Zegar pokazujący czas przed wojną nuklearną. Apokalipsa w dwie minuty: czym jest Zegar Zagłady
Konwersja energia elektryczna ogrzewanie termiczne lub elektryczne ma cztery główne typy, według których klasyfikowane są przemysłowe piece elektryczne; 1) ogrzewanie elektryczne poprzez opór; 2) ogrzewanie elektryczne łukowe; 3) ogrzewanie elektryczne mieszane; 4) ogrzewanie indukcyjne.
Ogrzewanie elektryczne pieców hutniczych ma istotne zalety w porównaniu z ogrzewaniem w wyniku spalania paliwa węglowego: możliwość uzyskania bardzo wysokich temperatur dochodzących do 3000°C i więcej przy koncentracji stref wysokiej temperatury w określonych obszarach przestrzeni roboczej piece; łatwość i płynność regulacji wartości i rozkładu temperatury w przestrzeni roboczej; czystość przestrzeni roboczej i możliwość uniknięcia zanieczyszczenia popiołem, siarką, gazami i różnymi zanieczyszczeniami: niska utrata metali z żużlem, pyłem, gazami i oparami; wysoka sprawność cieplna, sięgająca 70-85%; niewielka ilość gazów i pyłów; możliwość kompleksowej mechanizacji i automatyzacji; kultura i czystość miejsc pracy; możliwość wykorzystania dowolnego środowisko gazowe i próżnia.
Do wad ogrzewania elektrycznego można zaliczyć: duże zużycie energii elektrycznej, znacznie przewyższające zużycie w innych gałęziach przemysłu Gospodarka narodowa oraz ograniczenia projektowe dotyczące wydajności i mocy niektórych typów pieców elektrycznych. w przyszłości, ze względu na wzrost mocy i liczby elektrowni, spadek kosztów energii elektrycznej oraz wzrost mocy i produktywności pieców elektrycznych, wymienione wady stracą na znaczeniu.
Całkowitą moc czynną lub watową trójfazowej instalacji pieca elektrycznego P określa się ze wzoru
Ogrzewanie elektryczne poprzez opór
Ten rodzaj ogrzewania elektrycznego ma kilka odmian. Ze względu na sposób wytwarzania ciepła rozróżnia się ogrzewanie pośrednie i bezpośrednie; najwyższa wartość W technologii piecowej szeroko rozpowszechnione jest ogrzewanie pośrednie, charakteryzujące się tym, że ciepło jest uwalniane w specjalnych elementach grzejnych (oporach) i przekazywane z nich do obrabianego materiału poprzez wymianę ciepła. Na podstawie temperatury przestrzeni roboczej pieca wyróżnia się ogrzewanie; niska temperatura w zakresie 100-700°, średnia temperatura 700-1200° i wysoka temperatura 1200-2000°.
Przy ogrzewaniu w niskiej temperaturze bardzo bardzo ważne zachodzi wymiana ciepła pomiędzy grzejnikiem a materiałem na drodze konwekcji, która jest intensyfikowana w każdy możliwy sposób przez wymuszony obieg przy dużych prędkościach gazu lub powietrza wewnątrz wątroby. Podczas nagrzewania średnio- i wysokotemperaturowego, zwłaszcza przy braku wymuszonego obiegu gazów, główna ilość ciepła przekazywana jest z grzejników do obrabianych materiałów poprzez promieniowanie. W przypadku elektrycznych pieców oporowych ogrzewanie wysokotemperaturowe ma jedynie ograniczone znaczenie.
Znaleziono ogrzewanie elektryczne według rezystancji najwspanialsze zastosowanie do suszenia i wypalania materiałów, nagrzewania i obróbki cieplnej metali i stopów, topienia metali niskotopliwych – cyny, ołowiu, cynku, aluminium, magnezu i ich stopów, a także na potrzeby laboratoryjne i domowe. Ponieważ jednak przy ogrzewaniu pośrednim zwiększa się wielkość elementów grzejnych, a ich umiejscowienie w przestrzeni roboczej pieca okazuje się trudne, górną granicę mocy elektrycznych pieców oporowych ogranicza się do 600-2000 kW.
Aby zapewnić normalny proces zamiany energii elektrycznej na energię cieplną i długoterminową stabilną pracę, elementy grzejne muszą charakteryzować się następującymi cechami: wysoką rezystywnością elektryczną, pozwalającą na zapewnienie wystarczającego przekroju elementów i ograniczonej długości; mały elektryczny współczynnik temperatury, ograniczając różnicę w rezystancji elektrycznej nagrzanego i zimnego grzejnika do stałej właściwości elektryczne w samą porę; odporność na ciepło i nieutlenianie; odporność cieplna, tj. wystarczająca wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach; stałość wymiarów liniowych; dobra urabialność materiału (spawalność, ciągliwość itp.). Wymagania te najlepiej spełniają stopy niklu, chromu, żelaza (nichromu, fechralu i stali żaroodpornej), stosowane w oporowych piecach elektrycznych w postaci drutu lub taśmy oraz materiały węglowe stosowane w postaci węgla, grafitu czy karborundu pręty.
Określenie wymiarów elementów grzejnych można uzasadnić naukowo poprzez łączne rozwiązanie dwóch podstawowych równań opisujących istotę pracy grzejników – równania mocy i równania przenikania ciepła. Ponieważ element grzejny jest część integralna celu elektrycznego, to aby uzyskać wymaganą moc musi mieć określone wymiary i rezystancję. Z drugiej strony cała energia cieplna uzyskana w elemencie grzejnym w wyniku konwersji energii elektrycznej musi zostać przekazana poprzez wymianę ciepła do obrabianych materiałów i wykładziny pieca, dla której niezbędna jest określona powierzchnia, temperatura i współczynnik przenikania ciepła. Jeżeli przekazywanie ciepła przez element grzejny nie będzie odpowiadać wydzieleniom ciepła w nim zachodzącym, element ulegnie przegrzaniu, a jego temperatura może przekroczyć dopuszczalne dla materiału granice, co doprowadzi do zniszczenia grzałki.
Na podstawie rozwiązania równania mocy dla elementów grzejnych dowolnego kształtu i materiału wyprowadza się wzór ogólny
Przy obliczaniu wymiarów grzejnika wartość w musi dokładnie odpowiadać jego specyficznemu przenikaniu ciepła, które można znaleźć rozwiązując odpowiednie równanie przenikania ciepła grzejnika, muru i materiału A.D. Svenchansky przeanalizował warunki wymiany ciepła dla różnych rzeczywistych grzejników i sporządził wykresy i tabele, dzięki którym można znaleźć wartość w.
Ogrzewanie łukowe elektryczne
Ten rodzaj ogrzewania elektrycznego stosowany jest w wysokotemperaturowych piecach elektrycznych dużej mocy, głównie do wytapiania różne materiały. Jeżeli między elektrodą a materiałem obrabianym w piecu pali się łuk, wówczas takie piece nazywane są piecami akcja bezpośrednia z łukiem zależnym: otwarty - widoczny (ryc. 20, a) lub zamknięty - niewidzialny łuk, zanurzony w warstwie ładunku lub stopu (ryc. 20, b). Jeżeli łuk płonie między elektrodami i nie styka się bezpośrednio z materiałami i produktami przetwarzanymi w piecu, wówczas takie piece nazywane są piecami pośrednimi z niezależnym łukiem (ryc. 20, c). Piece z łukiem bezpośrednim mają najwyższą sprawność cieplną, zwłaszcza przy zamknięty łuk, ponieważ zawierają najlepsze warunki do wymiany ciepła pomiędzy łukiem a materiałem, umożliwiając szybkie nagrzanie materiału przy ograniczonej do bardzo wysokiej utracie ciepła wysoka temperatura.
Piece łukowe są najczęściej stosowane do wytapiania stali i żelazostopów, wytapiania i rafinacji miedzi i niklu oraz przetwarzania różnych surowców rudnych. Podczas topienia metali lub stopów o wysokiej (metalicznej) przewodności elektrycznej można pracować tylko przy otwartym łuku płonącym na powierzchni materiału, ponieważ zanurzenie elektrod w warstwie materiału doprowadzi do zwarcia. Praca w łuku zamkniętym jest możliwa, gdy przetwarzane materiały i produkty mają ograniczoną (niemetaliczną) przewodność elektryczną. Piece łukowe pośrednie stosuje się w przypadkach, gdy kontakt obrabianego materiału z łukiem pogarsza jakość wyrobów lub zwiększa straty, np. przy topieniu niektórych metali i stopów nieżelaznych (mosiądz, brąz itp.). Należy szczególnie podkreślić, że ogrzewanie łukiem elektrycznym w odróżnieniu od ogrzewania oporowego nie ma żadnych ograniczeń co do całkowitej mocy pieców.
Nagrzewanie łukiem elektrycznym polega na procesie zamiany energii elektrycznej na ciepło, który zachodzi w płonącym łuku oraz procesie wymiany ciepła pomiędzy łukiem, materiałem i okładziną. Opis praw pierwszego procesu jest przedmiotem tzw. teorii łuku, a zwłaszcza łuku prądu przemiennego dużej mocy. Znaczący wkład w rozwój teorii łuku wniósł V.V. Pietrow, V.F. Mitkiewicz, S.I. Telny, I.T. Zherdev, K.K. Chrenow, G.A. Sisoyan i in. Zagadnieniem wymiany ciepła pomiędzy łukiem, materiałem i okładziną zajął się D.A. Diomidovsky, N.V. Okorokowa i innych.
Łuk elektryczny można wytworzyć przy użyciu prądu stałego lub przemiennego, ale wszystkie piece przemysłowe zwykle działają na prąd przemienny. Aby zapewnić stabilne spalanie łuku i ograniczyć udary prądowe podczas zwarć, w obwodzie elektrycznym łączy się z nim szeregowo reaktancję indukcyjną, pochłaniającą niewielką część mocy czynnej. W przypadku prądu przemiennego podczas każdego półcyklu napięcie i prąd sieci osiągają maksimum i przechodzą przez zero. Na ryc. 21, a przedstawia teoretyczne krzywe wartości chwilowej prądu i napięcia łuku Id i Ud oraz napięcia zasilania Uist. Gdy napięcie źródła zaczyna rosnąć po przekroczeniu zera, łuk zostaje zajarzony dopiero po osiągnięciu napięcia zapłonu U1. Od tego momentu w obwodzie pojawia się prąd narastający wzdłuż krzywej okresowej innej niż sinusoida. Łuk gaśnie przy napięciu tłumienia, tj. zanim napięcie źródła przekroczy zero i w tym momencie prąd ustanie. Po przekroczeniu zera wszystkie opisane zjawiska powtarzają się. Zatem prąd w łuku płynie z przerwami, a łuk albo się zapala, albo gaśnie. Czas trwania przerw w spalaniu łuku zależy od wielu czynników, w szczególności od materiału elektrod, stopnia nagrzania przestrzeni pieca itp. Oczywiste jest, że łuk przerywany zmniejsza skuteczność nagrzewania łuku, a tym samym warunki muszą zostać utworzone, aby zapewnić ciągłe spalanie łuku prądu przemiennego. Głównym sposobem ciągłego spalania łuku prądu przemiennego jest sekwencyjne włączanie reaktancji indukcyjnej do obwodu łuku, jak widać na ryc. 21, b i c.
W badaniu równania różniczkowego łuku prądu przemiennego, który w obwodzie ma rezystancję czynną i indukcyjną, wyznaczono stosunek wartości rezystancji indukcyjnej X i rezystancji czynnej R, zapewniający łuk ciągły przy zadanych napięciach źródła Uist i łuku Ud ( Ryc. 22).
Wydajność ogrzewania łukowego jest bardzo duża w dużej mierze zależy od trybu elektrycznego płonącego łuku, a przede wszystkim od napięcia i prądu.
Obecnie nie opracowano jeszcze naukowej metody określania najkorzystniejszego napięcia zasilania pieców łukowych. Dlatego napięcie dobiera się zgodnie z praktyką fabryczną w zakresie od 100 do 600 V, przy czym wyższe napięcia przyjmuje się zwykle dla pieców łukowych dużej mocy oraz pieców z łukiem zamkniętym. Zależność maksymalnego napięcia roboczego Uline od mocy znamionowej pieca Pnom wyraża się zwykle wzorem empirycznym
gdzie k i n są współczynnikami empirycznymi mającymi różne znaczenia w zależności od rodzaju pieca i charakteru procesu. Na przykład dla łukowych pieców do wytapiania stali k = 15; n = 0,33. Praca przy wyższym napięciu jest bardziej racjonalna, gdyż zmniejsza straty energii elektrycznej oraz zwiększa długość i promieniowanie cieplne łuku. Górna granica napięcia (600 V) jest zdeterminowana głównie warunkami izolacji elektrycznej pieca i bezpieczeństwem personelu obsługującego.
Po określeniu wartości napięcia wybór innych wskaźników trybu elektrycznego instalacji pieca elektrycznego z ogrzewaniem łukowym - optymalna moc prądu, cos φ i wydajność - dokonywany jest zgodnie z jego charakterystyką eksploatacyjną. Charakterystyki wydajności pieców łukowych określa się poprzez budowę wykresów kołowych: dla istniejących pieców fabrycznych są one pobierane z natury, dla pieców nowo projektowanych - według obliczonych danych.
Dla teorii nagrzewania łukowego i obliczeń pieców łukowych ogromne znaczenie ma proces wymiany ciepła pomiędzy płonącym łukiem a materiałami obrabianymi w piecu. Jednak teoria wymiany ciepła w przestrzeni roboczej pieców łukowych jest wciąż w powijakach. etap początkowy jego rozwoju i wymaga dalszego pogłębionego rozwoju.
Mieszane ogrzewanie elektryczne
Ten rodzaj ogrzewania, powstający w wyniku łącznego wydzielania ciepła w łuku elektrycznym i oporu warstwy ładunku lub wytopu, ma pierwszorzędne znaczenie w piecach rudno-termicznych topiących żelazostopy, żeliwo i przetwarzających surowce rudne oraz półprodukty hutnictwa metali nieżelaznych i przemysłu chemicznego.
najbardziej trudny przypadek Elektryczność przechodząc przez łuk i warstwy ładunku, żużel i metal ulega przemianie energia cieplna Qarc, Qcharge, Qslag, Qmetal, piec Рtotal reprezentuje sumę wymienionych emisji ciepła. Główny schemat obliczania wszystkich tych emisji ciepła i ich powiązania z geometrią trzonu pieców rudo-termicznych został kiedyś wyjaśniony przez autora, ale do dokładnego obliczenia wydzielania ciepła nadal nie ma wystarczających danych na temat charakterystyki termicznej łuku, opór elektryczny wsadu i stopionego materiału, kształt i wielkość sekcji przewodzących itp. W związku z tym zaproponowana przez autora metoda obliczania rudo-termicznych pieców elektrycznych ma nadal charakter orientacyjny i ma ograniczone zastosowanie.
Dla hutnictwa metali nieżelaznych największe znaczenie mają piece rudo-termiczne, pracujące z elektrodami zanurzonymi w grubej warstwie żużla, w których następuje mieszane ogrzewanie elektryczne, składające się z dwóch głównych komponentów: Qarc i Qslag.
SM. Maksimenko zaproponował podzielenie wszystkich procesów elektrotermicznych na dwie główne grupy; 1) procesy, w których część energii pochłoniętej w łuku p jest większa niż część energii pochłoniętej w ładunku i topi się 2) procesy, w których p
Indukcyjne ogrzewanie elektryczne
Indukcyjne ogrzewanie elektryczne odbywa się na zasadzie transformatora, w którym uzwojenie wtórne jest zwarte. sam w sobie, w wyniku czego indukowany prąd elektryczny zamienia się w energię cieplną. Rolę uzwojenia wtórnego pełni zwykle sam nagrzany materiał. Energia elektryczna dostarczana do uzwojenia pierwotnego (cewki indukcyjnej) dokonuje złożonej przemiany w energię szybko zmienną pole magnetyczne, która z kolei w obwodzie wtórnym jest ponownie przekształcana w energię elektryczną, która tutaj ze względu na opór obwodu jest przekształcana w energię cieplną. Jeśli nagrzany materiał jest ferromagnetyczny, ta część energii przemiennego pola magnetycznego jest przekształcana bezpośrednio w energię cieplną, bez przekształcania się w energię elektryczną.
Najbardziej rozpowszechnione w technologii są dwa rodzaje pieców indukcyjnych: 1) piece z rdzeniem żelaznym; 2) piece bez rdzenia - wysokiej częstotliwości.
Piece z rdzeniem żelaznym mają schemat(Ryc. 23, a), podobny do obwodu konwencjonalnego transformatora, w którym uzwojenie pierwotne jest zamontowane na żelaznym rdzeniu, a uzwojenie wtórne jest reprezentowane przez zamknięty pierścień ze stopionego metalu, tj. w połączeniu z obciążeniem. W wyniku energicznej cyrkulacji metal nagrzany w pierścieniowym kanale unosi się do przestrzeni roboczej pieca i stykając się z znajdującym się tam wsadem, nagrzewa go i topi.
Piece bez rdzenia na swoim schemacie reprezentują transformator powietrzny (ryc. 23, b), którego uzwojenie pierwotne to cewka miedziana - cewka indukcyjna, a uzwojenie wtórne to sam ładunek metalowy załadowany do tygla.
Wartość efektywna indukowanej siła elektromotoryczna E. in, zależy od wartości amplitudy użytecznego strumienia magnetycznego fm, vb, częstotliwości prądu przemiennego f, na sekundę, liczby zwojów uzwojenia w i wyraża się wzorem
W piecach z rdzeniem żelaznym wartość ta jest dość duża ze względu na koncentrację użytecznego strumienia magnetycznego w rdzeniu, natomiast w piecach bez rdzenia wartość jest mała ze względu na dużą dyspersję magnetyczną. Dzięki temu w piecach indukcyjnych z rdzeniem żelaznym wymaganą wartość siły elektromotorycznej E można łatwo osiągnąć przy użyciu prądu przemiennego o częstotliwości normalnej i obniżonej (f Do głównych zalet nagrzewania indukcyjnego można zaliczyć: wydzielanie ciepła bezpośrednio w masie nagrzany materiał, co ogranicza rolę procesów wymiany ciepła, zapewnia bardziej równomierne nagrzewanie materiału i znacznie zwiększa sprawność cieplną pieców indukcyjnych, wyjątkową czystość przestrzeni roboczej pieców (ze względu na brak produktów spalania paliw, materiałów elementy grzejne i zanieczyszczające je elektrody), pozwalające na produkcję szczególnie czystych metali i stopów; możliwość całkowita izolacja przestrzeń robocza pieców z powietrza otoczenia i wytapiania w próżni lub w atmosferze gazu ochronnego; możliwość uzyskania bardzo wysokiej temperatury, ograniczona jedynie właściwościami ogrzewanego materiału i muru ogniotrwałego; energetyczne mieszanie wytopów za pomocą przepływów elektromagnetycznych i termicznych, pozwalające na otrzymanie stopów o jednorodności skład chemiczny; wysoka wydajność właściwa pieców indukcyjnych; wysoka prędkość ogrzewanie i topienie; niewielkie straty metali z odpadów; wysoki kultura techniczna zespoły piecowe, brak pyłu i gazów.
Do wad nagrzewania indukcyjnego zalicza się: obniżony współczynnik mocy, gdyż dla pieców z rdzeniem żelaznym cos φ = 0,3/0,8, a dla pieców bezrdzeniowych cos φ = 0,03/0,1; ograniczone rozmiary, moc i wydajność pieców indukcyjnych w porównaniu do innych jednostek; złożoność wyposażenia elektrycznego pieców bezrdzeniowych, wymagająca specjalnych źródeł prądu przemiennego wysokiej częstotliwości i baterii kondensatorów o znacznej pojemności; ograniczona trwałość wykładziny kanałów pieców z rdzeniem żelaznym i tygli pieców bezrdzeniowych: niska temperatura nagrzewania żużla.
Dzięki zaletom ogrzewania indukcyjnego udało się szerokie zastosowanie. Piece indukcyjne z rdzeniem żelaznym są obecnie głównymi urządzeniami do topienia i odlewania metali nieżelaznych oraz wytwarzania stopów metali nieżelaznych. Bezrdzeniowe piece indukcyjne służą do topienia metali nieżelaznych i szlachetnych oraz do produkcji wysokiej jakości odlewów staliwnych. W metalurgii miedzi, niklu i cynku stosuje się także piece indukcyjne pracujące na końcowych etapach. Nagrzewanie indukcyjne jest szeroko stosowane w zakładach budowy maszyn do obróbki cieplnej różnych półfabrykatów i produktów metalowych.
Teoria pieców indukcyjnych z rdzeniem żelaznym opiera się na teorii jednofazowego, dwuuzwojeniowego transformatora z rdzeniem żelaznym. Różnica pomiędzy transformatorem konwencjonalnym a piecem indukcyjnym z rdzeniem żelaznym polega na tym, że w transformatorze uzwojenie wtórne i sieć odbiorcza (odbiór) znajdują się w znacznej odległości od siebie, natomiast w piecu indukcyjnym uzwojenie wtórne jest połączone z ładunku i jest reprezentowany przez pierścień stopionego metalu.
Przeliczoną moc Ppr można wyrazić poprzez prąd wtórny I2 i rzeczywistą rezystancję czynną metalu w kanale r2 za pomocą wzoru
Moc tracona w cewce (straty elektryczne) Rel wyraża się poprzez prąd pierwotny I1 i rzeczywistą rezystancję czynną uzwojenia cewki indukcyjnej
Całkowita moc czynna (w watach) pieca indukcyjnego z żelaznym rdzeniem P będzie wynosić
W teorii pieców indukcyjnych bez żelaznego rdzenia piece te uważane są za transformatory powietrzne, w których na skutek braku zamkniętego żelaznego obwodu magnetycznego strumienie magnetyczne przechodzą przez przetwarzany wsad i przez powietrze.
Częstotliwość f prądu przemiennego zasilającego cewkę indukcyjną zależy od pojemności (mocy) pieca indukcyjnego i rezystywności przetworzonego wsadu p2. Z badań wynika, że im większa jest pojemność pieca i jego wymiary, w szczególności średnica wsadu d, cm, tym mniejsza oporność stopiony metal p2. om/cm3, im niższa minimalna częstotliwość fmin, Hz; zależność tę wyraża wzór
Każdej pojemności i rezystancji pieca odpowiada pewna optymalna częstotliwość prądu zasilania, przy której sprawność pieca osiąga maksymalną możliwą wartość. W przypadku pieców bezrdzeniowych o dużej mocy (mocy) okazało się, że możliwe jest zastosowanie niższej częstotliwości prądu przemiennego, aż do normalnych 50 Hz.
Moc czynna pieca bezrdzeniowego Pa składa się z mocy przetworzonej we wsadzie i mocy traconej w cewce i wyraża się wzorem
W oparciu o prawa procesów spalania paliw i przemiany energii elektrycznej w ciepło, następujące najbardziej ważne zadania z teorii, działania i projektowania pieców hutniczych:
a) wybór systemu ogrzewania pieców (paliwo węglowe lub prąd);
b) dobór rodzaju i gatunku paliwa oraz układu jego spalania;
c) dobór parametrów energii elektrycznej i systemu jej przetwarzania na energię cieplną;
d) obliczenia procesów spalania paliw;
e) dobór i obliczenia urządzeń spalających;
f) obliczenia i projektowanie pieców elektrycznych.
Liczba gadżetów cyfrowych stale rośnie. DO komórka dodano mobilną stację radiową, nawigator GPS i kamerę.
Noszenie ze sobą pełnego garnka zapasowych akumulatorów dla całej tej elektronicznej wspólnoty jest trudne, a w zimnych porach roku także bezcelowe – ich pojemność i moc są niskie temperatury są znacznie zmniejszone.
Dlatego każdy podróżnik chciałby zaopatrzyć się w urządzenie, które zamienia energię dostępną podczas wędrówki na prąd.
Bardzo praktyczne okazały się generatory ciepła – źródła, które do działania wymagają ciepła. Jaka jest zasada ich działania i jak można wykonać generatory termoelektryczne własnymi rękami - zostanie to omówione w tym artykule.
Siła termoelektromotoryczna występuje w pętli zamkniętej, gdy spełnione są dwa warunki:
- Jeżeli składa się z co najmniej dwóch przewodów wykonanych z różnych materiałów.
- Jeśli wszystkie niejednorodne sekcje zawarte w konturze mają różne temperatury(przynajmniej w obszarze połączeń).
W fizyce ten fenomen zwany efektem Seebecka.
Wielkość termoEMF zależy od rodzaju materiałów i różnicy temperatur.
Określa się to wzorem:
E = k (T1 – T2),
- Gdzie T1 i T2 to temperatura przewodów;
- K – współczynnik Seebecka.
Najwyższą wydajność osiągają obwody składające się z różnych półprzewodników (o przewodności p i n). W metalach efekt Seebecka jest niewielki, z wyjątkiem niektórych metali przejściowych i ich stopów, takich jak pallad (Pd) i srebro (Ag).
Wymienniki ciepła są szeroko stosowane w życiu codziennym. Można to zrobić dość łatwo - instrukcja montażu została przedstawiona w artykule.
Przedstawiono instrukcje krok po kroku dotyczące przykrycia kominka własnymi rękami.
Czy wiesz, że zaledwie 12 woltów może służyć jako źródło ciepła? Kliknij link, aby uzyskać instrukcje dotyczące samodzielnego wykonania grzejnika 12 V.
Zasada działania
Rozwiązanie problemu wytwarzania prądu z energii cieplnej wymaga, jak mówią w nauce, czegoś odwrotnego. Przeciwieństwem efektu Seebecka jest efekt Peltiera, który polega na zmianie temperatury dwóch różnych półprzewodników połączonych w obwód zamknięty podczas przechodzenia przez nie prąd stały: jeden z nich się nagrzewa, drugi ochładza.
Jeśli kierunek prądu ulegnie zmianie, kierunek również się zmieni Przepływ ciepła: pierwszy półprzewodnik ostygnie, a drugi się nagrzeje. Najczęściej stosowane półprzewodniki to stała mieszanina krzemu z tellurkiem germanu i bizmutu.
Efekt Peltiera
Efekt odkryty przez Jeana Peltiera znalazł szerokie zastosowanie w różne polażycia ludzkiego, gdzie wymagane są urządzenia chłodnicze, natomiast nie ma możliwości zastosowania kompresorowej pompy ciepła wykorzystującej freon. Dlatego to jego nazwiskiem zaczęto nazywać produkowane do tego celu urządzenia – elementy Peltiera.
Ale jeśli na taki element lub, jak to się nazywa, chłodnicę termoelektryczną oddziałuje się z przeciwnej strony, to znaczy na jego półprzewodnikach powstaje różnica temperatur, wówczas otrzymamy efekt Seebecka: element Peltiera zamieni się w źródło prądu stałego.
Projekt generatora ciepła
Zatem pomysł generatora termicznego jest dość prosty: musisz wziąć element Peltiera i mocno podgrzać jedną z jego powierzchni. W generatorach fabrycznych stosuje się do tego palniki gazowe. Ale stworzenie takiego urządzenia w domu jest dość trudne - trudno zapewnić stabilne spalanie płomienia przez długi czas.
Dlatego rzemieślnicy wolą prostszą wersję termogeneratora, o której teraz porozmawiamy.
Zrób to sam
Schematycznie strukturę domowej elektrowni termoelektrycznej można przedstawić w następujący sposób:
- Element Peltiera umieszczamy na dnie głębokiego naczynia – miski lub kubka.
- Następnie włożymy do tego naczynia kolejną miskę: jeśli będziemy używać misek, będziemy potrzebować tej samej; jeśli twój wybór padł na kubki, to drugi powinien być nieco mniejszy niż pierwszy.
- Do przewodów usuniętych z elementu Peltiera podłączymy konwerter napięcia.
- Napełnij wewnętrzny pojemnik śniegiem lub zimna woda, po czym podpaliliśmy całą konstrukcję.
Po pewnym czasie śnieg się stopi, zamieni w wodę i zagotuje. Wydajność generatora spadnie, ale turysta będzie miał okazję napić się gorącej herbaty. Po wypiciu herbaty możesz napełnić generator nową porcją śniegu.
Im więcej termoelementów (nazywanych również odgałęzieniami) ma zakupiony element Peltiera, tym lepiej. Można zastosować urządzenie marki TEC1-127120-50 - ma ich 127. Element ten przeznaczony jest dla prądów do 12A.
Porządek pracy
Przyjrzyjmy się teraz szczegółowo procesowi tworzenia domowego generatora ciepła:
- Powierzchnię każdego naczynia w miejscu styku z elementem Peltiera należy wypoziomować i oczyścić, co zapewni maksymalne przekazywanie ciepła. Dla idealnego dopasowania można wypolerować spód kawałkiem filcu nasmarowanym pastą GOI, zamocowanym we wrzecionie wiertarki elektrycznej.
- Łączymy przewody z kuchenki elektrycznej wyposażonej w izolację żaroodporną do styków elementu Peltiera. W przypadku braku takiego można zastosować na przykład drut MGTFE-0,35, owijając go tkaniną żaroodporną.
- Po nasmarowaniu dna jednego z naczyń pastą termoprzewodzącą np. KPT-8 kładziemy na nim element Peltiera. Podłączone do niego przewody należy ułożyć tak, aby ich końcówki znajdowały się na zewnątrz kontenera.
- Ponownie nasmaruj znajdujący się na górze element Peltiera pastą termoprzewodzącą i włóż do naszego kubka lub miski drugi pojemnik o odpowiedniej wielkości (trzeba będzie odciąć uchwyt kubka).
- Przestrzeń między pojemnikami należy wypełnić żaroodpornym uszczelniaczem (kompozycję do naprawy rur wydechowych można kupić w sklepie samochodowym). Będzie służyć jako izolacja termiczna pomiędzy ciepłą i zimną stroną generatora dodatkowa ochrona do przewodów.
Generator prądu kempingowego
Wystające końce drutów można przykleić do boku kubka taśmą materiałową.
Produkcja konwerterów
Podczas eksperymentu termogenerator zainstalowany na kuchence elektrycznej, w obecności śniegu w wewnętrznym pojemniku, zapewnił pole elektromagnetyczne o wartości 3 V i prąd o natężeniu 1,5 A. Gdy śnieg zamienił się w wodę i zagotował, moc generatora spadła trzykrotnie (napięcie wyniosło 1,2 V).
Aby skorzystać z takiego urządzenia jak ładowarka W przypadku telefonu lub innego gadżetu, który wymaga stabilnego napięcia 5 V lub 6,5 V, musi być wyposażony w przetwornicę napięcia.
Rozważmy dwie opcje.
opcja 1
Najłatwiej jest zastosować jako konwerter mikroukład KR1446PN1 wyposażony w obudowę DIP.
Jest produkowany w Rosji i można go łatwo znaleźć w sklepie z częściami radiowymi lub na rynku radiowym.
Nie jest zabronione używanie mocniejszych analogów, ale wszystkie są produkowane w miniaturowych obudowach do montażu powierzchniowego, więc będziesz musiał cierpieć z powodu rozlutowywania.
Wejście mikroukładu jest zasilane napięciem z elementu Peltiera i włącza się w trybie „5 woltów” (standard). Równolegle z elementem Peltiera należy przylutować odpowiednio mocną diodę bocznikową do wejścia przetwornicy napięcia. Zapobiegnie to przepływowi prądu odwrotny kierunek, jeżeli na generator wywierany jest odwrotny wpływ temperatury.
Na przykład napełnianie gorąca woda może zostać przypadkowo zainstalowany na zimnej powierzchni.
Do wyjścia konwertera należy przylutować kabel ze starej ładowarki odpowiedniej do naszego modelu telefonu lub aparatu oraz diodę LED 5 V.
Wada tej opcji: mikroukład proponowany jako konwerter ogranicza moc generatora, ponieważ prąd na jego wyjściu nie przekracza 100 mA. Tym samym element Peltiera jest wykorzystywany w około 20%, co będzie wystarczające jedynie w przypadku starszych modeli telefonów.
Aby móc ładować urządzenia o większej mocy, należy zastosować bardziej wyrafinowaną wersję przetwornicy napięcia.
Opcja 2
Mocniejszą przetwornicę można zmontować za pomocą obwodu dwustopniowego z wykorzystaniem pary mikroukładów MAX 756. Aby po odłączeniu odbiornika wygenerowany prąd nie marnował się, wyposażymy przetwornicę we wbudowane akumulatory. Połączone szeregowo, są włączane do obciążenia pierwszego stopnia poprzez przełącznik, diodę i rezystor ograniczający prąd. Sama kaskada jest skonfigurowana na tryb wyjściowy „3,3 V”.
Do wyjścia kaskady nr 1 podłączamy kaskadę nr 2, skonfigurowaną na tryb wyjściowy „5 Volt”. Obydwa etapy realizujemy według schematu podanego w dokumentacji układu MAX 756 (opublikowanej w Internecie). Jedyną różnicą jest łańcuch informacja zwrotna Kaskadę nr 2 (pomiędzy wyjściem kaskady a odnogą nr 6 jej mikroukładu) uzupełnia ciąg 3 diod krzemowych umieszczonych anodą w kierunku wyjścia.
Najprostszy termogenerator kempingowy
To ulepszenie pozwoli na uzyskanie na biegu jałowym napięcia 6,5 V (wymagane do ładowania niektórych urządzeń elektronicznych).
Aby uprościć obwód, można zastosować układ MAX 757, który jest wyposażony w osobne wyjście sprzężenia zwrotnego.
Interfejs tego konwertera odpowiada USB typu A. Jeśli jednak zamierzasz podłączyć do niego urządzenie USB, lepiej usunąć sekwencję diod z obwodu sprzężenia zwrotnego 2. stopnia, aby napięcie wyjściowe wróciło do poziomu o napięciu 5 V.
Ta wersja konwertera nie umożliwia podłączenia do portów typu USB-Host.
Wariacja na temat...
Element Peltiera można po prostu przymocować do kołka wbitego w ziemię w pobliżu ogniska.Aby stworzyć wystarczające gradient temperatury, obie jego powierzchnie muszą być wyposażone w grzejniki żebrowane.
Grzejnik powinien mieć zwiększoną powierzchnię od strony płomienia, a jego lamelki należy montować poziomo.
Mniejszy grzejnik jest zainstalowany po przeciwnej stronie elementu, a jego żeberka są pionowe.
Grzejniki grzewcze mogą być instalowane w różny sposób w zależności od typu System grzewczy– jednorurowe lub dwururowe. i wskazówki, gdzie je zainstalować - przeczytaj uważnie.
Jak naprawić pompa obiegowa własnymi rękami? Przedstawiono główne rodzaje awarii oraz metody ich eliminacji.
Wideo na ten temat
Metoda polega na zastosowaniu jednego lub większej liczby zamkniętych zwojów przewodnika prądu elektrycznego jako elementu grzejnego, tworzącego uzwojenie wtórne transformatora elektrycznego i doprowadzeniu chłodziwa do kontaktu z powierzchniami przewodnika. Wynalazek poprawia niezawodność konwersji energii elektrycznej podczas wymiany ciepła. 1 pensja, 1 chory.
Wynalazek dotyczy technologii przetwarzania energii elektrycznej na ciepło i wytwarzania wymiany ciepła. Może być stosowany do podgrzewania płynu w układach podgrzewania silnika wewnętrzne spalanie, ogrzewanie i zaopatrzenie w ciepłą wodę przedsiębiorstw przemysłowych i budynków mieszkalnych, do ogrzewania plazmy i innych substancji. Znana jest metoda zamiany energii elektrycznej na ciepło i wytworzenia wymiany ciepła, polegająca na bezpośrednim przepływie prądu elektrycznego przez chłodziwo, powstającym w wyniku doprowadzenia napięcia sieciowego przewodami prądowymi do elektrod (patrz A.P. Althauzen i in., „Low- ogrzewanie elektryczne”, Moskwa, Energy, 1968). Służy do podgrzewania cieczy, betonu oraz do rozmrażania gleby, rudy, piasku i innych substancji. Głównymi wadami tej metody są zwiększone ryzyko porażenia prądem elektrycznym ze względu na stosunkowo Wysokie napięcie(380 V lub 220 V), a także zależność ogrzewania elektrycznego i wymiany ciepła od oporu elektrycznego chłodziwa. W szczególności do podgrzanej wody dodawane są specjalne dodatki, które zapewniają określoną wartość oporu elektrycznego. Znany jest sposób zamiany energii elektrycznej na ciepło i wytworzenia wymiany ciepła pomiędzy elementem grzejnym a czynnikiem chłodzącym, polegający na doprowadzeniu prądu do elementu grzejnego, którym jest metalowa rurka, wewnątrz której znajduje się cewka grzejna wciśnięta w specjalny wypełniacz , przepuszczając prąd elektryczny przez cewkę grzejną (patrz A. P. Althauzen i in., „Niskotemperaturowe ogrzewanie elektryczne”, Moskwa, Energia, 1968). Metoda ta stała się powszechna w różne obszary Gospodarka narodowa. Rurowy grzejnik elektryczny (TEH) można umieścić w wodzie, solach, ciekłym metalu, formie, skrzyni korbowej silnika spalinowego itp. Jednakże podgrzewana wężownica jest dostarczana napięcie elektryczne bezpośrednio z sieci zasilającej, a stosunkowo wysokie napięcie zasilania nie pozwala na redukcję opór elektryczny spirali, co wiąże się z koniecznością izolacji elektrycznej spirali w celu zapewnienia bezpieczeństwa elektrycznego, a co z kolei zmniejsza przewodność cieplną pomiędzy spiralą a metalową rurką, a tym samym pogarsza wymianę ciepła pomiędzy elementem grzejnym (om) a chłodziwem jako cały. Izolacja elektryczna spirali nie wyklucza możliwości jej przebicia elektrycznego i kontaktu z metalową rurką elementu grzejnego (a) potencjał elektryczny, co powoduje konieczność jego uziemienia. Ponadto elementy grzejne mają ograniczoną żywotność ze względu na przepalenie cewki. Znana jest metoda przekształcania energii elektrycznej w ciepło i tworzenia wymiany ciepła, zwana „zgrzewaniem oporowym” (patrz N.S. Kabanov, „Spawanie na maszynach kontaktowych”, Moskwa, wyd. „ Szkoła Podyplomowa”, 1985; Y.N. Bobrinsky i N.P. Sergeev, „Projektowanie i regulacja zgrzewarek oporowych”, Moskwa, wydawnictwo „Budowa maszyn”, 1967; V.G. Gevorkyan, „Podstawy spawania”, Moskwa, wydawnictwo „Higher School”, 1991 ). Ta metoda elementem grzejnym i chłodziwem jest spawany metal, który zamyka uzwojenie wtórne transformatora spawalniczego, w wyniku czego prąd elektryczny wystarczający do ogrzania i spawania metalu przepływa przez obwód zamknięty. W tym przypadku każdy zwój uzwojenia wtórnego transformatora jest odrębnym źródłem energii elektrycznej, ponieważ obejmuje ten sam strumień magnetyczny wytwarzany w rdzeniu magnetycznym przez uzwojenie pierwotne transformatora. Metoda ta jest prototypem. Wadą tej metody jest to, że można ją stosować tylko do chłodziw o stosunkowo niskim oporze elektrycznym. W przypadku zastosowania cieczy, np. wody, należałoby zrezygnować z redukcji napięcia za pomocą transformatora, a metoda stałaby się pierwszą rozważaną, ze wszystkimi jej wadami. Bezpieczeństwo i niezawodność przetwarzania energii elektrycznej na ciepło oraz efektywność przekazywania ciepła w proponowanej metodzie osiąga się poprzez zastosowanie zamkniętego zwoju przewodnika prądu elektrycznego lub kilku zwojów tworzących uzwojenie wtórne transformatora jako element grzejny i wprowadzenie chłodziwa w kontakcie z powierzchnią przewodnika. Kiedy zwój przewodnika pokrywającego obwód magnetyczny transformatora jest zamknięty, indukuje się w nim pole elektromagnetyczne o mniejszej liczbie zwojów niż dostarczane do uzwojenia pierwotnego, co zapewnia bezpieczeństwo elektryczne, a prąd płynący przez uzwojenie zamknięty zwój gwałtownie wzrasta ze względu na niski opór elektryczny zwoju i nagrzewa go niezależnie od elektrycznego oporu chłodziwa. Jednocześnie bezpośredni kontakt chłodziwa z powierzchniami zamkniętej cewki przewodnika zwiększa efektywność wymiany ciepła Gwałtowny spadek straty ciepła. Można stworzyć warunki wykluczające możliwość przepalenia zwoju, co zapewnia niezawodność konwersji. Na rysunku pokazano przykładowe urządzenie realizujące proponowaną metodę. Metodę przeprowadza się w następujący sposób. Za pomocą przełącznika K uzwojenie pierwotne transformatora o liczbie zwojów W 1 jest podłączone do sieci prądu przemiennego. W obwodzie magnetycznym 1 powstaje przemienny strumień magnetyczny, który indukuje emf w zamkniętych zwojach przewodów 2 i 3 i powoduje w nich prąd elektryczny, podgrzewając je. Przewód 2 wykonany jest w postaci rury, przewód 3 jest wykonany z zamkniętej wiązki drutów miedzianych. Do wejścia A wprowadza się zimny czynnik chłodzący, na przykład wodę, który dostaje się do wnętrza przewodu 2 i myje zewnętrzną stronę przewodu 3. Wymiana ciepła następuje poprzez powierzchnię styku przewodów 2 i 3 z czynnikiem chłodzącym, płyn chłodzący nagrzewa się i wskutek konwekcja, przepływa do wyjścia B. W jednym konkretnym przypadku może nie być przewodu 3 (jest to konieczne, gdy rezystancja elektryczna przewodu 2 nie odpowiada mocy transformatora). W innym szczególnym przypadku, aby zapobiec odprowadzaniu ciepła z zewnętrznej powierzchni przewodu 2, zamiast przewodu 2 można zastosować rurkę elektroizolacyjną, a wtedy ciepło będzie dopływać do chłodziwa tylko z przewodu 3. W trzecim przypadku przewodnikiem może być sam czynnik chłodzący, umieszczony wewnątrz rury izolacyjnej lub w przestrzeni o innym kształcie zamykającej obwód magnetyczny. Przykład konkretnej implementacji metody. Wzięto tłoczony grzejnik stalowy gatunku 2M3-500 (patrz strona 189, Książka referencyjna specjalna praca pod redakcją N.A. Kochanenko, Moskwa, wyd. literatura konstrukcyjna, 1964) o zastępczej powierzchni grzewczej 3,53 ecm (co odpowiada 11-częściowemu grzejnikowi żeliwnemu M-140 według GOST 8690-58) o pojemności 13,3 litra. Cewkę zamkniętą wykonano z rury stalowej o średnicy 3/4" obejmującej obwód magnetyczny transformatora mocy 1,5 kW. Wejście zwoju A podłączono do wylotu (rura u dołu grzejnika zamontowana pionowo), a wyjście zwoju B do wlotu chłodnicy (rura u góry) za pomocą węży gumowych. Na górze chłodnicy zamontowano zbiornik wyrównawczy o pojemności 0,25 litra. Następnie układ (grzejnik - obrót) napełniono wodą i uzwojenie pierwotne transformatora włączono do sieci o napięciu 220 V. Temperatura wokół grzejnika przed włączeniem transformatora wynosiła 4,5 o C w pomieszczeniu o objętości 300 m 3. Po włączeniu transformatora zmierzono napięcie elektryczne na zwoju 0,8 V oraz przepływający przez niego prąd elektryczny, który wyniósł 1875 A. Po 20 minutach temperatura wody w grzejniku wzrosła do 96 o C (początkowa temperatura wody wynosiła 12 o C), po czym Stosując tyrystorowy układ sterowania, moc pobieraną z sieci zmniejszono początkowo do 800 W, co zapewniło utrzymanie temperatury wody na poziomie 82 o C, a następnie po 2 godzinach do 500 W , co zapewniało utrzymanie temperatury wody na poziomie 60 o C. W wyniku 4-godzinnego testu temperatura w pomieszczeniu osiągnęła 18 o C. Następnego dnia instalacja została włączona przy poborze mocy 1,5 kW. Po 4 godzinach temperatura w pomieszczeniu osiągnęła 23 o C, po czym instalacja została przełączona na pobór mocy 500 W i działała przez 1 miesiąc jako urządzenie grzewcze. Badania przeprowadzono na ogrzewaniu układu grzewczego o pojemności 150 litrów zaproponowaną metodą przy poborze mocy 800 W. Podczas testów ustawiono podgrzewanie wody z 16 o C do 58,5 o C w ciągu 7 godzin, po czym system został przełączony w tryb utrzymujący temperaturę 58 o C przy poborze mocy 500 W. Przeprowadzono badania wprowadzenia do zamkniętej cewki rury stalowej wiązki drutów miedzianych zamkniętych lutowaniem (przewód 3). W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że stosując przewód 3 można w niemal dowolnych granicach zmniejszyć zastępczy opór elektryczny zwojów zamkniętych i zwiększyć pobór mocy do czasu pełnego obciążenia transformatora. Badania wykazały możliwość 1,5-2-krotnego zmniejszenia zużycia energii elektrycznej przy zastosowaniu proponowanej metody w porównaniu z metodami tradycyjnymi.
Prawo
1. Sposób przetwarzania energii elektrycznej na ciepło i wytwarzania wymiany ciepła pomiędzy elementem grzejnym a czynnikiem chłodzącym, wykorzystujący jako element grzejny uzwojenie wtórne transformatora elektrycznego, wykonane w postaci zamkniętej cewki przewodnika w postaci rura z wlotem i wylotem płynu chłodzącego, znamienna tym, że zapewnia konwekcję płynu chłodzącego przez element grzejny poprzez połączenie jego wlotu z wylotem płynu chłodzącego z chłodnicy, a wylot płynu chłodzącego z elementu grzejnego do wlotu chłodnicy, połączenia wykonuje się za pomocą węży, chłodnicę montuje się pionowo tak, aby wylot płynu chłodzącego z chłodnicy znajdował się w jej dolnej części, w górnej części chłodnicy montuje się naczynie wyrównawcze, napełnia się całą instalację płynem chłodzącym i transformator podłącza do sieci. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że zamknięty zwój w postaci rury jest wykonany z materiału elektroizolacyjnego i wewnątrz niego instaluje się jeden lub więcej zamkniętych zwojów przewodu.
RYSUNKI
MM4A Wcześniejsze wygaśnięcie patentu Federacja Rosyjska za wynalazek wskutek nieuiszczenia w terminie opłaty za utrzymanie patentu w mocy