Thermoelektrischer Generator für unsichere Zeiten

Krzysztof Kamienski hat geschrieben:

Dies ist ein Halbleiter-Peltier, der zum Kühlen ausgelegt ist, d. H. arbeitet bei relativ niedrigen Temperaturen, d. H. mit sehr geringem Wirkungsgrad als Generator.

Es scheint mir, dass das Ersetzen des Luftkühlkörpers der kühlen Seite durch einen Wasserkühler die Betriebstemperatur des Geräts effektiv senken und somit die Effizienz erhöhen würde. Ich würde vorschlagen, auf der heißen Seite einen Kupferkühlkörper zu verwenden, und die Wärmeleitpaste durch flüssiges Metall ersetzen (die Paste trocknet schnell bei über 100 °C und aufgrund der Wärmeausdehnung und des "Arbeitens" des Gerätes unter dem Einfluss von Temperaturänderungen fängt schnell an zu bröckeln). Auf der kalten Seite könnte sogar eine herkömmliche Paste ausreichen, aber als Kühlkörper den alten CPU-Kühler verwenden, der so konstruiert ist, dass die Heatpipes, die ins Wasser getauchte Aluminiumlamellen haben, Wärme vom Peltier abnehmen. Dadurch wird die Betriebstemperatur der kalten Seite auch bei kochendem Wasser 100 Grad nicht überschreiten und in der Praxis (bei Wasserwechsel) sogar noch niedriger sein.

Für höhere Leistungen ja, aber das Gerät wird auch größer und hat Verschleißteile. Der oben genannte ist klein, im Taschenformat und wird nicht von selbst brechen.

gulson hat geschrieben:

Das Aufladen des Telefons mit einer Kerze während des Stromausfalls ist eine sehr wichtige Angelegenheit. Eine solche Lösung sollte in jeder Wohnung für den Fall gehalten werden.

Aber warum nach solch extremen Anwendungen suchen? Es gab einmal ein Gerät, das wie ein Becher aussah (in dem ein Feuer entzündet wurde), das ein angeschlossenes Gerät auflud. Für längere Biwaks gut geeignet.

Zunächst einmal sollte daran erinnert werden, dass ein Thermoelement ein äußerst einfaches Gerät ist, das nach sehr einfachen Prinzipien funktioniert.
Seine Spannung hängt nur von der Temperaturdifferenz zwischen kalter und heißer Seite und bei Belastung zusätzlich vom Widerstand des gesamten Stromkreises ab. Mehr Zellen in Reihe geschaltet bedeutet höhere Spannungen. Der Widerstand ist ziemlich konstant (ohne Berücksichtigung des Temperaturkoeffizienten). Doch wie viel Strom kann der Zelle entnommen werden?

Zunächst müssen wir uns ein solches Peltier-Modul als Zellenpaare ansehen:

Nehmen wir an, die ,,Verbindungsplatten" seien ein solcher Teleporter. Sie nehmen nicht an der Wärmeabgabe teil, sondern verbinden einzelne Elemente. Die Energie "verschwindet" oder "erscheint" nicht in den Verbindungsplatten, sondern an der Verbindungsstelle zweier Halbleiter. Wenn der Strom von einem Halbleiter vom P-Typ zu einem Halbleiter vom N-Typ fließt, steigt die Temperatur an ihrem Übergang, und wenn von N nach P, fällt sie. Und das einzige, was beide Teile verbindet, ist der Weg, wo der elektrische Strom fließt. Wir können es uns so vorstellen, als hätten wir 2 separate Peltier-Module, die in Reihe miteinander geschaltet werden. Wir stellen einen davon in die Wärme, den anderen in einen kalten Kühlschrank. Ein in die Wärme gelegtes Modul erzeugt Strom, letzteres verbraucht ihn und erzeugt Wärme.

Wir kommen also zu so etwas wie Wärmeleitfähigkeit. Es ist die Menge an Wärmeleistung, die durch ein Element aus einem bestimmten Material und mit einem bestimmten Querschnitt und einer bestimmten Dicke bei einer bestimmten Temperaturdifferenz fließt. Bei Peltier-Modulen ist diese Leitfähigkeit variabel. Ein unbelastetes Modul hat eine spezifische Leitfähigkeit, die sich aus der Leitfähigkeit des Siliziums ergibt, aus dem es besteht (und der Nebenmaterialien), aber immer noch relativ hoch ist. Diese Leitfähigkeit sind Verluste und davon ergibt sich die Effizienz des Moduls. Beim Kurzschließen eines Moduls steigt die Wärmeleitfähigkeit stark an (siehe Vergleich zu zwei getrennten Modulen). Wird an das Modul eine Spannung angelegt, die bewirkt, dass der Strom in die gleiche Richtung fließt wie bei einem Kurzschluss des Moduls, steigt die Leitfähigkeit noch weiter an. Wenn diese Spannung andererseits in die entgegengesetzte Richtung angelegt wird, wird die Leitfähigkeit... negativ? Entgegen dem Anschein - ja, denn die Wärme geht wie von Zauberhand von der kalten auf die warme Seite über. Es ist ein bisschen so, als würden schwere Gegenstände plötzlich vom Boden abgestoßen, anstatt darauf zu fallen.
Also belasten wir das als Generator arbeitende Peltier-Modul mit einem Empfänger. Durch ihn fließt Strom und die Wärmeleitfähigkeit steigt schlagartig an, wodurch die Temperaturdifferenz sinkt, was wiederum die Spannung reduziert. Das sieht man gut am Oszillogramm, das ich natürlich nicht habe. Nach dem Anschließen des Empfängers fällt die Spannung in Sekundenbruchteilen ab - dies ist der Spannungsabfall, der sich aus dem elektrischen Widerstand der Zelle ergibt. Die Spannung beginnt dann langsam nach unten abzufallen, bis sie ein bestimmtes Niveau erreicht - eine Abnahme, die aus einer erhöhten Wärmeleitfähigkeit resultiert, d. h. einer Abnahme der Temperaturdifferenz.

Ich glaube, ich gehe auf schlechte Campingplätze, aber wo bekomme ich mitten im Wald ein Paket touristischer Gasflaschen her? Holz, das war's

Krzysztof Kamienski hat geschrieben:

Eisen-/Stahldraht (für Zäune) ist billig, ebenso Konstantandraht (für Heizkörper).

,,L-Typ-Thermoelement (Fe-CuNi) besteht aus Eisen (Fe) in Verbindung mit Konstantan (CuNi). Der Einsatzbereich des J-Typ-Thermoelements beträgt typischerweise -40... +750 °C, und die Empfindlichkeit beträgt - 55 µV/°C. Thermoelemente vom Typ J (Fe-CuNi) sind für die Temperaturmessung in inerter, reduzierender und oxidierender Atmosphäre sowie im Vakuum ausgelegt.
~ Quelle unbekannt/gestohlen.
Das heißt, bei einem Temperaturunterschied von 300 ° (Flamme) -50 ° (warmes Wasser) erhalten Sie erstaunliche 250 * 55 µV = 13,75 mV. Was machst du mit so viel Spannung?
Aus diesem Grund waren in dem Gerät, über das Sie geschrieben haben, Hunderte dieser Thermoelemente in Reihe geschaltet.