Un ceas care arată ora dinaintea războiului nuclear. Apocalipsa în două minute: ce este Ceasul Apocalipsei
Conversie energie electricaîncălzirea termică sau electrică are patru tipuri principale, după care sunt clasificate cuptoarele electrice industriale; 1) încălzire electrică prin rezistență; 2) încălzire electrică cu arc; 3) încălzire electrică mixtă; 4) încălzire prin inducție.
Încălzirea electrică a cuptoarelor metalurgice are avantaje semnificative în comparație cu încălzirea ca urmare a arderii combustibilului carbonic: capacitatea de a obține temperaturi foarte ridicate de până la 3000°C sau mai mult cu concentrarea zonelor de temperatură ridicată în anumite zone ale spațiului de lucru al cuptoarele; ușurință și netezime în reglarea valorii și distribuției temperaturii în spațiul de lucru; curățenia spațiului de lucru și capacitatea de a evita contaminarea cu cenușă, sulf, gaze și diverse impurități: pierderi reduse de metale cu zgură, praf, gaze și fum; randament termic ridicat, ajungand la 70-85%; cantitate mică de gaze și praf; posibilitatea de mecanizare și automatizare complexă; cultura si curatenia locurilor de munca; capacitatea de a folosi orice mediu gazosși vid.
Dezavantajele încălzirii electrice includ: consum mare de energie electrică, care depășește semnificativ consumul în alte industrii economie nationalași limitările de proiectare ale performanței și puterii pentru unele tipuri de cuptoare electrice. în viitor, datorită creșterii capacității și numărului de centrale electrice, scăderii costului energiei electrice și creșterii puterii și productivității cuptoarelor electrice, dezavantajele enumerate își vor pierde din semnificație.
Puterea totală activă sau wați a unei instalații de cuptor electric trifazate P este determinată de formulă
Incalzire electrica prin rezistenta
Acest tip de încălzire electrică are mai multe varietăți. Pe baza metodei de generare a căldurii se face distincția între încălzirea indirectă și cea directă; cea mai mare valoare iar încălzirea indirectă este larg răspândită în tehnologia cuptorului, caracterizată prin faptul că căldura este degajată în elemente de încălzire speciale (rezistențe) și este transferată de la acestea către materialul care este prelucrat prin transfer de căldură. Pe baza temperaturii spațiului de lucru al cuptorului, se distinge încălzirea; temperatură scăzută în intervalul 100-700°, temperatură medie 700-1200° și temperatură ridicată 1200-2000°.
La încălzire la temperatură scăzută, foarte mare importanță are schimb de căldură între încălzitor și material prin convecție, care este intensificat în orice mod posibil prin circulația forțată la viteze mari a gazului sau a aerului în interiorul ficatului. În timpul încălzirii la temperatură medie și înaltă, mai ales în absența circulației forțate a gazelor, cantitatea principală de căldură este transferată de la încălzitoare către materialele procesate prin radiație. Pentru cuptoarele cu rezistență electrică, încălzirea la temperaturi ridicate are o importanță limitată.
Incalzire electrica prin rezistenta gasita cea mai mare aplicație pentru uscarea și arderea materialelor, încălzirea și tratarea termică a metalelor și aliajelor, topirea metalelor cu punct de topire scăzut - staniu, plumb, zinc, aluminiu, magneziu și aliajele acestora, precum și pentru nevoi de laborator și casnice. Deoarece, totuși, cu încălzirea indirectă dimensiunea elementelor de încălzire crește, iar plasarea lor în spațiul de lucru al cuptorului se dovedește a fi dificilă, limita superioară a puterii cuptoarelor cu rezistență electrică este limitată la 600-2000 kW.
Pentru procesul normal de transformare a energiei electrice în energie termică și funcționare stabilă pe termen lung, elementele de încălzire trebuie să aibă următoarele calități: rezistivitate electrică ridicată, care să permită o secțiune transversală suficientă a elementelor și o lungime limitată; electrice mici coeficient de temperatură, limitând diferența de rezistență electrică a încălzitorului încălzit și rece la constantă proprietăți electrice la timp; rezistență la căldură și neoxidare; rezistență la căldură, adică rezistență mecanică suficientă la temperaturi ridicate; constanța dimensiunilor liniare; buna lucrabilitate a materialului (sudabilitate, ductilitate etc.). Aceste cerințe sunt cel mai bine îndeplinite de aliajele de nichel, crom, fier (oțel nicrom, fechral și rezistent la căldură), utilizate în cuptoarele electrice cu rezistență sub formă de sârmă sau bandă, și materiale de carbon utilizate sub formă de carbon, grafit sau carborundum tije.
Determinarea dimensiunilor elementelor de încălzire poate fi justificată științific prin rezolvarea comună a două ecuații de bază care descriu esența muncii încălzitoarelor - ecuația puterii și ecuația transferului de căldură. Deoarece elementul de încălzire este parte integrantă scop electric, atunci pentru a obține puterea necesară trebuie să aibă anumite dimensiuni și rezistență. Pe de altă parte, toată energia termică obținută în elementul de încălzire ca urmare a conversiei energiei electrice trebuie transferată prin transfer de căldură către materialele prelucrate și căptușeala cuptorului, pentru care este necesar să existe o anumită suprafață, temperatură și coeficient de transfer termic. Dacă transferul de căldură al elementului de încălzire nu corespunde degajării de căldură care are loc în acesta, elementul se va supraîncălzi, iar temperatura acestuia poate depăși limitele admise pentru material, ceea ce va duce la distrugerea încălzitorului.
Pe baza soluției ecuației puterii pentru elementele de încălzire de orice formă și material, se derivă o formulă generală
La calcularea dimensiunilor încălzitorului, valoarea lui w trebuie să corespundă exact transferului său de căldură specific, care se găsește prin rezolvarea ecuației corespunzătoare de transfer de căldură a încălzitorului, zidăriei și materialului A.D. Svenchansky a analizat condițiile de transfer de căldură pentru diferite încălzitoare reale și a compilat grafice și tabele cu care puteți găsi valoarea lui w.
Încălzire cu arc electric
Acest tip de încălzire electrică este utilizat în cuptoarele electrice de înaltă temperatură, de mare putere, în principal pentru topire. diverse materiale. Dacă un arc arde între electrod și materialul prelucrat în cuptor, atunci astfel de cuptoare se numesc cuptoare. acțiune directă cu arc dependent: deschis - vizibil (Fig. 20, a) sau închis - arc invizibil, scufundat într-un strat de încărcare sau topire (Fig. 20, b). Dacă arcul arde între electrozi și nu intră direct în contact cu materialele și produsele prelucrate în cuptor, atunci astfel de cuptoare se numesc cuptoare indirecte cu arc independent (Fig. 20, c). Cuptoarele cu arc direct au cea mai mare eficiență termică, în special cu arc închis, deoarece conțin cele mai bune conditii pentru schimbul de căldură între arc și material, permițând materialului să fie încălzit rapid și cu pierderi limitate de căldură la foarte mare temperatura ridicata.
Cuptoarele cu arc direct sunt cele mai utilizate pe scară largă pentru topirea oțelului și feroaliajelor, topirea și rafinarea cuprului și nichelului și prelucrarea diferitelor materii prime minereu. La topirea metalelor sau aliajelor cu conductivitate electrică (metalice) ridicată, puteți lucra numai cu un arc deschis care arde pe suprafața materialului, deoarece scufundarea electrozilor în stratul de material va duce la un scurtcircuit. Funcționarea cu arc închis este posibilă atunci când materialele și produsele prelucrate au conductivitate electrică limitată (nemetalice). Cuptoarele cu arc indirect sunt folosite în cazurile în care contactul materialului prelucrat cu arcul deteriorează calitatea produselor sau crește pierderile, de exemplu, la topirea unor metale și aliaje neferoase (alama, bronz etc.). Trebuie subliniat în special faptul că încălzirea cu arc electric, spre deosebire de încălzirea cu rezistență, nu are nicio restricție asupra puterii totale a cuptoarelor.
Încălzirea cu arc electric constă în procesul de transformare a energiei electrice în căldură, care are loc într-un arc de ardere, și procesul de schimb de căldură între arc, material și căptușeală. Descrierea legilor primului proces este subiectul așa-numitei teorii a arcului și mai ales arcul de curent alternativ de mare putere. O contribuție semnificativă la dezvoltarea teoriei arcului a fost adusă de V.V. Petrov, V.F. Mitkevich, S.I. Telny, I.T. Zherdev, K.K. Hrenov, G.A. Sisoyan și alții Problemele schimbului de căldură între arc, material și căptușeală au fost tratate de D.A. Diomidovsky, N.V. Okorokov și alții.
Un arc electric poate fi produs folosind curent continuu sau alternativ, dar toate cuptoarele industriale funcționează de obicei pe curent alternativ. Pentru a asigura o ardere stabilă a arcului și a limita supratensiunile de curent în timpul scurtcircuitelor, o reactanță inductivă este conectată în serie cu aceasta în circuitul electric, absorbind o mică parte din puterea activă. Cu curent alternativ, în timpul fiecărui semiciclu tensiunea și curentul rețelei ating un maxim și trec prin zero. În fig. 21, a prezintă curbele teoretice ale valorii instantanee a tensiunii de curent și arc Id și Ud și a tensiunii de alimentare Uist. Când tensiunea sursei începe să crească după trecerea la zero, arcul se aprinde numai când se atinge tensiunea de aprindere U1. Din acest moment, în circuit apare un curent care crește de-a lungul unei curbe periodice care este diferită de o sinusoidă. Arcul se stinge la tensiunea de atenuare, adică înainte ca tensiunea sursei să treacă de zero, iar în acest moment curentul se oprește. După trecerea zero, se repetă toate fenomenele descrise. Astfel, curentul din arc curge intermitent și arcul fie se aprinde, fie se stinge. Durata întreruperilor în arderea arcului depinde de mulți factori și, în special, de materialul electrozilor, gradul de încălzire a spațiului cuptorului etc. Este clar că un arc intermitent reduce eficiența încălzirii arcului și, prin urmare, condiționează trebuie creat pentru a asigura arderea continuă a arcului de curent alternativ. Principalul mijloc de ardere continuă a unui arc de curent alternativ este includerea secvenţială a reactanţei inductive în circuitul arcului, după cum se poate vedea din Fig. 21, b și c.
Studiul ecuației diferențiale a unui arc de curent alternativ, care are rezistență activă și inductivă în circuit, a determinat raportul dintre valorile rezistenței inductive X și active R, asigurând arcul continuu la tensiunile date Uist și arcul Ud ( Fig. 22).
Eficiența încălzirii cu arc este foarte într-o mare măsură depinde de modul electric al arcului de ardere și, în primul rând, de tensiune și curent.
În prezent, o metodă bazată științific pentru determinarea celei mai avantajoase tensiuni pentru alimentarea cuptoarelor cu arc nu a fost încă creată. Prin urmare, tensiunea este selectată conform practicii din fabrică în intervalul de la 100 la 600 V, cu tensiuni mai mari de obicei adoptate pentru cuptoarele cu arc de mare putere și pentru cuptoarele cu arc închis. Relația dintre tensiunea maximă de funcționare Uline și puterea nominală a cuptorului Pnom este de obicei exprimată prin formula empirică
unde k și n sunt coeficienți empirici având sensuri diferiteîn funcţie de tipul cuptorului şi de natura procesului. De exemplu, pentru cuptoarele cu arc de topire a oțelului k = 15; n = 0,33. Lucrul la o tensiune mai mare este mai rațional, deoarece reduce pierderile de energie electrică și crește lungimea și radiația termică a arcului. Limita superioară de tensiune (600 V) este determinată în principal de condițiile de izolare electrică a cuptorului și de siguranța personalului de exploatare.
După determinarea valorii tensiunii, alegerea altor indicatori ai modului electric al unei instalații de cuptor electric cu încălzire cu arc - putere optimă a curentului, cos φ și eficiență - se face în funcție de caracteristicile sale de funcționare. Caracteristicile de performanță ale cuptoarelor cu arc sunt determinate prin construirea diagramelor circulare: pentru cuptoarele de fabrică existente sunt preluate din natură, pentru cuptoarele nou proiectate - conform datelor calculate.
Pentru teoria încălzirii cu arc și calculul cuptoarelor cu arc, procesul de schimb de căldură între arcul de ardere și materialele prelucrate în cuptor este de mare importanță. Cu toate acestea, teoria transferului de căldură în spațiul de lucru al cuptoarelor cu arc este încă la început. stadiul inițial dezvoltarea sa și necesită o dezvoltare ulterioară în profunzime.
Incalzire electrica mixta
Acest tip de încălzire, care este rezultatul degajării combinate de căldură într-un arc electric și a rezistenței unui strat de încărcare sau topituri, este de o importanță primordială pentru cuptoarele termice de minereu care topesc feroaliaje, fontă și prelucrează materiile prime de minereu și produse intermediare ale metalurgiei neferoase și ale industriei chimice.
cel mult caz dificil electricitate, trecând prin arc și straturi de sarcină, zgură și metal, este transformată în energie termală Qarc, Qcharge, Qslag, Qmetal, cuptor Рtotal reprezintă suma degajărilor de căldură enumerate. Diagrama de principiu pentru calcularea tuturor acestor degajări de căldură și legătura lor cu geometria vetrei cuptoarelor termice cu minereu a fost la un moment dat luminată de autor, dar pentru un calcul precis al degajărilor de căldură încă nu există suficiente date despre caracteristicile termice. a arcului, rezistența electrică a încărcăturii și a topiturii, forma și dimensiunea secțiunilor conductoare etc. În consecință, metoda propusă de autor pentru calcularea cuptoarelor electrice minereo-termice este încă orientativă prin natură și are o aplicație limitată.
Pentru metalurgia neferoasă au cea mai mare importanță cuptoarele mineralo-termice, care funcționează cu electrozi scufundați într-un strat gros de zgură, în care are loc încălzirea electrică mixtă, formată din două componente principale: Qarc și Qslag.
DOMNIȘOARĂ. Maksimenko a propus împărțirea tuturor proceselor electrotermale în două grupuri principale; 1) procese în care fracția de energie absorbită în arcul p este mai mare decât fracția de energie absorbită în sarcină și topește 2) procese în care p
Încălzire electrică cu inducție
Încălzirea electrică prin inducție se realizează conform principiului unui transformator, în care înfășurarea secundară este scurtcircuitată. în sine, în urma căruia curentul electric indus este transformat în energie termică. Rolul înfășurării secundare este de obicei jucat de materialul încălzit în sine. Energia electrică furnizată înfășurării primare (inductor) face o tranziție complexă în energia unei alternanțe rapide. camp magnetic, care, la rândul său, este din nou transformată în energie electrică în circuitul secundar, care este convertită aici datorită rezistenței circuitului în energie termică. Dacă materialul încălzit este feromagnetic, acea parte a energiei câmpului magnetic alternativ este transformată direct în energie termică, fără a se transforma în energie electrică.
Două tipuri de cuptoare cu inducție sunt cele mai răspândite în tehnologie: 1) cuptoare cu miez de fier; 2) cuptoare fără miez - de înaltă frecvență.
Cuptoarele cu miez de fier au diagramă schematică(Fig. 23, a), similar cu circuitul unui transformator convențional, în care înfășurarea primară este montată pe un miez de fier, iar înfășurarea secundară este reprezentată de un inel închis de metal topit, adică combinat cu sarcina. Ca urmare a circulației viguroase, metalul încălzit în canalul inelar se ridică în spațiul de lucru al cuptorului și, venind în contact cu sarcina aflată acolo, îl încălzește și îl topește.
Cuptoarele fără miez, în diagrama lor, reprezintă un transformator de aer (Fig. 23, b), a cărui înfășurare primară este o bobină de cupru - un inductor, iar înfășurarea secundară este încărcătura metalică însăși încărcată în creuzet.
Valoarea efectivă a indusului forta electromotoare E. în, depinde de valoarea amplitudinii fluxului magnetic util fm, vb, frecvența curentului alternativ f, per/sec, numărul de spire de înfășurare w și se exprimă prin formula
În cuptoarele cu miez de fier, valoarea este destul de mare datorită concentrației fluxului magnetic util în miez, în timp ce la cuptoarele fără miez valoarea este mică datorită dispersiei magnetice mari. Ca urmare, în cuptoarele cu inducție cu miez de fier, valoarea necesară a forței electromotoare E este ușor de realizat folosind curent alternativ cu frecvențe normale și reduse (f Principalele avantaje ale încălzirii prin inducție sunt următoarele: degajare de căldură direct în masa material încălzit, care reduce rolul proceselor de schimb de căldură, asigură o încălzire mai uniformă a materialului și crește semnificativ eficiența termică a cuptoarelor cu inducție; curățenia excepțională a spațiului de lucru al cuptoarelor (datorită absenței produselor de ardere a combustibilului, materialelor de elemente de încălzire și electrozi care îl poluează), permițând producerea de metale și aliaje deosebit de pure; posibilitatea izolare completă spațiul de lucru al cuptoarelor din aerul ambiant și topirea în vid sau în atmosferă de gaz protectoare; posibilitatea de a obține o temperatură foarte ridicată, limitată doar de proprietățile materialului încălzit și ale zidăriei refractare; amestecarea energetică a topiturii prin fluxuri electromagnetice și termice, permițând obținerea de aliaje de uniformitate compoziție chimică; productivitate specifică ridicată a cuptoarelor cu inducție; de mare vitezăîncălzire și topire; pierderi mici de metale din deșeuri; înalt cultura tehnica unități de cuptor, absența prafului și a gazelor.
Dezavantajele încălzirii prin inducție includ: factor de putere redus, deoarece pentru cuptoarele cu miez de fier cos φ = 0,3/0,8 și pentru cuptoarele fără miez cos φ = 0,03/0,1; dimensiunea, puterea și capacitatea limitate a cuptoarelor cu inducție în comparație cu alte unități; complexitatea echipamentului electric al cuptoarelor fără miez, care necesită surse speciale de curent alternativ de înaltă frecvență și bănci de condensatoare de capacitate semnificativă; durabilitate limitată a căptușelii canalelor cuptoarelor cu miez de fier și creuzetele cuptoarelor fără miez: temperatură scăzută de încălzire a zgurii.
Avantajele încălzirii prin inducție au făcut-o utilizare largă. Cuptoarele cu inducție cu miez de fier sunt în prezent principala unitate pentru topirea și turnarea metalelor neferoase și producerea aliajelor neferoase. Cuptoarele cu inducție fără miez sunt utilizate pentru topirea metalelor neferoase și prețioase și pentru producerea de piese turnate de oțel de înaltă calitate. În metalurgia cuprului, nichelului și zincului se folosesc și cuptoare cu inducție care funcționează în fazele finale. Încălzirea prin inducție este utilizată pe scară largă în instalațiile de construcție de mașini pentru tratarea termică a diferitelor semifabricate și produse metalice.
Teoria cuptoarelor cu inducție cu miez de fier se bazează pe teoria transformatorului cu miez de fier monofazat cu două înfășurări. Diferența dintre un transformator convențional și un cuptor cu inducție cu miez de fier este că într-un transformator înfășurarea secundară și rețeaua de consum (sarcina) sunt situate la o distanță considerabilă una de alta, iar într-un cuptor cu inducție înfășurarea secundară este combinată cu sarcina si este reprezentata de un inel de metal topit.
Puterea convertită Ppr poate fi exprimată prin curentul secundar I2 și rezistența activă reală a metalului în canalul r2 prin formula
Puterea pierdută în inductor (pierderi electrice) Rel este exprimată prin curentul primar I1 și rezistența activă reală a înfășurării inductorului
Puterea totală activă (watt) a unui cuptor cu inducție cu miez de fier P va fi
În teoria cuptoarelor cu inducție fără miez de fier, aceste cuptoare sunt considerate transformatoare de aer, în care, ca urmare a absenței unui circuit magnetic de fier închis, fluxurile magnetice trec prin sarcina prelucrată și prin aer.
Frecvența f a curentului alternativ care alimentează inductorul depinde de capacitatea (puterea) cuptorului cu inducție și de rezistivitatea sarcinii procesate p2. Cercetările arată că cu cât capacitatea cuptorului și dimensiunile acestuia sunt mai mari, în special diametrul încărcăturii d, cm și cu atât este mai mic. rezistivitate metal topit p2. ohm/cm3, cu cât frecvența minimă fmin, Hz este mai mică; această dependenţă este exprimată prin formula
Fiecare capacitate și rezistență a cuptorului corespunde unei anumite frecvențe optime a curentului de alimentare, la care randamentul cuptorului atinge valoarea maximă posibilă. Pentru cuptoarele fără miez de mare capacitate (putere), sa dovedit a fi posibilă utilizarea unei frecvențe mai scăzute a curentului alternativ, până la 50 Hz normal.
Puterea activă a unui cuptor fără miez Pa constă din puterea convertită în sarcină și puterea pierdută în inductor și este exprimată prin formula
Pe baza legilor proceselor de ardere a combustibilului și de conversie a energiei electrice în căldură, următoarele cele mai multe sarcini importante privind teoria, funcționarea și proiectarea cuptoarelor metalurgice:
a) alegerea sistemului de încălzire pentru cuptoare (combustibil carbon sau electricitate);
b) selectarea tipului și gradului de combustibil și a sistemului de ardere al acestuia;
c) selectarea parametrilor energiei electrice și a sistemului de transformare a acesteia în energie termică;
d) calculele proceselor de ardere a combustibilului;
e) selectarea și calculul dispozitivelor de ardere;
f) calculul si proiectarea cuptoarelor electrice.
Numărul de gadgeturi digitale este în continuă creștere. LA telefon mobil au fost adăugate o stație de radio mobilă, un navigator GPS și o cameră foto.
A transporta un vas plin de baterii de rezervă pentru toată această fraternitate electronică este dificil, iar în sezonul rece este, de asemenea, inutil - capacitatea și puterea lor sunt temperaturi scăzute sunt mult reduse.
Prin urmare, fiecare călător ar dori să achiziționeze un dispozitiv care transformă energia disponibilă la o excursie în electricitate.
Generatoarele termice s-au dovedit a fi foarte practice - surse care necesită căldură pentru a funcționa. Pe ce se bazează principiul funcționării lor și cum puteți face generatoare termoelectrice cu propriile mâini - acest lucru va fi discutat în acest articol.
Forța termoelectromotoare apare într-o buclă închisă atunci când sunt îndeplinite două condiții:
- Dacă este format din cel puţin doi conductori din materiale diferite.
- Dacă toate secțiunile eterogene incluse în contur au temperaturi diferite(cel putin in zona de conectare).
În fizică acest fenomen numit efect Seebeck.
Mărimea termoEMF depinde de tipul de materiale și de diferența lor de temperatură.
Acesta este determinat de formula:
E = k (T1 – T2),
- Unde T1 și T2 sunt temperatura conductoarelor;
- K – coeficientul Seebeck.
Cea mai mare performanță este obținută prin circuite formate din semiconductori diferiți (având p- și n-conductivitate). În metale, efectul Seebeck este minor, cu excepția unor metale de tranziție și aliaje ale acestora, cum ar fi paladiu (Pd) și argint (Ag).
Schimbătoarele de căldură sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi. Se poate face destul de ușor - instrucțiunile de asamblare sunt prezentate în articol.
Sunt prezentate instrucțiuni pas cu pas pentru acoperirea unui șemineu cu propriile mâini.
Știați că doar 12 volți pot servi ca sursă de căldură? Urmați linkul pentru instrucțiuni despre realizarea unui încălzitor de 12 volți cu propriile mâini.
Principiul de funcționare
Rezolvarea problemei producerii de energie electrică din energie termică necesită, după cum se spune în știință, contrariul. Opusul efectului Seebeck este efectul Peltier, care constă în modificarea temperaturilor a doi semiconductori diferiți combinați într-un circuit închis la trecerea lor. curent continuu: unul se încălzește, al doilea se răcește.
Dacă se schimbă direcția curentului, se va schimba și direcția flux de caldura: primul semiconductor se va răci, iar al doilea se va încălzi. Cei mai frecvent utilizați semiconductori sunt un amestec solid de siliciu cu telurură de germaniu și bismut.
Efectul Peltier
Efectul descoperit de Jean Peltier a fost utilizat pe scară largă în domenii diverse viața umană, unde sunt necesare mașini frigorifice, dar nu este posibilă utilizarea unei pompe de căldură cu compresor care utilizează freon. Prin urmare, numele său a fost folosit pentru a denumi dispozitivele produse în acest scop - elemente Peltier.
Dar dacă un astfel de element sau, așa cum se mai numește, un răcitor termoelectric este influențat din partea opusă, adică se creează o diferență de temperatură pe semiconductorii săi, atunci vom obține efectul Seebeck: elementul Peltier se va transforma într-un sursa de curent continuu.
Design generator termic
Deci, ideea unui generator termic este destul de simplă: trebuie să luați un element Peltier și să încălziți puternic una dintre suprafețele sale. În generatoarele fabricate din fabrică, pentru aceasta se folosesc arzătoare pe gaz. Dar crearea unui astfel de dispozitiv acasă este destul de dificilă - este dificil să se asigure arderea stabilă a flăcării pentru o lungă perioadă de timp.
Prin urmare, meșterii preferă o versiune mai simplă a termogeneratorului, despre care vom vorbi acum.
Fabricare de bricolaj
Schematic, structura unei centrale termoelectrice de casă poate fi reprezentată după cum urmează:
- Așezăm elementul Peltier pe fundul unui vas adânc - un castron sau o cană.
- Apoi, vom introduce altul în acest vas: dacă se folosesc boluri, veți avea nevoie de același; dacă alegerea ta a căzut pe căni, atunci a doua ar trebui să fie puțin mai mică decât prima.
- Vom conecta un convertor de tensiune la firele scoase din elementul Peltier.
- Umpleți recipientul interior cu zăpadă sau apă rece, după care dăm pe foc întreaga structură.
După ceva timp, zăpada se va topi, se va transforma în apă și va fierbe. Productivitatea generatorului va scădea, dar turistul va avea ocazia să bea ceai fierbinte. După ce ai băut ceai, poți umple generatorul cu o nouă porție de zăpadă.
Cu cât are mai multe termoelemente (se mai numesc și ramuri) elementul Peltier pe care l-ați achiziționat, cu atât mai bine. Puteți folosi un dispozitiv marca TEC1-127120-50 - are 127. Acest element este proiectat pentru curenți de până la 12A.
Comandă de lucru
Acum să ne uităm la procesul de creare a unui generator termic de casă în detaliu:
- Suprafața fiecărui vas din punctul de contact cu elementul Peltier trebuie nivelată și curățată, ceea ce va asigura un transfer maxim de căldură. Pentru o potrivire perfectă, puteți lustrui fundul cu o bucată de pâslă unsă cu pastă GOI, fixată în axul unui burghiu electric.
- Conectăm firele de la o sobă electrică echipată cu izolație rezistentă la căldură la contactele elementului Peltier. În absența unui astfel de lucru, puteți utiliza, de exemplu, sârmă MGTFE-0.35, împachetându-l într-o țesătură rezistentă la căldură.
- După ce am lubrifiat fundul unuia dintre vase cu pastă termoconductoare, de exemplu, KPT-8, plasăm un element Peltier pe el. Firele conectate la acesta trebuie poziționate astfel încât capetele lor să fie în afara containerului.
- Lubrifiați elementul Peltier deasupra cu pastă termică din nou și introduceți un al doilea recipient de dimensiune adecvată în cana sau bolul nostru (va trebui să tăiați mânerul cănii).
- Spațiul dintre containere trebuie umplut cu material de etanșare rezistent la căldură (puteți cumpăra o compoziție pentru repararea țevilor de evacuare la un magazin auto). Va servi ca izolație termică între părțile calde și reci ale generatorului și protectie suplimentara pentru fire.
Generator de electricitate pentru camping
Capetele proeminente ale firelor pot fi lipite de partea laterală a cănii cu bandă de material textil.
Fabricarea convertizorului
În timpul experimentului, un termogenerator instalat pe o sobă electrică, în prezența zăpezii în recipientul interior, a furnizat un EMF de 3V și un curent de 1,5A. După ce zăpada s-a transformat în apă și a fiert, puterea generatorului a scăzut de trei ori (tensiunea a fost de 1,2 V).
Pentru a folosi un astfel de dispozitiv ca încărcător Pentru un telefon sau alt gadget care necesită o tensiune stabilă de 5 V sau 6,5 V, acesta trebuie să fie echipat cu un convertor de tensiune.
Să luăm în considerare două opțiuni.
Opțiunea 1
Cel mai simplu mod este de a folosi microcircuitul KR1446PN1, echipat cu o carcasă DIP, ca convertor.
Este produs în Rusia și poate fi găsit cu ușurință într-un magazin de piese radio sau pe piața radio.
Nu este interzis să folosiți analogi mai puternici, dar toate sunt produse în pachete miniaturale cu montare pe suprafață, așa că va trebui să suferiți cu cablarea.
Intrarea microcircuitului este alimentată cu tensiune de la elementul Peltier și pornește în modul „5 volți” (standard). În paralel cu elementul Peltier, o diodă shunt suficient de puternică trebuie lipită la intrarea convertorului de tensiune. Acesta va împiedica curgerea curentului în direcție inversă, dacă asupra generatorului se exercită efectul de temperatură opus.
De exemplu, fiind umplut apa fierbinte poate fi instalat din greșeală pe o suprafață rece.
La ieșirea convertorului trebuie să lipiți un cablu de la un încărcător vechi potrivit pentru modelul nostru de telefon sau cameră, precum și un indicator LED de 5 V.
Dezavantajul acestei opțiuni: microcircuitul propus ca convertor limitează puterea generatorului, deoarece curentul la ieșire nu depășește 100 mA. Astfel, elementul Peltier este folosit cu aproximativ 20%, ceea ce va fi suficient doar pentru modelele mai vechi de telefoane.
Pentru a putea încărca dispozitive mai puternice, trebuie să utilizați o versiune mai sofisticată a convertorului de tensiune.
Opțiunea 2
Un convertor mai puternic poate fi asamblat folosind un circuit în două trepte folosind o pereche de microcircuite MAX 756. Pentru ca atunci când consumatorul este deconectat, curentul generat să nu se piardă, vom echipa convertizorul cu baterii încorporate. Conectate în serie, acestea sunt incluse în sarcina primei trepte printr-un comutator, diodă și rezistență limitatoare de curent. Cascada în sine este configurată pentru modul de ieșire „3,3 Volți”.
La ieșirea cascadei nr. 1 conectăm cascada nr. 2, configurată la modul de ieșire „5 volți”. Ambele etape sunt implementate conform diagramei date în documentația pentru cipul MAX 756 (publicată pe Internet). Singura diferență este lanțul părere cascada nr. 2 (între ieșirea cascadei și piciorul nr. 6 al microcircuitului său) este completată de o secvență de 3 diode de siliciu situate cu anodul spre ieșire.
Cel mai simplu termogenerator de camping
Această îmbunătățire vă va permite să primiți o tensiune de 6,5 V la repaus (necesar pentru încărcarea unor dispozitive electronice).
Pentru a simplifica circuitul, puteți utiliza cipul MAX 757, care este echipat cu o ieșire separată de feedback.
Interfața acestui convertor corespunde USB tip A. Dar dacă intenționați să conectați un dispozitiv USB la acesta, atunci este mai bine să eliminați secvența de diode din circuitul de feedback al etapei a 2-a, astfel încât tensiunea de ieșire să revină la nivelul de 5 V.
Această versiune a convertorului nu poate fi conectată la porturile de tip USB-Host.
Variație pe o temă...
Elementul Peltier poate fi pur și simplu atașat de un țăruș înfipt în pământ lângă foc.Pentru a crea suficiente gradient de temperatură, ambele suprafețe trebuie să fie echipate cu radiatoare cu aripioare.
Pe suprafața din partea flăcării, radiatorul ar trebui să aibă o suprafață crescută, iar aripioarele sale trebuie instalate orizontal.
Un radiator mai mic este instalat pe partea opusă a elementului, iar aripioarele sale sunt verticale.
Radiatoarele de încălzire pot fi instalate diferit în funcție de tip sistem de incalzire– cu o singură conductă sau cu două conducte. și sfaturi despre unde să le instalați - citiți cu atenție.
Cum se repara pompă de circulație cu propriile tale mâini? Sunt prezentate principalele tipuri de defecțiuni și metodele de eliminare a acestora.
Video pe tema
Metoda se realizează prin utilizarea uneia sau mai multor spire închise ale unui conductor de curent electric ca element de încălzire, formând înfășurarea secundară a unui transformator electric și introducerea lichidului de răcire în contact cu suprafețele conductorului. Invenţia îmbunătăţeşte fiabilitatea conversiei energiei electrice în timpul schimbului de căldură. 1 salariu, 1 bolnav.
Invenția se referă la tehnologia pentru transformarea energiei electrice în căldură și crearea schimbului de căldură. Poate fi folosit pentru a încălzi fluidul în sistemele de preîncălzire a motorului combustie interna, incalzire si alimentare cu apa calda întreprinderile industrialeși clădiri rezidențiale, pentru încălzirea plasmei și a altor substanțe. Există o metodă cunoscută de conversie a energiei electrice în căldură și de creare a schimbului de căldură, bazată pe trecerea directă a curentului electric prin lichidul de răcire, creată prin furnizarea de tensiune a rețelei prin cabluri de curent către electrozi (vezi A.P. Althauzen și colab., „Low- încălzire electrică la temperatură”, Moscova, Energie, 1968). Este folosit pentru a încălzi lichide, beton și pentru a dezgheța sol, minereu, nisip și alte substanțe. Principalele dezavantaje ale acestei metode sunt riscul electric crescut datorat relativ tensiune înaltă(380 V sau 220 V), precum și dependența încălzirii electrice și a schimbului de căldură de rezistența electrică a lichidului de răcire. În special, la apa încălzită se adaugă aditivi speciali pentru a asigura o valoare dată a rezistenței electrice. Există o metodă cunoscută de conversie a energiei electrice în căldură și de creare a schimbului de căldură între un element de încălzire și un lichid de răcire, inclusiv alimentarea cu energie a elementului de încălzire, care este un tub metalic, în interiorul căruia există o bobină de încălzire presată într-un umplutură special. , care trece un curent electric prin bobina de încălzire (vezi A. P. Althauzen și colab., „Încălzire electrică la temperatură joasă”, Moscova, Energia, 1968). Această metodă a devenit larg răspândită în diverse zone Economie nationala. Un încălzitor electric tubular (TEH) poate fi plasat în apă, săruri, metal lichid, o matriță, un carter motor cu ardere internă etc. Cu toate acestea, bobina încălzită este furnizată tensiune electrică direct din reteaua de alimentare, iar tensiunea de alimentare relativ mare nu permite reducerea rezistență electrică spirală, care implică necesitatea izolației electrice a spiralei pentru a asigura siguranța electrică și care, la rândul său, reduce conductivitatea termică dintre spirală și tubul metalic și, prin urmare, agravează schimbul de căldură dintre elementul de încălzire (ohm) și lichidul de răcire ca un întreg. Izolarea electrică a spiralei nu exclude posibilitatea defectării sale electrice și a contactului cu tubul metalic al elementului de încălzire (a) potential electric, ceea ce duce la nevoia de împământare a acestuia. În plus, elementul(ele) de încălzire au o durată de viață limitată din cauza arderii serpentinei. Există o metodă cunoscută de conversie a energiei electrice în căldură și de creare a schimbului de căldură, numită „Sudura prin rezistență” (vezi N.S. Kabanov, „Sudarea pe mașini de contact”, Moscova, ed. „ facultate", 1985; Y.N. Bobrinsky și N.P. Sergeev, "Proiectarea și reglarea mașinilor de sudură prin rezistență", Moscova, editura "Machine Building", 1967; V.G. Gevorkyan, "Fundamentals of welding", Moscova, editura "Higher School", 1991; ). aceasta metoda elementul de încălzire și lichidul de răcire este metalul care se sudează, care închide înfășurarea secundară a transformatorului de sudură, drept urmare un curent electric suficient pentru încălzirea și sudarea metalului circulă printr-un circuit închis. În acest caz, fiecare tură a înfășurării secundare a transformatorului este o sursă separată de electricitate, deoarece acoperă același flux magnetic creat în miezul magnetic de înfășurarea primară a transformatorului. Această metodă este un prototip. Dezavantajul acestei metode este că este aplicabilă numai pentru lichidele de răcire cu rezistență electrică relativ scăzută. În cazul utilizării unui lichid, de exemplu apă, ar fi necesar să se abandoneze reducerea tensiunii cu ajutorul unui transformator, iar metoda s-ar transforma în prima luată în considerare cu toate dezavantajele ei. Siguranța și fiabilitatea conversiei energiei electrice în căldură și eficiența transferului de căldură în metoda propusă sunt obținute prin utilizarea unei spire închise a unui conductor de curent electric sau a mai multor spire care formează înfășurarea secundară a transformatorului ca element de încălzire și introducerea lichidului de răcire in contact cu suprafetele conductorului. Când o tură a conductorului care acoperă circuitul magnetic al transformatorului este închisă, este indusă în el un EMF care este mai mic decât cel furnizat înfășurării primare în numărul de spire, ceea ce asigură siguranța electrică și curentul care circulă prin virajul închis crește brusc datorită rezistenței electrice scăzute a virajului și îl încălzește indiferent de rezistența electrică a lichidului de răcire. În același timp, contactul direct al lichidului de răcire cu suprafețele unei bobine închise de conductor crește eficiența transferului de căldură datorită scădere bruscă pierderi de căldură. Pot fi create condiții care exclud posibilitatea epuizării virajului, ceea ce asigură fiabilitatea conversiei. Desenul prezintă un exemplu de echipament care implementează metoda propusă. Metoda se realizează după cum urmează. Folosind comutatorul K, înfășurarea primară a transformatorului cu numărul de spire W 1 este conectată la rețeaua de curent alternativ. În circuitul magnetic 1 ia naștere un flux magnetic alternativ, care induce o fem în spirele închise ale conductoarelor 2 și 3 și provoacă un curent electric în acestea, încălzindu-i. Conductorul 2 este realizat sub formă de țeavă, conductorul 3 este realizat dintr-un mănunchi închis de fire de cupru. Un lichid de răcire rece este introdus în intrarea A, de exemplu apă, care intră în interiorul conductorului 2 și spală exteriorul conductorului 3. Schimbul de căldură are loc prin interfața dintre conductorii 2 și 3 și lichidul de răcire, lichidul de răcire se încălzește și, datorită convecției , curge la ieșirea B. Într-un caz particular, conductorul 3 poate fi absent (este necesar atunci când rezistența electrică a conductorului 2 nu se potrivește cu puterea transformatorului). Într-un alt caz particular, pentru a preveni disiparea căldurii de pe suprafața exterioară a conductorului 2, se poate folosi o țeavă izolatoare electrică în locul conductorului 2, iar apoi căldura va curge în lichidul de răcire numai din conductorul 3. În al treilea caz, conductorul poate fi lichidul de răcire în sine, plasat în interiorul conductei izolatoare sau într-un volum de altă formă care înconjoară circuitul magnetic. Un exemplu de implementare specifică a metodei. A fost luat un radiator din oțel ștanțat de gradul 2M3-500 (vezi pagina 189, Cartea de referință muncă deosebită editat de N.A. Kokhanenko, Moscova, ed. literatură despre construcție, 1964) cu o suprafață de încălzire echivalentă de 3,53 ecm (echivalent cu un radiator din fontă cu 11 secțiuni M-140 conform GOST 8690-58) cu o capacitate de 13,3 litri. O bobină închisă a fost realizată dintr-o țeavă de oțel cu un diametru de 3/4"" care acoperă circuitul magnetic al unui transformator de putere de 1,5 kW. Intrarea turei A a fost conectată la ieșire (țeavă în partea de jos a radiatorului instalată vertical), iar ieșirea turei B a fost conectată la intrarea radiatorului (țeavă în partea de sus) folosind furtunuri de cauciuc. În partea superioară a radiatorului a fost instalat un vas de expansiune cu o capacitate de 0,25 litri. Apoi sistemul (radiator - bobină) a fost umplut cu apă și înfășurarea primară a transformatorului a fost conectată la o rețea cu o tensiune de 220 V. Temperatura din jurul caloriferului înainte de a porni transformatorul a fost de 4,5 o C într-un volum de cameră de 300 m3. După pornirea transformatorului, s-a măsurat tensiunea electrică pe tura de 0,8 V și curentul electric care trece prin tură, care s-a ridicat la 1875 A. După 20 de minute, temperatura apei din calorifer a crescut la 96 o C (valoarea inițială). temperatura apei a fost de 12 o C), după care Folosind un sistem de control cu tiristoare, puterea consumată din rețea a fost redusă inițial la 800 W, ceea ce a asigurat menținerea temperaturii apei la 82 o C, iar apoi după 2 ore la 500 W. , care a asigurat menținerea temperaturii apei la 60 o C. Ca urmare, test de 4 ore, temperatura camerei a ajuns la 18 o C. A doua zi sistemul a fost pornit la un consum de energie de 1,5 kW. După 4 ore, temperatura camerei a ajuns la 23 o C, după care sistemul a fost trecut la un consum de 500 W și a funcționat timp de 1 lună ca dispozitiv de încălzire. Au fost efectuate teste pentru încălzirea unui sistem de încălzire cu o capacitate de 150 de litri folosind metoda propusă cu un consum de energie de 800 W. În timpul testelor, încălzirea apei a fost setată de la 16 o C la 58,5 o C în 7 ore, după care sistemul a fost trecut într-un mod care menținea temperatura la 58 o C cu un consum de energie de 500 W. Au fost efectuate teste pentru a introduce într-o bobină închisă a unei țevi de oțel un mănunchi de fire de cupru închise prin lipire (conductorul 3). În urma testelor, s-a stabilit că, folosind conductorul 3, este posibilă reducerea rezistenței electrice echivalente a spirelor închise în aproape orice limite și creșterea consumului de energie până la încărcarea completă a transformatorului. Testele au arătat posibilitatea reducerii consumului de energie electrică de 1,5-2 ori atunci când se utilizează metoda propusă în comparație cu cele tradiționale.
Revendicare
1. O metodă de conversie a energiei electrice în căldură și de creare a schimbului de căldură între un element de încălzire și un agent de răcire, folosind ca element de încălzire înfășurarea secundară a unui transformator electric, realizată sub forma unei bobine închise de conductor sub forma unui conductă cu intrare și ieșire a lichidului de răcire, caracterizată prin aceea că asigură convecția lichidului de răcire prin elementul de încălzire, conectând intrarea acestuia la orificiul de evacuare a lichidului de răcire din radiator și orificiul de evacuare a lichidului de răcire de la elementul de încălzire la admisia radiatorului, conexiunile se realizează cu furtunuri, radiatorul este instalat vertical, astfel încât evacuarea lichidului de răcire din radiator să fie în partea inferioară, un rezervor de expansiune este instalat în partea superioară a radiatorului și întregul sistem este umplut cu lichid de răcire, iar transformatorul este conectat la rețea. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că spira închisă sub formă de ţeavă este realizată din material electroizolant, iar în interiorul acestuia sunt montate una sau mai multe spire închise ale conductorului.
DESENE
MM4A Rezilierea anticipată a brevetului Federația Rusă pentru o invenție din cauza neplatei la timp a taxei pentru menținerea în vigoare a brevetului