Generator termoelektryczny na niepewne czasy

Krzysztof Kamienski wrote:

To jest Peltier półprzewodnikowy, przeznaczony do chłodzenia, czyli pracujący w relatywnie niskich temperaturach, czyli z bardzo małą sprawnością jako generator.

Wydaje mi się, że zastąpienie radiatora powietrznego części chłodnej jakąś chłodnicą wodną, skutecznie obniżyłoby temperaturę pracy urządzenia, a więc i podnosiłoby sprawność. Proponowałbym użycie po stronie gorącej radiatora miedzianego z pastą termoprzewodzącą zastąpioną ciekłym metalem (pasta przy ponad 100°C szybko wyschnie, a przez rozszerzalność termiczną i "pracowanie" układu pod wpływem zmian temperatury szybko zacznie się kruszyć). Po stronie zimnej może i by nawet wystarczyła pasta tradycyjna, ale jako radiator użyć starego chłodzenia procesora wykonanego w taki sposób, że z Peltiera ciepło odbierałyby ciepłowody, które zaś miałyby aluminiowe żebra zanurzone w wodzie. Dzięki temu temperatura pracy strony zimnej, nawet przy wrzącej wodzie, nie przekroczy 100 stopni, a w praktyce (przy wymianach wody) będzie jeszcze niższa.

Dla większych mocy tak, ale urządzenie będzie też większe, i będzie zawierało zużywające się elementy. To powyżej jest małe, kieszonkowe i nie popsuje się samo z siebie.

gulson wrote:

Naładowanie telefonu podczas braku zasilania świeczką, to bardzo istotna sprawa a takie rozwiązanie powinno być przechowywane w każdym mieszkaniu na wypadek W.

Ale po co szukać tak ekstremalnych zastosowań? Swego czasu widziałem urządzenie wyglądające jak kubek (w którym rozpalało się ogień), które ładowało podłączone urządzenie. Na dłuższe biwaki jak znalazł.

Przede wszystkim należy pamiętać, że ogniwo termoelektryczne to wybitnie proste urządzenie, działające na bardzo prostych zasadach.
Jego napięcie zależy tylko i wyłącznie od różnicy temperatur między stroną zimną a stroną ciepłą, a przy obciążeniu dodatkowo od rezystancji całego obwodu. Więcej ogniw połączonych szeregowo to wyższe napięcia. Rezystancja jest w miarę stała (pomijając współczynnik temperaturowy). Natomiast ile prądu można ciągnąć z ogniwa?

Przede wszystkim musimy na taki moduł Peltiera spojrzeć jak na pary ogniw:

Przyjmijmy, że "płytki łączeniowe" to taki teleport. Nie biorą udziału w wydzielaniu ciepła, ale łączą poszczególne elementy. Energia "znika" lub "pojawia się" nie w płytkach łączeniowych, tylko na styku dwóch półprzewodników. Jeżeli prąd płynie od półprzewodnika typu P do typu N, to na ich połączeniu temperatura rośnie, a jeżeli od N do P to spada. A jedyne, co łączy obie części, to droga przepływu prądu elektrycznego. Możemy to sobie wyobrazić, jakby mieć 2 osobne moduły Peltiera połączone ze sobą szeregowo. Jeden umieszczamy w cieple, drugi w zimnej lodówce. Moduł umieszczony w cieple wytwarza prąd, a ten drugi zużywa go i wytwarza ciepło.

Dochodzi nam więc coś takiego jak przewodność cieplna. To ilość mocy cieplnej jaka przepływa przez element z danego materiału i o danym przekroju i grubości, przy określonej różnicy temperatur. W przypadku modułów Peltiera ta przewodność jest zmienna. Nieobciążony moduł będzie miał swoją określoną przewodność, wynikającą z przewodności krzemu z którego jest zbudowany (i pomniejszych materiałów), ale nadal stosunkowo wysoką. Ta przewodność to straty, i z niej wynika sprawność modułu. Po zwarciu modułu przewodność cieplna gwałtownie wzrośnie (patrz na porównanie do dwóch osobnych modułów). Gdy do modułu podłączymy napięcie, które wywoła przepływ prądu w tym samym kierunku co przy zwarciu modułu, przewodność wzrośnie jeszcze bardziej. Natomiast gdy to napięcie podłączymy w przeciwnym kierunku, przewodność będzie... ujemna? Wbrew pozorom tak, bo ciepło będzie magicznie przechodzić ze strony zimnej na ciepłą. To trochę jakby ciężkie przedmioty nagle zaczęły być odpychane od ziemi zamiast na nią spadać.
Tak więc, moduł Peltiera pracujący jako generator obciążamy jakimś odbiornikiem. Płynie przez niego prąd i przewodność cieplna nagle wzrasta, a więc spada różnica temperatur, co z kolei zmniejsza napięcie. Można to łatwo zobaczyć na oscylogramie, którego oczywiście nie mam. Po podłączeniu odbiornika napięcie spadnie w ułamku sekundy - to spadek wynikający z rezystancji elektrycznej ogniwa. Napięcie potem zacznie spadać powoli w dół aż osiągnie określony poziom - to spadek wynikający ze zwiększonej przewodności cieplnej, czyli ze zmniejszenia różnicy temperatur.

Ale się rozpisałem. Idę lutować

Ja chyba po złych kempingach chodzę, ale skąd u licha w środku lasu wytrzasnę paczkę turystycznych butli gazowych? Patyki panie, to jest to

Krzysztof Kamienski wrote:

Drut żelazny/stalowy (do płotów) jest tani i drut z konstantanu (do grzejników) także.

"Termopara typu L (Fe-CuNi) wykonana jest z żelaza (Fe) w połączeniu konstantanem (CuNi). Zakres stosowania termopary typu J typowo wynosi -40…+750°C, a czułość to – 55µV/°C. Termopary typu J (Fe-CuNi) przeznaczone są do pomiaru temperatury w atmosferze obojętnej, redukującej, utleniającej, jak i w próżni."
~Źródło nieznane/ukradłem.
To znaczy, że przy różnicy temperatur 300° (płomień) -50° (ciepła woda), uzyskasz oszałamiające 250*55 µV=13,75 mV. Co zrobisz z tak ogromnym napięciem?
Właśnie dlatego w urządzeniu, o którym pisałeś, tych termopar były setki połączone szeregowo.