

Интересны характеристики в режиме термопреобразования, таких данных у вас нет?
Я сам давно присматриваюсь к Пельтье, на мой взгляд оптимальный вариант на сегодняшний момент для дачи -дома, из тех что можно претворить в жизнь.

 

Практический опыт шведов. В конце много тематической литературы.
http://www.realinnovation.com/archives/1997/01/a/index.htm

 

нет.

Но скоро подвезут пельтье, буду тестировать если что, пишите что вам нужно на них протестовать (кроме запредельных режимов по темпертуре )

 

Хотелось проверить этот генератор.

Когда проверял, заметил, что выработка очень короткая буквально 1-2 сек, я не успевал фотографировать показания мультиметра. Причина в черезвычайно быстром охлаждении проволоки в растворе купороса. Для нормально работающего устройства, электроды должны быть в виде медных трубок, по которым внутри будет циркулировать теплоноситель.


См фото эксперимента . Электроды сделаны из медной проволоки, имеют площадь - 16см2
Расстояние между электродами свел до 1 см.
В течении 1-2 сек (пока электрод горячий) показания были следующими:
0.012 А
0.075 Вольт
ну или 0.0009 ватт
Далее мощность постепенно падает.

Т.е. на вскидку если взять трубку 1см в диаметре и длинной 2 метра, и сделать из нее 2 змиевичка (холодный и горячий), то получится термоэлемент с габаритами 12х12х4 см и с мощностью (навскидку) около - 0,345 ватт. Мало выходит.
Хотя вот если на этот змиевечок еще насадить медных пластин, и увеличить площадь. но тут уже нужно эксперементировать, т.к. между электродами "площадь раствора" лимитирована.

Но, если четно, в целом я у этой штуки не вижу перспектив. Сейчас попробую запустить процесс в обратную, и проверю может ли эта штука работать как тепловой насос.

 

Будет интересовать :
1.зависимость выходной мощности от разности температур на противоположных сторонах, при изменении температуры нагреваемой стороны элемента.
2. зависимость выходной мощности от разности температур при постоянной температуре нагреваемой стороны элемента.

Если честно то конечно будет интересовать отдаваемая мощность, ведь по х-кам на охлаждение модуль на 50 вт. Сколько отдаст в режиме термогенерации?

 

Проверил у термохимического генератора обратный процесс - грелся весь раствор, вырабатывался водород, сожрало один из электродов, раствор весь прогревался, явного эффекта теплового насоса не получилось, за 5 часов один из электродов полностью растворился. Т.е. у этого эффекта пока не вижу никакой перспективы. Так, что термопары, как говорится рулят.

Особых трудностей не вижу, ок, попробую сделать, когда элементы прибудут.