Домашен термогенератор №2
Втората версия на домашен термогенератор на елементи на Пелтие от Андрей Ходкин.
Обещах на различни хора на turizm.lib.ru да напиша някои бележки по различни теми. Бавно започвам да изплащам дълговете си. Първо, продължението на историята за източниците на електроенергия в кампаниите.
И така, отново за електричеството в кампаниите.
Първият ми източник, базиран на елемента на Пелтие, е описан подробно на страницата ми, посветена на него.
Надградих го. Първо смених преобразувателя - сега дава 6.5V на празен ход, има вградени батерии за съхранение на енергия. Второ, освен чашата, сега имам още 3 източника на електричество - 2 на елементи на Пелтие и слънчева батерия.
Първо, за конвертора.
Преобразувателят е електронен блок, свързан между елемент на Пелтие (или друг източник) и електрически товар. Смисълът на преобразувателя е да съгласува напреженията. Преобразувателят е двустепенен, сглобен на 2 чипа MAX 756 http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf. Първата степен се включва съгласно документацията в режим на изход 3,3V. Двойка последователно свързани Ni-Mh батерии е свързана към товара на каскадата чрез ключ, диод и токоограничаващ резистор. Ni-Mh беше избран поради непретенциозното съответствие с режимите на зареждане/разреждане. Втората степен на преобразувателя е свързана към изхода на първата и е включена в режим на изход +5V. Схемата на двата етапа е в съответствие с документацията за микросхемата. Но тук има една особеност - ако искате да зареждате нещо като Siemens Me-45/Siemens-X65 (с литиева батерия), ви трябват около 6.5V на изхода на преобразувателя на празен ход. За да направите това, във веригата за обратна връзка на втория етап на преобразувателя(между крак 6 и изхода на каскадата) се въвежда верига от 3 последователни силициеви диода (всички свързани чрез анода към изхода на преобразувателя). Има по-добър начин - използвайте MAX757 (той има отделен изход за обратна връзка). Ето всъщност и цялата схема. Идеологически ме устройва напълно. Конверторът в тази версия ме влачи през различни неудобства почти година - не са забелязани проблеми. Много подробни инструкции за използване на MAX756 като конвертор могат да бъдат намерени на http://www.instructables.com/id/EGBQJPLCB2EP287KTZ. Почти 2 такива каскади са събрани в моя конвертор.
Предавател с отворено отделение за батерии и извадени батерии.
Изходният конектор на преобразувателя и pinout са съвместими с USB Type A конектор, който ви позволява да свързвате всякакви USB устройства и кабели. внимание! Ако ще свържете USB устройства, по-добре е да върнете изходното напрежение на + 5V (премахнете диодите от обратната връзка на втория етап), въпреки че най-вероятно няма да се случи нищо ужасно. Надявам се, че читателят разбира, че преобразувателят извежда захранване само към USB конектора, това в повечето случаи ви позволява да зареждате всички видове USB джаджи (GPS, PDA). Но! Конверторът не може да управлява USB устройства J. Освен това най-вероятно не можете да свържете конвертора към USB-Host порт (някои PDA устройства, произведени след 2005 г.).
Първични източници на електроенергия
В момента моят парк от източници на електроенергия, способни да захранват преобразувателя, е представен от:
1) Халба с вграден в дъното елемент на Пелтие (напълнена с вода и поставена на горелката);
2) Термичен елемент за лагерен огън;
3) Автономен термоелектрически генератор на Пелтие.
4) Соларен батериен модул (2V, 400 mA).
Всички източнициоборудвани с унифициран конектор, който ви позволява да ги свържете към преобразувателя.
Чашата е разгледана подробно в описанието на първата версия на термогенератора.
Огненагревателният елемент е представен от модул Пелтие, оборудван със система от радиатори и метален кол. Колчето с елемента се забива в земята близо до огъня. Радиаторите имат специална форма - площта на радиатора от страната на огъня ("горещата" страна) е голяма, перките са хоризонтални. От "студената" страна радиаторът е по-малък и има вертикални перки. Тези дизайнерски трикове са предназначени да осигурят максимален температурен градиент отстрани на елемента. Голямата площ на "горещия" радиатор предпазва "студената" страна от огъня, а хоризонталните ребра намаляват конвективния пренос на топлина от радиатора към въздуха. Част от вертикалните ребра по ръбовете на горещата страна на радиатора са оставени, за да се намалят ръбовите ефекти и да се предотврати прегряване на елемента. „Студеният“ страничен радиатор, от друга страна, има само вертикални ребра, за да насърчи конвективния пренос на топлина от елемента към околния въздух. В съответствие с практическите формули, приети в радиотехниката, количествената разлика в конвективния топлопренос от вертикални повърхности с хоризонтални и вертикални ребра достига 50%.
Огън елемент "студена" страна за нас.
"Гореща" страна за нас. Няма подвижни хоризонтални ребра в горната и долната част на радиатора.
Модул за лагерен огън в работно пространствено положение. Лагерният огън трябваше да е от лявата страна на снимката.
Елементът "огън" работи забележително добре в широк диапазон от огневи мощности, няма проблеми с работата му в продължение на шест месеца. Елемент на Пелтие и проводници (въпреки страховете ми за технитеустойчивост на топлина) все още са като нови. Явно съм се досетил добре с размерите и разположението на радиаторите.
Автономен термоелектрически генератор на Пелтие. Самостоятелно устройство, в алуминиев корпус, с вградена газова горелка, пиезо запалване, система от лабиринтни топлообменници и въздуховоди. Консумация на газ - около 10 грама / час. Тегло на генератора с газова арматура, кабел (без газова бутилка) - 650 гр. Принципът на използване е „запали и забрави” – т.е. изнесе генератора на чист въздух, отвори газовия кран, щракна на запалването - и електричеството потече по жиците към алчните си консуматори.
Бърках се с това чудовище месец и половина. Няколко пъти избухна с мен, изхвърляйки огнени клубове. Безумно капризно нещо китайско пиезо запалване, счупено от кухненска запалка. И накрая, се оказаха много трудности, свързани с осигуряването на стабилно контролирано изгаряне на газ вътре в кутията. Постепенно премахнах тези трудности, като промених формата на вътрешните въздуховоди и отворите за всмукване на въздух на кутията. Генераторът работи сравнително добре, но все още не искам да го взема със себе си на сериозни пътувания - оказа се доста тежък и доста капризен. По принцип е възможно значително да се опрости и подобри генераторът, но засега го отложих.
Елементи на самостоятелен генератор в процеса на изграждане:
Взехме алуминиев корпус, поставихме няколко елемента на Пелтие на дъното (върху термична паста)
Иглените радиатори бяха засадени върху същата термична паста
Изработен капак на топлообменната камера с входни и изходящи тръби
Монтирахме капака на редовно място, топлообменната камера беше сглобена
Монтира горелката, извади кабелите. Остава да затворите капака.
* снимката не показва конусен пламъкоуловител (калаен конус,поставя се с тясно гърло на входната тръба на топлообменната камера (месинг), с широката страна към дюзата на горелката). Елементите на Пелтие са свързани последователно.
Автономен термогенератор Пелтие в стандартна конфигурация. Остава само да щракнете върху запалването.
Преобразувателят е в нормален режим, зарежда вградените батерии.
Слънчева клетка - закупена (www.chip-dip.ru), 2V, 400 mA. Единственото ми усъвършенстване е инсталирането на изходния конектор и залепването на велкро елемента от задната страна. Допълнителната част на велкрото закрепих с безопасни игли към покрива на раницата, за да може елементът лесно да се монтира и сваля.
Конвертор, чаша за термогенератор и соларна клетка. взаимни размери.
Но иска повече. Напоследък най-много се интересувам от енергийни източници, приложими при преходи на висока географска ширина (обикновено ски) при зимни условия. В същото време бих искал да има съотношение мощност-тегло в кампанията, което позволява използването на съвременни устройства като PDA / GPS / радиокомуникации за всеки участник в кампанията, независимо от батериите. Организирането на ритуално алтернативно зареждане на батериите вечер на огън / горелка за всички устройства едва ли е реалистично. Като маломощен / авариен източник на електроенергия, термогенераторите са подходящи, но не толкова като колективна електроцентрала. Освен това бих искал да има "безусловен" източник на захранване - който да не изисква предварително осветление и т.н.
1) съхранението на несвързани елементи, дори при значителни отрицателни температури, практически не причинява влошаване на капацитета им.
2) Напрежението на прекъсване от 0,8 V, обикновено считано за напрежение на разредена батерия, изобщо не означава пълно разреждане - електричеството може да бъде взето от батерията допълнително. Особено след катоние не се интересуваме от необратими процеси в батерията - няма да я презареждаме, а просто я изхвърляме (изхвърляме!), когато се изтощи.
3) Максимален живот на батерията се постига в режим на постоянна мощност (не в режим на постоянно съпротивление или постоянно натоварване).
И ми хрумна идея - да направя "ампулен" енергиен източник, захранван от една АА (ААА) батерия, и да го "смуча" "на сухо". Ясно е, че 1.2-1.4V изходно напрежение на един елемент не е достатъчно за захранване на всяко оборудване, необходим е преобразувател на напрежение. Той също така ще ни предостави режим на „постоянна консумация на енергия“. Купих много добри преобразувателни микросхеми NCP1400A в terraelectronics (www.terraelectronica.ru), разпространих и поръчах печатна платка от www.tabe.ru и сглобих преобразувателя.
Платката на печатната платка не я цитирам, защото там няма изходен диод. Но и схемата и платката са примитивни, ако някой има нужда да пише, пращам. Ако имате ръце - изобщо не е проблем. Е, ако няма ръце, дори и най-подробните инструкции няма да помогнат на J.
Първите модули ампулни източници :) .(засега без изходен диод). Размерът на платката отговаря на батерия AAA.
Идеологията на използването на източника "ампула" е следната:
Единицата за потребление на енергия е 1 елемент АА (ААА). Преди пътуването елементите се опаковат (запояват) един по един в целофан. Можете да добавите пържен силикагел J или оризови зърна (като абсорбент на влага). Ако е необходимо електричество, 1 елемент се изважда от опаковката и се зарежда в преобразувателя. Един елемент DURACELL AA е достатъчен за около 6 часа при изходни параметри на преобразувателя 5V, 0.1A (приемаме 70% ефективност на преобразувателя и лентата). Това са изчислени стойности, експерименталните ще бъдат по-късно. Каквохарактеристики на предложения метод за организиране на захранването?
1) Тъй като се използва 1 клетка, нейният капацитет може да бъде максимизиран в сравнение със схеми, съдържащи множество клетки, свързани последователно (чийто капацитет може да се използва до най-лошата от клетките).
2) Малките размери на източника позволяват „регистрирането“ му във вътрешния джоб на дрехите, което дава възможност да се осигури комфортна за електрохимичните елементи температура (което също така увеличава ефективния капацитет).
3) Източникът е всеяден. Всички батерии с подходящ размер могат да се използват без загуба на потребителските свойства на източника (включително въглеродни батерии).
4) Параметрите на използваните микросхеми на преобразувателя позволяват „изстискване“ на всякакви батерии.
1) Мощността на източника е ограничена до 0,5 W. Паралелното свързване на източници, ако е възможно, изисква допълнителни изследвания.
Възнамерявам да използвам източника "ампула" за една от идеите си - комплекс за навигационна безопасност за пътувания на голяма ширина. Смисълът на идеята е да предостави на ВСИЧКИ участници в кампанията информация за взаимното им разположение и положението им на земното кълбо. Комплексът се състои от GPS приемник с контролер („компютър“) и трансивър (като цяло е готов, но няма да навлизам в технически подробности тук). GPS-приемникът се поставя в раница или на шейна от един от участниците. Всеки от участниците в кампанията носи със себе си (в джоба) малко устройство (с размерите на кибритена кутийка) с трансивър и свързани към него слушалки. Устройството осигурява радиовръзка между участниците, както и предварително зададени сигнали, дава сигнали за корекция на курса и аларми при загуба на сигнала от някой от участниците.В същото време системата работи и като лавинен щифт. Описаните функции на комплекса са това, което лично на мен ми липсва при преходи на голяма ширина (преходи в безлесна зона) в условия на лоша видимост:
- увереност, че никой не е изоставен, без да има нужда постоянно да се оглежда назад;
- възможност за постоянна корекция на хода на движение без спиране, изваждане от джоба и включване на GPS и др. В този случай курсът към дестинацията се коригира естествено в процеса на движение (за разлика от магнитния курс).
Ако нещо не е ясно, или обратното :) - най-лесният начин да се свържете с мен е по имейл. поща, посочена в страницата Контакти.