Термогенератор на керосине или на дровах.

Обычная вещи в сельском доме первой половины и середины прошлого века - ламповый радиоприёмник и тепловой электрогенератор для его питания.
Обычная вещи в сельском доме первой половины и середины прошлого века — ламповый радиоприёмник и тепловой электрогенератор для его питания.
 В недавней статье о двигателях внешнего сгорания, вернее в её комментариях, было много споров об их принадлежности к классам и типам двигателей вообще и, в частности, о применении их для выработки электроэнергии от внешнего источника нагревания с одной стороны корпуса, и охлаждения с другого. То есть разницы их температур. В этом и заключается весь смысл, «изюминка» их работы. Но электроэнергию в них всё равно вырабатывает дополнительное устройство — генератор. Двигатель превращает разницу температур во вращение вала с маховиком, а затем это вращение преобразуется в электричество… Довольно сложный агрегат! А ведь есть способ сделать то же самое проще. Настолько проще, что можно задаться вопросом: » А зачем вообще делать эти механизмы, да ещё и спорить об их эффективности?»
И, действительно, то же самое можно делать простым устройством, которое называется термопара. Это, вообще, замечательное устройство, есть такой эффект — если два куска металлических проволок из разного металла соединить концами между собой сваркой, изолировать их друг от друга по длине и к свободным концам подключить «напряжометр», затем нагреть спаянный конец и охладить противоположный, то прибор покажет наличие постоянного напряжения (или тока, кому как больше нравится).
Термопара. Картинка из сервиса Яндекса.
Термопара. Картинка из сервиса Яндекса.

Его величина зависит от разницы температур горячего и холодного концов и от металлов, из которого термопара изготовлена. Величина этого напряжения невелика, но зато их можно собирать последовательно блоками до нужного напряжения, а затем эти блоки соединять параллельно для достаточного в использовании тока.

На Рис.1 одна термопара. На Рис.2 - блок из трёх термопар, соединённых последовательно последовательно. Эти блоки можно соединить параллельно.
На Рис.1 одна термопара. На Рис.2 — блок из трёх термопар, соединённых последовательно последовательно. Эти блоки можно соединить параллельно.

На рисунке ниже такой блок из 19 термопар сделан в виде плоского кольца. Если внутреннюю часть нагреть, а наружную охладить, на выходе появится напряжение в несколько вольт. А если несколько таких колец соединить последовательно в единый блок, напряжение будет в три раза выше.

Плоский блок из термопар.
Плоский блок из термопар.

Оно уже будет достаточным, чтобы использовать его для питания какого-нибудь маломощного устройства. Если его мощности окажется маловато, соединим несколько таких блоков параллельно друг другу. Ток, выдаваемый на выходе нашей уже батареи, вырастет пропорционально их количеству. Такие устройства придуманы уже довольно давно и очень активно использовались в довоенное и послевоенное время для питания радиоприёмников в домах населения нашей страны. (И ненашей тоже).

Мне запомнилось, как в школе, когда у нас появился предмет Физика, наш учитель Вячеслав Александрович принёс на урок Керосиновую лампу, поставил её на стол, зажёг и поставил на место стекло… Немного отвлекусь для молодых читателей, которым словосочетание керосиновая лампа почти ни о чём не говорит. А это очень важный «гаджет» повседневности, не такой уж далёкой прошлой жизни наших людей. Это источник света, дающий достаточно яркий и ровный свет в домах и квартирах при отсутствии электричества. Он представляет из себя небольшой резервуар из металла, фарфора или стекла с резьбовым горлышком, на которое накручена металлическая головка с щелью, через которую роликом с головкой для протяжки вставлен хлопчато-бумажный или асбестовый фитиль. Сверху на головку ставится стеклянная колба с вытянутым вверх открытым горлышком, а снизу в головке сделано поддувало в виде отверстий или щелей для доступа воздуха. В резервуар предварительно наливается керосин, головка с фитилём накручивается сверху. Фитиль впитывает керосин и роликом выдвигается на несколько миллиметров выше головки. Он поджигается, а на головку сверху ставится стекло. Просто так, без стекла, фитиль горит неровно, пламя колеблется и коптит. А прикрытое стеклом оно сразу начинает гореть ровно и ярко, т.к. на него не действуют колебания воздуха от сквозняков и прочих факторов, к тому же вытянутое вверх горлышко обеспечивало тягу воздуха через поддувало. Колёсиком ролика окончательно регулируется фитиль по максимуму яркости до начала появления копоти.

Основное предназначение «керосинки» — это освещение помещения. Они были, в основном, настольными, но были и в виде люстр или бра.

Но вернусь к рассказу. Наш учитель зажёг лампу, а сверху, прямо на стекло, одел конструкцию их множества рёбер и отходящего от неё электропровода. Примерно такую, как на первой фотографии в галерее ниже — это страница из старого журнала с описанием термогенератора тех лет.

Картинка из сервиса Яндекса.
Картинка из сервиса Яндекса.

Только тот термогенератор одевался на обычную керосинку, вернее, на её стекло. Стёкла были стандартные для большинства ламп и продавались во всех хозяйственных магазинах. Ничего не говоря, учитель размотал провод и подключил к нему лампочку. Не могу сказать, что это была за лампа и на какие напряжение и мощность, но она ярко загорелась. Так начался урок, где мы получили понятие о термопаре. Но об этом я уже рассказал в начале статьи. Как мы узнали, такими генераторами очень активно пользовались в сельской местности, и они там очень выручали людей для питания радиоприёмников. Ведь батареечные источники питания были не везде доступны и довольно до́роги. Ведь до конца 50-х, а кое где и позже в некоторых сёлах не было даже электрогенераторов. А там, где были, они работали только до 11 — 12 часов ночи. Я столкнулся с этим даже в 1976 году в Сибирском посёлке, когда был в гостях у тёщи. В полночь генератор отключался и отключалась связь с Миром. В рабочем посёлке леспромхоза в это время все спали. Но при необходимости, можно было бы использовать такой термогенератор. Вот ещё несколько подобных конструкций, которые и сейчас выпускаются и готовы работать —

Подобную конструкцию можно сделать даже дома, как говорится «на коленке». Нужно лишь подобрать материал и проявить немного терпения и фантазии. Даже нет нужды в особосложном или дефицитном инструменте. Наиболее доступные для самостоятельного изготовления металлы -это проволока из стали и константана, а самое большое напряжение даёт пара сурьма-висмут, но найти такую проволоку проблематично. А вот сделать термопару несложно. Нужно нарезать кусочки проволоки удобного размера для соединения их в единые блоки-слои, которые нужно скрепить на нагревательном элементе. Он может быть любой формы и размера. Условие одно — все концы «горячих» концов должны концентрироваться около зоны нагрева. Теперь изготовим термопары. Нарезанные куски проволоки их двух металлов скручиваем концами через один, как на рисунке, который я уже приводил, —

Термопары соединены последовательно в один плоский блок.
Термопары соединены последовательно в один плоский блок.

Места скруток нужно сварить. Но не в кипятке, а электросваркой. Для этого нужен трансформатор с отдельной изолированной обмоткой примерно на 20 — 30 вольт и током на 10 — 15 ампер. Это напряжение подаётся одним концом на плоскогубцы, которыми скрутка двух проволок зажимается рядом с её концом (оставляем свободный конец 5 — 10 мм.). Другой конец провода от трансформатора подводится с помощью мощного зажима типа для «прикуривателя» автоаккумулятора к любому угольному электроду. Это может быть графитовая щётка от электродвигателя (в идеале — электрод от дугового прожектора типа «Кинап», но такой найти сейчас трудно).

Держим рукой плоскогубцы с о скруткой и, подводим графитовый электрод к концу скрутки. Закрываем глаза и слегка касаемся конца скрутки… вспышка, искры — и на конце скрутки шарик из оплавленных проволок. Готово. Так свариваются все концы проволок. К концам соединённых последовательно термопар таким же образом привариваются провода для выходного напряжения или соединения их в блоки термопар. Сварку лучше делать в рукавицах, чтобы не обжечь руки искрами, или хотя бы учитывать куда полетят искры. Я сваривал таким образом медные скрутки проводов квартирной электропроводки и вполне справлялся с этим даже без перчаток.

Но этот способ изготовления термогенератора я рассмотрел только в качестве примера, делать так на практике в наше время нет никакой необходимости. Сейчас есть лучший способ получения электричества от разницы температур — Элементы Пельтье. Это современный аналог термопар, но сделанный на полупроводниковых элементах, которые соединены между собой и имеют гораздо бо́льшие выходные напряжение и ток при меньших габаритах и удобстве монтажа. Внешне это керамический плоский блок с выводами для подключения. Он состоит из большого количества p-n и n-p переходов (этих самых элементов Пельтье), заключённых между двух керамических пластин. На одну пластину обращены все n-p, а на другую p-n переходы. При прохождении тока через соединённые последовательно пары таких элементов, одна сторона блока охлаждается, а другая нагревается.

Вообще-то эти элементы предназначены специально для охлаждения поверхностей, на которые они крепятся. Например, как охладитель (кулер) процессора компьютера вместо вентилятора. Он получается настолько эффективным, что нужно рассчитать напряжение на нём, чтобы не заморозить процессор. Ведь от подаваемого напряжения зависит температура охлаждения. Применяются такие элементы и для небольших холодильников типа автомобильных. Но нас интересует обратный процесс, а называется он эффект Зеебека. То есть, если одну сторону нагревать, а другую охлаждать, на клеммах подключения появится электрический ток. Его-то мы и рассмотрим для применения в термогенераторе. Если Вам интересно подробное устройство этих элементов, то в сети этой информации очень много.

На АлиЭкспрессе сейчас можно найти большое количество Элементов Пельтье разного размера и мощности. При выборе нужно смотреть на их мощность, напряжение и максимальную температуру, которую он выдержит при нагреве. Как пишут те, кто уже делал термогенератор на этом элементе, реально с него можно получить 10-12 В и 8-10 А при разнице температуры на поверхностях порядка 200-300 ℃. И, даже, при меньшем перепаде, напряжения и мощности хватит для преобразования их в стабильное напряжение для освещения и зарядки гаджетов в походе, на рыбалке или на даче… Но они как рыбаки, «слегка» завышают показатели. Только специально разработанные для генерации тока модули выдерживают температуру в 150 — 200 ℃. и ток выдают небольшой. Приходится ставить несколько модулей параллельно. Но для тех небольших потребностей, для которых они делаются, этого хватает.

Привожу ссылки на АлиЭкспресс на три модуля, предназначенных специально для генерации тока, которые предоставил в комментариях один из читателей — https://bit.ly/37e1Vby, https://bit.ly/3andAXEhttps://bit.ly/378eNQI.

Обычно, конструктивно тепловой генератор выполняется в виде металлического ко́роба, на внешней стороне которого устанавливается Модуль Пельтье своей «горячей» стороной. На другую сторону ставится радиатор-охладитель. На него может быть добавлен вентилятор от старого ноутбука, запитанный от того же модуля Пельтье. В само́м ко́робе делается поддувало в виде отверстий в его нижней части и окошко сверху для забрасывания дров (щепок или кусочков дерева). Разжигается огонь и генератор начинает вырабатывать электроток. Его подают на преобразователь и стабилизатор (которые тоже есть на АлиЭкспрессе). В сети много подобных конструкций.

Очень интересную информацию дал в комментариях один из читателей Владислав Щ. В войну подобная конструкция использовалась партизанами для зарядки аккумуляторов и работы радиостанций — это так называемый «Котелок Иоффе«. Этот термогенератор имел название ТГ-1 и был разработан учеными Физико-технического института под руководством А. Ф. Иоффе в 1942 году. Работами по его созданию руководил один из коллег Иоффе – Юрий Маслаковец. Сделан он тоже на термопарах. Котелок имеет двойное дно и горячие концы термопар нагреваются от нижнего добавленного слоя, т. е. прямо от костра, а холодные концы охлаждаются от настоящего дна котелка. Даже если вода в котелке кипит, температура её намного ниже горячего нижнего слоя. Разница достигает 250-300 ℃. Несколько десятков термопар из соединения сурьмы с цинком и константана давала мощность в 10 Ватт.

Термогенератор на керосине или на дровах.

Для того времени это было супер важно, т. к. снабжать группы разведчиков и партизан батареями для приёмо-передающей аппаратуры было очень трудно, а иногда и невозможно.

Если вы обнаружили ошибку, выделите ее и нажмите Shift + Enter или нажмите здесь, чтобы сообщить нам.

Обсуждение закрыто.