Эффект Зеебека для малой генерации электроэнергии применяется достаточно давно. До появления солнечных батарей это был достаточно распространенный способ получения хотя бы какого-то электропитания. Многие до сих пор помнят так называемый «партизанский» котелок. При помощи такого котелка можно было питать радиостанцию. Котелок с водой устанавливался на костре. Внутри днища котелка были установлены термопары. За счет теплового потока от огня к воде через термопары пользователь получал электрический ток.
Современный аналог «партизанского» котелка:

Термоэлектрический «партизанский» котелок

Широко применялись в свое время и керосиновые лампы с аналогичным эффектом электрической мощностью около 5 Вт.
Керосиновая лампа с установленным на нее термоэлектрическим генератором:

Керосиновая термоэлектрическая лампа

В настоящее время, с опозданием в десятилетия, похожие продукты начали выпускать и китайские, и американские фирмы. Однако у них есть существенный недостаток. Применяемые там термоэлектрические модули изготовлены по технологии элементов Пельтье, а не по технологии термоэлектрических батарей Зеебека. В итоге данные изделия получаются очень недолговечными.
Периодические приходится слышать, как изобретательные люди пытаются получить автономно электроэнергию путем вроде «обклеить печь элементами Пельтье». Однако они не учитывают то, что недостаточно нагреть термоэлектрический модуль. Необходимо пропустить через него как можно больше тепла. То есть с одной стороны эффективно нагреть, а с другой очень эффективно охладить. И чем выше будет разница температур, тем больше процентов тепла превратится в электроэнергию. Можно приобрести в сети термоэлектрические модули на керамике, которые продают с пометкой генераторные термоэлектрические модули. Но нужно понимать, что для того, чтобы такой термоэлектрический модуль показал хотя бы 80% от заявленной на нем мощности необходимо его охлаждать постоянным потоком холодной воды через тщательно подогнанную алюминиевую пластину. Разумеется, такое охлаждение в бытовых устройствах маловероятно. Да и в любом случае ресурс таких термоэлектрических генераторных модулей крайне низок в силу несоответствия применяемых для их производства технологий условиям эксплуатации. А именно большой по сравнению с элементами Пельтье разнице температур. Генераторные модули, которые изготовлены по технологии, рассчитанной на длительную эксплуатацию в реальных условиях и с высоким КПД, вы можете увидеть на нашем сайте на странице Термоэлектрический генераторный модуль.
Еще одно изделие нашей разработки, предназначенное для быта. Это электрическая энергопечь или печь генератор. Это термоэлектрический генератор, вмонтированный в твердотопливную печь. Предназначен для отопления с естественной циркуляцией жидкого теплоносителя. Такая печь может обеспечивать потребителя электроэнергией с электрической мощностью в пике до 2 кВт (напряжение 220 В), а также 5-7 кВт тепловой энергии.
Схема печи генератора с термоэлектрическим генератором.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЧИ ГЕНЕРАТОРА

Электрическая мощность в пике — 2 кВт

Электрическая мощность постоянная номинальная — 150 Вт

Напряжение — 12 В и 220 В

Тепловая мощность — 5-7 кВт

Отопление — жидкостное

Стоимость — от 48 000 руб.

Существует вариант и для газового топлива. Нами был разработан газовый отопительный котел с термоэлектрической генерацией электроэнергии.
Схема работы термоэлектрического генератора – отопительного газового котла.

Большую роль для развития физической науки сыграл тот факт, что Иоффе нашёл решение проблемы использования теплоэлектрических и термоэлектрических качеств полупроводников. Это явление активно применялось в опытах и позволяло преобразовывать световую и тепловую энергию в электрическую. Абрам Фёдорович приложил руку и к разработке теории термоэлектрогенераторов и того же рода холодильников.

Сделано это было во время войны. Необходим был способ, позволяющий партизанам заряжать аккумуляторы радиопередатчиков. Конечно, партизанским отрядам поставляли новые батареи с помощью самолетов, но этим способом не всегда удавалось воспользоваться. Также были сделаны динамо-машины для подзарядки, которые работали от двигателя автомобиля или от усилий человека, но и они не решили проблемы.

Термоэлектрогенератор ТГ-1

Когда началась Великая Отечественная война физики Ленинградского физико-технического института разработали специально для партизан и диверсионных групп, забрасываемых в тыл противника, термоэлектрогенератор ТГ-1, известный под названием «партизанский котелок». Работами по его созданию руководил один из коллег Иоффе - Юрий Маслаковец, заинтересовавшийся термоэлектрическими явлениями в полупроводниках еще до войны. ТГ-1 действительно был похож на котелок, наполнялся водой и устанавливался на костер.

В качестве полупроводниковых материалов использовались соединение сурьмы с цинком и константан - сплав на основе меди с добавлением никеля и марганца. Разница температур пламени костра и воды доходила до 300° и оказывалась достаточной для возникновения в термоэлектрогенераторе тока. В результате партизаны заряжали батареи своей радиостанции. Мощность ТГ-1 достигала 10 ватт. Выпуск генератора был налажен в марте 1943 года на «НИИ 627 с опытным заводом № 1».

После войны А. Ф. Иоффе и Ю. П. Маслаковец продолжили работы в области термоэлектричества. В 1950 году Иоффе написал работу «Энергетические основы термоэлектрических батарей из полупроводников», где изучил свойства полупроводниковых материалов, позволяющие достичь максимально возможного КПД термогенератора. Промышленность СССР выпускала различные типы генераторов, предназначенных для удаленных местностей, где нет доступа к электрической сети. Был, например, создан, термогенератор ТГК-3, закреплявшийся на стекле керосиновой лампы и позволявший питать радиоприемник.

В годы войны А.Ф.Иоффе участвовал в строительстве радиолокационных установок в Ленинграде, во время эвакуации в Казани был председателем Военно- морской и Военно- инженерной комиссий. Максимальное приближение к практике результатов, достигнутых в фундаментальных областях знания, широчайшее распространение этих знаний - таким было стремление А.Ф.Иоффе. Особенно яркой была инициатива Иоффе в создании знаменитой Лаборатории № 2 (будущего Института атомной энергии, а ныне Курчатовского центра), где в годы войны начались работы по созданию ядерного оружия. Не менее важным стало и предложение А.Ф.Иоффе поставить во главе этих исследований одного из своих учеников - И.В.Курчатова.

В декабре 1950 года, во время кампании по «борьбе с космополитизмом», А.Ф.Иоффе был снят с поста директора и выведен из состава ученого совета института. В 1952 -1955 годах возглавлял лабораторию полупроводников АН СССР. В 1954 году на основе лаборатории организован Институт полупроводников АН СССР, которым академик Иоффе руководил до конца своей жизни.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 28 октября 1955 года Иоффе Абраму Фёдоровичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».

Коньков Павел

В годы Великой Отечественной войны академик А.Ф. Иоффе являлся председателем комиссии по научно-техническим военно-морским вопросам и продолжал руководить Ленинградским физико-технологическим институтом, эвакуированным в Казань.

Специально для партизанских отрядов Иоффе создал термогенератор, служивший источником питания для радиоприемников и передатчиков. Он состоял из нескольких десятков термопар, крепившихся ко дну солдатского котелка. В котелок наливалась вода, и его ставили на костер.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Термоэлектрогенератор

Принцип работы термоэлектрогенератора Действие термоэлектрогенератора основано на использовании термоэлектрического эффекта, сущность которого заключается в том, что при нагревании места соединения (спая) двух разных металлов между их свободными концами, имеющими более низкую температуру, возникает разность потенциалов. Если замкнуть такой термоэлемент (термопару) на внешнее сопротивление, то по цепи потечет электрический ток.

Преобразование тепловой энергии в электрическую - термопара. Если взять кольцевой проводник, состоящий из двух металлов А и Б, и нагреть места их соединения соответственно до температуры Т1 и Т2 так, чтобы Т1 было больше, чем Т2. В горячем спае такой термопары ток идет из металла Б в металл А, а в холодном спае из металла А в металл В.

Партизанское движение Партизанская борьба во время Великой Отечественной войны началась с первых же дней нападения гитлеровской Германии на CCCР. Важную роль играла разведывательная деятельность партизан и подпольщиков, державших под наблюдением обширную территорию и передача полученных данных о противнике на «большую землю».

Устройство «партизанский котелок». Он состоял из нескольких десятков термопар, крепившихся ко дну солдатского котелка. В котелок наливалась вода, и его ставили на костер. Вода определяла температуру одних спаев, а температуру других "задавало" пламя костра, нагревающее дно котелка. Разность температур спаев составляла всего 250-300 градусов, этого хватало для надежного обеспечения питания переносной радиоаппаратуры партизан.

Конструкция термоэлектрогенератора ТГК-3 Предназначен для питания индивидуальных радиоприемников в неэлектрифицированных местностях, где применяется керосиновое освещение. Поэтому в качестве источника тепловой энергии для термоэлектрогенератора было решено использовать обычную керосиновую лампу-"молнию" служащую одновременно и для целей освещения.

Схематическое устройство термоэлектрогенератора ТГК-3 Лампа имеет укороченное стекло без верхней цилинрической части. Внутрь этого стекла входит нижняя часть металлического теплопередатчика, имеющего форму многогранной призмы 1. На боковой поверхности верхней части этого теплопередатчика расположены блоки термобатареи 2. Для охлаждения холодных спаев термоэлементов к внешним поверхностям блоков прижаты металлические радиаторные ребра 4.

Действия партизан Важное значение имело взаимодействие партизан с частями регулярной армии. В 1941 г. в ходе оборонительных боёв РККА это выражалось преимущественно в ведении разведки. Наиболее ярким примером эффективного взаимодействия партизан и частей Советской Армии стала Белорусская операция 1944 года «Багратион». Целью партизан в операции «Багратион» было, поначалу, выведение из строя неприятельских коммуникаций, позже - воспрещение отхода разбитых подразделений вермахта.

высокой термоЭДС и низкой теплопроводностью.

В начале войны в лаборатории Иоффе был создан «партизанский котел» - термоэлектрогенератор для питания портативных радиостанций. Это был котелок, на днище которого снаружи располагались термоэлементы. Их горючие спаи находились в огне костра, а холодные, прикрепленные ко дну котелка, охлаждались налитой в него водой.

Тщательный подбор материалов, применение регенерации позволили в наше время довести КПД термоэлемента до 15%. В начале века такую эффективность имели обычные электростанции, но теперь она возросла более чем в три раза. Термоэлементу в большой энергетике пока места нет. Но ведь есть и энергетика малая. Несколько десятков ватт требуется для питания радиорелейной станции, стоящей на горной вершине, или морского сигнального буя. Есть и отдаленные места, где живут люди, которым требуются электричество и тепло. В подобных случаях применение находят термоэлементы, подогреваемые газом или жидким топливом. Особенно ценно, что эти устройства можно поместить в небольшой подземный бункер и оставить совершенно без присмотра, лишь раз в год или реже пополнять запас топлива. Ввиду малой мощности расход его при любом КПД оказывается приемлем, а кроме того... нет выбора.

Любопытное применение для термоэлектрогенераторов нашли врачи. Уже более двух десятилетий тысячи людей носят имплантированный, помещенный под кожу ритмоводитель сердечной деятельности. Источником энергии для него служит крохотная (с наперсток) батарея из сотни соединенных последовательно термоэлементов, подогреваемых распадом безвредного изотопа. Несложная операция по ее замене производится раз в 5 - "О лет.

В Японии выпускаются электрон

ные часы, энергию которым от тепла руки дает термоэлемент.

Недавно одна итальянская фирма заявила о начале работы над электромобилем с термоэлектрогенератором. Этот источник тока значительно легче аккумуляторов, поэтому пробег у термоэлектрического автомобиля будет не меньше, чем у обычного. (Напомним, что электромобили способны с одной зарядкой пройти ISO км.) Полагают, что путем разных ухищрений расход топлива удастся сделать приемлемым. Главные достоинства экипажа нового типа - абсолютно безвредный выхлоп, бесшумное движение, применение самого дешевого жидкого (а возможно, и твердого) топлива, очень большая надежность.

В 30-е годы проводившиеся в нашей стране работы над термоэлементами были широко известны. Вероятно, поэтому писатель Г. Адамов описал в своем романе «Тайна двух океанов» подводную лодку «Пионер», получавшую энергию от тросов-батарей. Так он назвал термоэлектрические генераторы, выполненные в виде длинных тросов. Их горячие спаи при помощи буя поднимались в верхние слои океана, где температура достигает 20- 25°С, а холодные - охлаждались глубоководной водой с температурой 1-2°С. Так фантастический «Пионер» - лодка, способная дать сто очков вперед нынешним атомным, заряжал свои аккумуляторы.

Реально ли такое? Сообщение о прямых опытах подобного рода в печати нет. Впрочем, промелькнуло нечто любопытное. Создан термоэлектрогенератор на 1000 кВт, вырабатывающий энергию за счет тепла горячих подземных источников. Разность температур между горячим и холодным спаями 23°С, как в океане, удельный вес 6 кг на 1 кВт - много ниже, чем у энергетических установок обычных подводных лодок. Не на пороге ли мы новой энергетической революции, нового века электричества?

Балерину видали? Она вертится, аж в глазах рябит. Тьфу!
Привяжи к ноге динаму! Пусть она ток даёт в недоразвитые районы!
(А. Райкин)
Хотел написать про то, как предлагают ученые заряжать девайся в условиях экспедиций, оходов от специальных печек, преобразующих тепло в электро энергию. Вот к примеру BioLite CampStove. Компактная, весом всего 1 кг и легко умещается в рюкзак. Цена 129$

Потом вспомнил про термофор и его печь Индигирку, выдающую мощность 60Вт при напряге 12 вольт.

Потом нашлось еще
Hatsuden-Nabe от японской TES NewEnergyCorporation. Это кастрюля с USB портом, и она может преобразововать тепло, которое было бы потрачено зря, в питание для зарядки телефона (или любых других USB гаджетов.

и еще, и еще, и...
начал копать дальше и вот вам небольшая история о том, как полезно в наше время "переоткрывать" открытия.

Подлинным возрождением термоэлектричества и термоэнергетики можно считать начало 30-х годов XX столетия, а его инициатором – академика А.И.Иоффе. Он выдвинул идею о том, что с помощью полупроводников можно сделать реальный шаг на пути превращения тепловой (в том числе солнечной) энергии в электрическую. Это привело к созданию уже в 1940 году фотоэлемента для преобразования световой энергии в электрическую.

Первое практическое применение полупроводниковых термоэлементов было осуществлено в СССР в период Великой Отечественной войны под непосредственным руководством А.И.Иоффе. Это был, ныне широко известный, «партизанский котелок» – термопреобразователь на основе термоэлементов из SbZn и константана. Разность температур спаев в 250-300оС обеспечивалась огнем костра при стабилизации температуры холодных спаев кипящей водой. Такое устройство, несмотря на сравнительно невысокий КПД (1,5-2,0 %), с успехом обеспечивало электропитанием ряд портативных партизанских радиостанций. «Партизанский котелок», так же как и другой аналогичный прибор - «чайник», развивал электрическую мощность около 10 ватт.
Примерно тех же времен вот этот весьма занимательный девайс. На обычную керосиновую лампу устанавливался адаптер, который позволял запитать радиоприемник, как на фото или лампочку Ильича.

Когда-то "широко известный, «партизанский котелок»" теперь неизвестен практически никому, как и академик А.И. Иоффе. Понятно, что в середине прошлого века энергетика развивалась столь бурно, что казалось еще чуть чуть и план электрификации всей страны приведет тому, что розетку можно будет найти и в лесу дремучем.

К сожалении страна уже неторт, плана нет и незаслуженно забытая практически целая отрасль вновь находит свою нишу. Непонятно к чему эти крики про "изобрели", "инновации" и т.д.?