Теплогенератор это. Теплогенераторы: виды, принцип работы и самостоятельное изготовление

Что такое теплогенератор и как он работает. Какие бывают виды теплогенераторов. Как сделать вихревой теплогенератор своими руками. Где применяются теплогенераторы.

Что такое теплогенератор и как он работает

Теплогенератор — это устройство для нагрева теплоносителя (обычно воды или воздуха) путем преобразования различных видов энергии в тепловую. По принципу работы теплогенераторы делятся на два основных типа:

• Статические — нагрев происходит за счет сопел на входе и выходе центробежного насоса
• Роторные (вихревые) — нагрев происходит за счет вращения ротора и завихрений жидкости

Роторные теплогенераторы более эффективны — их теплоотдача на 30% выше, чем у статических. Принцип работы основан на преобразовании механической энергии вращения в тепловую за счет трения и кавитации жидкости.

Основные виды и конструкции теплогенераторов

По конструкции и назначению различают следующие виды теплогенераторов:

• Газовые — работают на природном или сжиженном газе
• Электрические — преобразуют электроэнергию в тепловую
• Твердотопливные — используют дрова, уголь, пеллеты
• Жидкотопливные — работают на дизельном топливе или мазуте
• Комбинированные — могут работать на разных видах топлива

По способу нагрева теплоносителя выделяют:

• Прямые теплогенераторы — нагревают воздух непосредственно в камере сгорания
• Непрямые теплогенераторы — нагревают промежуточный теплоноситель (воду), который затем нагревает воздух

Применение теплогенераторов в промышленности и быту

Основные области применения теплогенераторов:

• Отопление промышленных цехов, складов, ангаров
• Обогрев теплиц и сельскохозяйственных помещений
• Сушка различных материалов и продукции
• Отопление жилых и общественных зданий
• Нагрев воды для технологических нужд
• Создание микроклимата на стройплощадках

Теплогенераторы позволяют эффективно и экономично обогревать большие помещения. Они компактны, мобильны и просты в обслуживании.

Преимущества и недостатки теплогенераторов

Основные достоинства теплогенераторов:

• Высокий КПД — до 95%
• Быстрый нагрев помещений
• Экономичность и энергоэффективность
• Автономность работы
• Простота конструкции и обслуживания
• Возможность работы на различных видах топлива

Недостатки теплогенераторов:

• Необходимость организации отвода продуктов сгорания
• Шум при работе некоторых моделей
• Высокая стоимость мощных промышленных установок
• Потребность в регулярном техобслуживании

Как сделать вихревой теплогенератор своими руками

Для самостоятельного изготовления вихревого теплогенератора можно использовать обычный центробежный насос, доработав его конструкцию. Основные этапы:

1. Разборка насоса и снятие рабочего колеса
2. Изготовление ротора с отверстиями по специальной методике
3. Доработка корпуса насоса
4. Сборка теплогенератора с новым ротором
5. Регулировка и испытания

Важно соблюдать точность при изготовлении деталей и сверлении отверстий в роторе. От этого зависит эффективность работы самодельного теплогенератора.

Принцип работы вихревого теплогенератора

Вихревой теплогенератор работает следующим образом:

• При вращении ротора создаются завихрения жидкости
• В узких зазорах между ротором и статором возникает трение
• Образуются кавитационные пузырьки, которые схлопываются
• Механическая энергия вращения преобразуется в тепловую
• Жидкость нагревается и циркулирует по системе отопления

За счет интенсивного вихревого движения теплоносителя достигается высокий КПД преобразования энергии. Эффективность повышается при правильном расчете геометрии ротора и статора.

Расчет и проектирование теплогенераторов

При расчете теплогенератора учитываются следующие параметры:

• Требуемая тепловая мощность
• Вид используемого топлива
• Конструкция камеры сгорания
• Тип и производительность горелочного устройства
• Характеристики теплообменника
• Аэродинамическое сопротивление

Проектирование теплогенератора включает:

1. Тепловой расчет
2. Аэродинамический расчет
3. Подбор вентилятора
4. Расчет горелочного устройства
5. Проектирование автоматики управления

Правильный расчет позволяет создать эффективный теплогенератор с оптимальными характеристиками для конкретных условий применения.

Эксплуатация и обслуживание теплогенераторов

Для безопасной и эффективной работы теплогенератора необходимо:

• Регулярно проводить техническое обслуживание
• Очищать камеру сгорания и теплообменник
• Проверять работу автоматики безопасности
• Контролировать давление теплоносителя
• Своевременно заменять фильтры
• Следить за герметичностью дымоходов

При правильной эксплуатации современные теплогенераторы обеспечивают надежное и экономичное теплоснабжение в течение длительного срока службы.

Теплогенератор — это… Что такое Теплогенератор?

Теплогенератор — нагревательный аппарат, предназначенный для непосредственного получения нагретого теплоносителя в процессе сжигания различных видов топлива. Применяется для индивидуального отопления и горячего водоснабжения помещений или небольших зданий различного назначения.

Устройство теплогенератора

Как правило, теплогенератор состоит из камеры сгорания с воздушным теплообменником, горелки и вентилятора центробежного или осевого. Топливом для теплогенератора может служить природный газ, дизельное топливо или отработанное масло в зависимости от типа используемой горелки.

Горячие газы, полученные в камере сгорания, направляются в теплообменник и далее в дымоход. Теплообменник, в свою очередь, обдувается воздушным потоком, создаваемым вентилятором, нагревая его. Нагретый воздух распределяется по помещению через решетки в корпусе теплогенератора или через систему подключенных к нему вентиляционных каналов. При этом достигается увеличение температуры подаваемого воздуха на 20 — 70К (для спец.задач до 150), что позволяет устраивать на базе теплогенераторов также и системы приточной вентиляции помещений.

Тепловая мощность теплогенераторов лежит в диапазоне от 20 до 1000 кВт. Примерно до 300 (400) кВт теплогенераторы изготавливаются в едином корпусе, от 350 (400) кВт теплогенераторы для транспортировки делят на секцию нагрева (теплообменника) и секцию вентиляторов.

Статическое давление на выходе из теплогенератора определяется мощностью вентилятора (вентиляторов). В зависимости от нагрузки (вентиляционной системы), статическое давление может быть различными и лежит в диапазоне от 100 до 2000 Па.

Для работы в системах приточной вентиляции, теплогенератор может оснащаться камерой сгорания и теплообменником из нержавеющей стали и устройством отвода конденсата. Это необходимо, если теплообменник сильно охлаждается (при температуре продуктов сгорания на выходе после теплообменника ниже 140-160K). При постоянном (номинальном) расходе воздуха, повышенное охлаждение теплообменника может происходить за счёт холодного воздуха на входе перед теплообменником (ниже 0 С) или за счёт понижения тепловой мощности ниже 60-65 % от максимальной паспортной ( номинальной ) даже при работе на 100% рециркулируемом воздухе.

Область применения теплогенераторов

Теплогенераторы применяют, в основном, для организации воздушного отопления и вентиляции промышленных, торговых и складских помещений большого объема, сушки материалов и других технологических процессов, требующих подачи больших масс нагретого воздуха.

См. также

Теплогенератор Шаубергера

Теплогенератор Григгса

Теплогенератор Потапова

Экономический эффект

Нейтральность этого раздела статьи поставлена под сомнение. На странице обсуждения должны быть подробности.

Использование теплогенераторов для воздушного отопления позволяет добиться существенного снижения затрат. В общем случае система отопление и/или вентиляции (для объёмных помещений) реализованная на основе воздушных теплогенераторов всегда дешевле, чем устройство котельной + водяные калориферы (воздушно-отопительные агрегаты) и/или водяные приточные/приточно-вытяжные установки аналогичной тепловой мощности. Отсутствие жидкости в качестве теплоносителя снимает риск протечек и разморозки системы, упрощает обслуживание системы.

Размещение теплогенератора в непосредственной близости или внутри отапливаемого помещения сокращает потери на транспортировку тепла от котельной, вся система отопления менее инерционная, позволяет более эффективно автономно, локально регулировать температуру (и другие параметры) внутри помещения.

В целом, система отопления, выполненная на базе теплогенератора, оказывается выгоднее водяной в установке и эксплуатации (для объёмных помещений, помещений с большими кратностями воздухообмена).

Ссылки

теплогенератор — это… Что такое теплогенератор?

теплогенератор

3.3 теплогенератор: Газовый водонагреватель, предназначенный для индивидуального отопления и горячего водоснабжения помещения.

Смотри также родственные термины:

теплогенератор (котел) — источник теплоты тепловой мощностью до 100 кВт, в котором для нагрева теплоносителя, направляемого в системы теплоснабжения, используется энергия, выделяющаяся при сгорании газового топлива;

3.38 теплогенератор (котел) : Источник теплоты, в котором для нагрева теплоносителя, направляемого потребителю, используется теплота, выделяющаяся при сгорании топлива или образующаяся за счет преобразования электрической энергии;

3.1.35 теплогенератор с двойным контуром (heat generator with double service): Теплогенератор, обеспечивающий тепловой энергией две разные системы, например, систему отопления помещений и систему бытового горячего водоснабжения в режиме поочередной или одновременной комбинированной работы.

теплогенератор типа «В»* — теплогенератор с открытой камерой сгорания, подключаемый к индивидуальному дымоходу, с забором воздуха для горения топлива непосредственно из помещения, в котором теплогенератор установлен;

теплогенератор типа «С»* — теплогенератор с закрытой камерой сгорания, в котором дымоудаление и подача воздуха для горения осуществляются за счет встроенного вентилятора. Система сжигания газового топлива (подача воздуха для горения, камера сгорания, дымоудаление) в этих теплогенераторах газоплотна по отношению к помещениям, в которых они установлены;

___________

* Согласно европейской классификации по CEN/CR /749.2000.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

Синонимы:

• тепловычислитель
• теплогенератор (котел)

Смотреть что такое «теплогенератор» в других словарях:

• теплогенератор — теплогенератор …   Орфографический словарь-справочник

• Теплогенератор — нагревательный аппарат, предназначенный для непосредственного получения нагретого теплоносителя в процессе сжигания различных видов топлива. Применяется для индивидуального отопления и горячего водоснабжения помещений или небольших зданий… …   Википедия

• теплогенератор — сущ., кол во синонимов: 2 • генератор (63) • электротеплогенератор (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

• Теплогенератор — (котел) Источник теплоты (котел) теплопроизводительностью до 100 кВт, в котором для нагрева теплоносителя, направляемого потребителю, используется тепло, выделяющееся при сгорании топлива. Источник: СНиП 41 01 2003 EdwART. Словарь терминов и… …   Словарь черезвычайных ситуаций

• теплогенератор — м. Машина, вырабатывающая тепло I 1. и нагнетающая тёплый воздух в какое либо помещение. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 …   Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

• теплогенератор — теплогенер атор, а …   Русский орфографический словарь

• теплогенератор — а, ч. Машина, що виробляє тепло і нагнітає теплий потік повітря …   Український тлумачний словник

• теплогенератор — а; м. Машина, вырабатывающая тепло и нагнетающая тёплый поток воздуха. Использовать т. для временного отопления. Применение воздушных теплогенераторов …   Энциклопедический словарь

• теплогенератор — а; м. Машина, вырабатывающая тепло и нагнетающая тёплый поток воздуха. Использовать теплогенера/тор для временного отопления. Применение воздушных теплогенераторов …   Словарь многих выражений

• теплогенератор типа «В» — теплогенератор типа «В»* теплогенератор с открытой камерой сгорания, подключаемый к индивидуальному дымоходу, с забором воздуха для горения топлива непосредственно из помещения, в котором теплогенератор установлен; Источник: СП 41 108 2004:… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Что такое теплогенераторы? Назначение, виды, характеристики, принцип работы воздушных твердотопливных теплогенераторов

Теплогенерыторы для воздушного отопления: применение, конструкция, виды и правила выбора

Одним из условий создания комфортной среды в помещении является поддержание оптимальной температуры. Это важно не только в жилых домах, но и в офисных, производственных и складских зданиях. Иначе находиться и работать в таких местах будет трудновыполнимо. С этой задачей успешно справляются теплогенераторы для воздушного отопления.

На сегодняшний день данный тип теплогенераторов пользуется спросом за счет относительно небольшой стоимости топлива и простоты монтажа. Их универсальность и безопасность позволяет отапливать помещения любого типа.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Твердотопливный теплогенератор имеет достаточно широкую область применения:

обогрев каркасно-тентовых конструкций: шатров, ангаров для хранения и обслуживания техники и т.д.;отопление сразу нескольких помещений в одном здании с помощью системы воздуховодов для распределения и вытяжки воздуха;обогрев производственных и складских помещений, цехов, баз для хранения овощей и фруктов;отопление теплиц и парников.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Твердотопливный воздушный котел теплогенератор имеет собственную камеру сгорания, в которой работает горелка. Полученные горячие газы поступают в теплообменник. Предусмотренный в конструкции вентилятор создает воздушные массы, которые поступают и нагреваются в теплообменнике. В дальнейшем идет распределение нагретого воздуха по всему отапливаемому помещению. Происходит это через подключенные к теплогенератору вентиляционные каналы, либо через простой отвод из трубы.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

По сути теплогенераты являются обычными воздушными котлами. Особенность конструкции состоит в наличии камеры сгорания, что в тандеме с вентилятором позволяет вырабатывать чистый теплый воздух без газообразных веществ, образующихся в процессе горения. Все полученные вещества от продуктов горения утилизируются с помощью дымовой трубы.

ДОСТОИНСТВА ОБОРУДОВАНИЯ

 теплогенератор на пеллетах является недорогой альтернативой газовому и электрическому оборудованию, так как отопление осуществляется доступным экологически чистым топливом; при активной работе отсутствуют неприятные запахи, пыль и сквозняк; быстрый нагрев помещений за счет большой эффективности; подходят для обогрева любого типа зданий и сооружений; современные модели дают возможность установить фиксированное значение температуры в ночное и дневное время суток;предусмотренный в конструкции контроллер следит за поддержанием температуры и исключает вероятность перегрева;небольшие расходы на эксплуатацию и монтаж;при покупке дополнительных модулей можно управлять теплогенератором через компьютер и телефон.

ПРАВИЛА ВЫБОРА

Перед покупкой теплогенератора необходимо учесть ряд важных фактором, а именно:

1. Объем отапливаемого помещения. От этого будет зависеть необходимая тепловая мощность.
2. Габариты оборудования.
3. Вид, стоимость и расход твердого топлива.
4. Необходимая температура в помещении.

Твердотопливные теплогенераторы относятся к самым эффективным и недорогим вариантам отопления. Долговечность, безопасность и простота в эксплуатации являются очевидными преимуществами данного типа оборудования.

Газовый теплогенератор — CARLIEUKLIMA

Газовый теплогенератор служит для теплоснабжения хозяйственно бытовых, торговых и промышленных помещений посредством прямого нагрева воздушной массы и нагнетания её в помещение.Теплогенераторы классифицируются по разным конструктивным особенностям и назначению.

КАТАЛОГ CARLIEUKLIMA

Газовый теплогенератор, или как его ещё принято называть газовый воздухонагреватель, уже многие годы идеально вписывается в автономную систему отопления торговых и промышленных помещений самого разного назначения. Газовые теплогенераторы для воздушного отопления имеют определённую классификацию и конструктивные особенности. Спрос, как известно, рождает предложение. Поэтому на сегодняшний день рынок отопительной техники и оборудования предлагает большой номенклатурный ряд газовых теплогенераторов.

Теплогенератор устройство.

Схема теплогенератора

Газовый теплогенератор, а точнее его устройство основано на принципе прямого нагрева воздушной массы и принудительной её подачи в помещение с помощью центробежного или осевого вентилятора. В основе  теплогенератор устройство лежит использование газогорелочного механизма.

• Газовая горелка, с помощью которой энергия сгораемого топлива используется для нагрева воздушной массы в специальном теплообменнике агрегата.
• Вентилятор продувочный, с помощью которого нагретый воздух нагнетается в помещение, а также поддерживается бесперебойное качественное сгорание газа в процессе работы горелки (если применяется горелка атмосферного типа).
• Камера сгорания, обеспечивающее полноценное сгорание природного газа, используемого в качестве топлива, для передачи энергии воздушной массе, т.е. ей нагрева.
• Теплообменник, обеспечивающий обмен теплом теплогенератора с помещением. Именно это устройство теплогенератора позволяет предотвратить возможный перегрев камеры сгорания.
• Вентилятор для отвода продуктов горения, служащий принудительному выбросу дымовых газов, возникающих в процессе сжигания топлива.
• Корпус теплогенератора, составляющего в определённой степени участки воздушного канала, предназначенного для направленной подачи нагреваемого воздуха в помещение.

В основу принципа работы газового теплогенератора заложены следующие аспекты:

• При помощи вентилятора холодный уличный воздух, а в некоторых случаях, в зависимости от заданных критериев, воздух из помещения, попадает в нагревательный элемент.
• В процессе работы газовой горелки, воздух нагревается и поднимается к теплообменнику.
• Продувочный вентилятор нагнетает нагретый воздух в помещение по воздуховоду через специальный клапан.

Хочется отметить, что использование воздушных отопительных агрегатов позволяет избежать таких проблем, как контроль за теплоносителем и состоянием оборудования, которое может быть подвержено коррозии. Применение воздухонагревателя в качестве отопительного прибора также исключает возможность размораживания системы, как это бывает с традиционными гидравлическими устройствами.

Виды теплогенераторов.

На сегодняшний день различают газовые теплогенераторы мобильного типа и стационарные теплогенераторы. Первые являются мало востребованными и узко специализированными по причине того, что для эксплуатации данных приборов необходимо применение газовых баллонов. Баллона хватает на непродолжительное количество времени, что влечёт за собой периодичность в его замене.

Популярными, распространёнными и эффективными являются стационарные газовые теплогенераторы. Именно эти отопительные приборы по праву носят статус энергоэффективного и надёжного оборудования. Они классифицируются на напольные и подвесные.

Подвесной теплогенератор является компактным отопительным прибором и размещается, как правило на специальной консоли или цепях, как внутри, так и снаружи помещения. Способ размещения и типа установки зависит от множества факторов, связанных с архитектурными особенностями помещения, со спецификой инженерных коммуникаций и с промышленно эстетическими параметрами помещения.

Стационарные газовые теплогенераторы классифицируются по типу исполнения, поэтому различают воздухонагреватели вертикального исполнения и теплогенераторы горизонтального типа. И первые и вторые теплогенераторы можно устанавливать, как на полу, так и на специальной раме, которую в некоторых случаях фиксируют на определённых высотах. Выбор способа монтажа зависит от технических условий, стеснённости места установки и рекомендаций специалистов.

Подвесной теплогенератор Eugen S

Напольный теплогенератор Eugen B

Воздухонагреватель газовый и его плюсы.

• Использование самого доступного топлива, — природного газа
• Воздух в качестве теплоносителя, что делает применение теплогенератора самым безопасным
• Процессы, сопровождаемые работу газового теплогенератора, автоматизированы и управляемы
• Возможность сокращать расходы на использование топлива посредством применения любого типа газовой горелки, а также возможностью интеллектуального погодозависимого управления работой теплогенератора
• Возможность применять теплогенератор в качестве вентиляционного оборудования параллельно с нагревом воздуха
• Наличие максимальной энергоэффективности применения газового теплогенератора даже в частных домах и коттеджах.

Теплогенератор газовый для дома.

На сегодняшнем рынке отопительного оборудования и техники представлено огромное количество не только модификаций того или иного отопительного оборудования, но и принципиально разных, по своему типу теплоснабжения, приборов. В последнее время всё чаще и чаще владельцы частных домов и коттеджей выбирают именно воздушные газовые теплогенераторы взамен традиционным водяным системам отопления. Это связано и с существенными плюсами применения газовых теплогенераторов и с изменениями принципа рынка теплотехники в России.

Для подбора теплогенератора в жилой дом, да и в любое другое помещение, основным параметром, определяющим воздухонагревательный прибор, будет являться его тепловая мощность. Детально правильный и точный расчёт этого и многих других исходных критериев для помещения носит название Расчёт потребности в тепле и топлива. Для более простого способа можно вычислить теплоёмкость помещения.

Рассмотрим пример, в котором нам необходимо подобрать газовый теплогенератор для помещения площадью 100 м2. Возьмём высоту потолка 5 м, температуру, требуемую внутри помещения 20 градусов по Цельсию и самую низкую температуру на улице в зимний период -20 градусов. Для нашей формулы необходимо учитывать значение коэффициента строительных перекрытий, поэтому для нашего примера мы возьмём K-2,3; который соответствует кирпичу.

Р=VхΔTхk/860

Р = 100x5x40x2,3/860 = 53,48 кВт.

Такой простой формулой можно определить укрупнённый параметр тепловой мощности требуемого теплогенератора. Но кроме этого основного параметра, определяющего модель воздухонагревателя, потребуется понимание того, как будет размещаться теплогенератор (вертикально или горизонтально), внутри помещения или на улице, какая производительность вентилятора будет необходима для создания достаточного и комфортного воздушного потока по помещению. Важным определяющим комплектацию прибора параметром, а следовательно его цену, будет являться выбор той или иной горелки.

Газовая горелка теплогенератора.

Горелочное устройство в газовый теплогенератор может быть в трёх модификациях:

• Одноступенчата газовая горелка
• Двухступенчатая газовая горелка
• Модулируемая газовая горелка

Каждая из выбранных будет определять не только точность настройки и регулирования температуры, но и расхода газа, так как одноступенчатая горелка будет работать лишь в одном диапазоне расхода, двухступенчатая сможет эксплуатироваться в двух стадиях, а модулируемая позволит приводить расход топлива к максимальному соответствию заданной на пульте управления теплогенератором, температуре. Кроме этого более высокий класс горелки позволит существенно увеличить ресурс бесперебойной работы прибора.

---

Для получения подробной консультации по воздушной системе отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также подобрать Газовый теплогенератор, звоните по телефону +79603507799 ИЛИ НАПРАВЬТЕ СВОЁ ОБРАЩЕНИЕ НА ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ [email protected]

применение, принцип работы и как сделать его самостоятельно

По своей сути теплогенератор это центробежный насос, только немного измененный. Есть два вида теплогенераторов статический и роторный (вихревой). Их отличие состоит в том, что в статорном жидкость нагревается за счет сопел установленных на входе и выходе центробежного насоса. У роторного вода греется за счет оборотов насоса и маленького расстояния промеж статора и ротора, а также завихрений воды создаваемые ротором. Сейчас существует множество теплогенераторов с различными роторами и соплами, но принцип работы остается неизменным. В отличие от статорного теплогенератора у роторного теплоотдача больше примерно на 30%. Поэтому в этой статье подробно рассказано о том как самому можно сделать вихревой теплогенератор на примере электронасосного агрегата Х65−50−160Р.

Чтобы было понятнее, как сделать генератор, рассмотрим самую простую конструкцию по методу Л. П. Фоминского.Прежде всего нужно будет на токарном станке выточить стальное кольцо 8 и прижимную втулку 10 с наружным диаметром 40 мм и внутренним 28 мм (рис.10). Кроме того еще и самую важную часть, ротор из углеродистой стали (рис.1). Также нужен будет статор, который может быть сварным, но в идеале он вытачивается монолитным.

Его внутренний диаметр должен быть на 2 мм больше наружного диаметра ротора.

Разборка насоса

• В первую очередь необходимо снять муфту 3 с вала электродвигателя 2 (рис.10) и снять сам насос 1 с плиты 4.
• После чего раскрутить болты 34 (рис 11) и разъединить правую 4 и левую 5 половинки корпуса насоса. Левую половинку можно убрать сразу, больше она не понадобится.
• После этого необходимо очень осторожно снять рабочее колесо 1 с вала 23, откручивая его за лопатки и одновременно придерживая полумуфту, расположенную, на другом конце вала 23 от прокручивания.
• Если руками отвернуть не получается сделать это можно при помощи металлического рычага (ломика). Заложить рычаг между лопастями рабочего колеса 1 таким образом, чтобы края рычага выступали на одинаковую длину.
• В отверстия муфты на противоположной стороне вала нужно вставить 2 металлических стержня и между ними заложить второй рычаг, уперев при этом один его край в землю.
• Далее нужно осторожно проворачивать оба рычага против часовой стрелки. Не нужно давить слишком сильно на рычаги, так как можно погнуть вал 23. Открученное рабочее колесо 1 может еще понадобиться если захотите сделать более сложную, но эффективнее работающую конструкцию теплогенератора.
• После этого можно отвернуть со шпилек гайки 3 и разъединить правую половину корпуса насоса 4 с корпусом подшипников 2 (рис. 11). Правая половина также больше не понадобится.

Переходим к рисунку 5. Здесь чугунный корпус подшипников обозначен как позиция 1. К нему крепится корпус 2 генератора при помощи шпилек 3, пружинных шайб и гаек. Между ними установлена прокладка 6, изготовленная из паронита (фторопласта). Ее толщина должна быть такой, чтобы при сборке упор приходился на нее, а не на резиновую футеровку гуммированной поверхности корпуса 5. На вал 4 одето стальное кольцо 8, резиновое кольцо 9 и прижимная втулка 10. На месте рабочего колеса стоит ротор 7. Длина втулки 10 должна быть такой, чтобы при накручивании ротора на вал, уплотнительное кольцо 9 сжималось и не давало просачиваться жидкости при работе агрегата. Оптимальная длина втулки 10 считается такой, когда после прикручивания ротора между торцом ротора 7 и торцом втулки 10 остается зазор в 0,5 мм. Размер 37 мм, обозначен звездочкой и указывает длину выступления вала 4 за пределы корпуса 1. Размер 22 мм обозначает длину резьбы на конце вала 4.

Сверление отверстий в роторе

Очень важным моментом является сверлении отверстий в роторе. На этом этапе остановимся подробнее. Итак, учтите следующие моменты:

• При сверлении отверстия М20Ч1,5 и нарезки в нем резьбы по центру ротора должна быть соблюдена максимальная соосность с его наружным диаметром и перпендикулярность оси к плоскости диска ротора (рис. 1).
• Сверлить это отверстие и нарезать резьбу нужно только на токарном станке. На рисунке 4 указано расположение глухих отверстий на торце ротора и его цилиндрической поверхности. Не стоит делать все отверстия сразу на торце ротора, а с двойным или даже четвертным шаге между ними.
• На цилиндрической поверхности отверстия могут быть диаметром 6−9 мм, обычно делаются 8 мм. Важно, чтобы они имели одинаковую глубину и диаметр, что избавит в дальнейшем от балансировки ротора, что является дорогим удовольствием. Для этого на сверло одевается трубка из металла, и сверло выступает из нее именно на ту глубину, которую следует просверлить. Идеальным вариантом будет сверлить их на станке, который имеет ограничения хода шпинделя.

Порядок сверления отверстий

Просверлив одно отверстие следующее нужно делать не рядом с ним, а с противоположной стороны. Это необходимо потому, что в процессе сверления, сверло изнашивается и следовательно глубина следующего отверстия будет немного меньше предыдущего. При сверлении таким образом, неравномерность усредняется, что дает избежать проблему с балансировкой ротора. Эти отверстия также не надо насверливать все сразу. Так же как и на плоском торце ротора их надо сверлить в 2 или 4 раза меньше чем на рисунке 4. После этого нужно собрать генератор с ротором и испытать его при этом можно будет рассчитать потребляемую мощность электродвигателя и рассчитать сколько еще надо высверлить отверстий.

Потребляемая мощность двигателя должна быть близкой к паспортной, но не превышать ее. Остальные отверстия сверлятся таким же образом, друг напротив друга. Назвать точное количество отверстий сразу нельзя, в связи с тем, что зазор между поверхностями диска ротора 7 и статора 12 в каждом отдельном случае при изготовлении генератора окажется не совсем таким, как на рисунке 5. А данный зазор очень много определяет при работе генератора и в том числе, величину гидродинамического сопротивления вращению ротора. Ведь ротор 7 накручен на вал 4, который держится с помощью подшипников, которые установлены в корпус 1, статор 12 оцентровывается обечайкой 14, которая, в свою очередь, оцентровывается выточкой в корпусе 2 теплогенератора. А корпус 2, в свою очередь, крепится на поверхность корпуса 1 узла подшипников и оцентровывается этой поверхностью. Она же была сделана на заводе с неизвестно какой точностью.

Корпус генератора

На рисунке 7 показан сварной корпус генератора. Если вы не понимаете в чертежах или не имеете токарного станка, то обратитесь к любому знающему толк в своем деле токарю, по представленным чертежам можно без проблем выточить все необходимые детали.

• Не нужно торопится и сваривать корпус сразу. Сначала нужно убедиться, что кольцо данного узла плотно садится в гнездо на плоском диске корпуса, которое имеет диаметр 275 мм.
• Плотная посадка нужна для соосности этих двух деталей. Также еще нужно правильно развернуть отверстие 16 мм и отверстия с резьбой М12 в кольце относительно друг друга (рис. 7).
• Отверстие 16 мм должно быть расположено не в верхней части генератора как показано на рисунке 2, а в нижней, сбоку от электродвигателя.

Крышка генератора и обечайка

Наружная крышка 18 генератора вытачивается из стали, в ней сверлятся 24 отверстия под болты 13 диаметром 6,5 мм. В центре имеет отверстие, к которому приварен штуцер для подачи воды.

Статор 12 крепится к корпусу генератора на 24 болта 13 (М6) через теплоизолирующую обечайку 14, которая центрирует сопрягаемые с ней детали (рис 5). Обечайка вытачивается из текстолита, в ней сверлятся 24 отверстия под болты 13 диаметром 6,5 мм. Также возможно выточить ее из стали или обрезка трубы, но тогда необходимо будет подложить прокладку 15 толщиной 1−2 мм из резины или другого изолирующего материала.

При сборке генератора плоскости крышки 18, статора 12, колец 16 и обечайки 14 промазывают влагостойким герметиком или клеем. Кольца 16 вытачивают из листовой стали толщина которой 1−2 мм и сверлят в них отверстия диаметром 6,5 мм. Диск 17 вытачивают из такой же стали и сверлят такие же отверстия под болты 13, кроме этого, в нем нужно просверлить еще 12 отверстий диаметром 10 мм.

Подсоединяется агрегат к системе отопления с помощью труб или шлангов, на выходе ставится градусник для контроля температуры воды на выходе (рис. 8).

Не стоит греть воду выше 70 градусов, так как при высокой температуре можно получить ожог от регистров отопления. Насос следует ставить на выходном патрубке, чтобы он высасывал воду из теплогенератора, а не выдавливал ее, так как в этом случае теплоотдача повышается примерно на 30%.

Получается, что сделать теплогенератор самому не такая тяжелая задача как может показаться на первый взгляд. Самое главное это не спешить и хорошо разобраться с устройством и принципом работы агрегата. Ну и, конечно, точность выточенных деталей тоже стоит не на последнем месте. Особой точности требует ротор, если его выточить неправильно, тогда при работе агрегата будет повышенная вибрация и в первую очередь будет разбивать подшипники.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Виды теплогенераторов и сфера их применения

Виды теплогенераторов и сфера их применения

Очевидно, что в современной жизни основным источником обогрева является центральное отопление. Но что делать, если отопление не подведено? Как зимой обогреть строящееся здание, когда в нем работают люди и как с минимальными затратами протопить большой ангар или хотя бы простой гараж? Решением данной проблемы стали мобильные и практичные в использовании передвижные теплогенераторы. Такой способ обогрева быстро набрал популярность в России и сегодня он уже является одним из наиболее востребованных. Об этом говорит и тот факт, что сегодня калориферы активно используются даже в ЖКХ, армии и МЧС, для отопления помещений и складов, а так же для использования теплогенераторов, как резервный автономный источник тепла. А некоторые процессы в быту, например установка натяжных потолков, уже с трудом представляются выполнимыми без мощного теплового оборудования.

Теплогенераторы, они же калориферы или тепловые пушки, предназначены для отопления и поддержания нужной температуры в помещениях и на открытых площадках, путем нагнетания горячего воздуха. Они могут выступать, как основной источник тепла, при отсутствии отопления и как дополнительный источник обогрева. Сама идея тепловых пушек не нова, но ранее подобные изделия производились только за рубежом, преимущественно в Италии и Германии и цена экспортных теплогенераторов уже в России была высокой, за счет таможенных пошлин и транспортных расходов. 

Теплогенератор – это серьезный отопительный прибор, рассчитанный, как правило, на профессиональное использование. Его эксплуатация в определенной степени связана с риском для здоровья и жизни людей. В связи с этим, обязательным условием является соблюдение техники и правил пожарной безопасности, обозначенных в техническом паспорте к каждому изделию.

Ознакомиться с существующими видами теплогенераторов и их применением, можно в подразделах:

Кавитационный теплогенератор: устройство, принцип работы, виды

Для отопления помещений или нагрева жидкостей зачастую применяются классические приспособления – тэны, камеры сгорания, нити накаливания и т.д. Но наряду с ними применяются устройства с принципиально иным типом воздействия на теплоноситель. К таким устройствам относится кавитационный теплогенератор, работа которого заключается в формировании пузырьков газа, за счет которых и возникает выделение тепла.

Устройство и принцип работы

Принцип действия кавитационного теплогенератора заключается в эффекте нагрева за счет преобразования механической энергии в тепловую. Теперь более детально рассмотрим само кавитационное явление. При создании избыточного давления в жидкости возникают завихрения, из-за того, что давление жидкости больше чем у содержащегося в ней газа, молекулы газа выделяются в отдельные включения – схлопывание пузырьков. За счет разности давления вода стремиться сжать газовый пузырь, что аккумулирует на его поверхности большое количество энергии, а температура внутри достигает порядка 1000 — 1200ºС.

При переходе кавитационных полостей в зону нормального давления пузырьки разрушаются, и энергия от их разрушения выделяется в окружающее пространство. За счет чего происходит выделение тепловой энергии, а жидкость нагревается от вихревого потока. На этом принципе основана работа тепловых генераторов, далее рассмотрите принцип работы простейшего варианта кавитационного обогревателя.

Простейшая модель

Рис. 1: Принцип работы кавитационного теплогенератора

Посмотрите на рисунок 1, здесь представлено устройство  простейшего кавитационного теплогенератора, который  заключается в нагнетании насосом воды к месту сужения трубопровода. При достижении водяным потоком сопла давление жидкости значительно возрастает и начинается образование кавитационных пузырьков. При выходе из сопла пузырьки выделяют тепловую мощность, а давление после прохождения сопла значительно снижается. На практике может устанавливаться несколько сопел или трубок для повышения эффективности.

Идеальный теплогенератор Потапова

Идеальным вариантом установки считается теплогенератор Потапова, который имеет вращающийся диск (1) установленный напротив стационарного (6). Подача холодной воды осуществляется с трубы расположенной внизу (4) кавитационной камеры (3), а отвод уже нагретой с верхней точки (5) той же камеры. Пример такого устройства приведен на рисунке 2 ниже:

Рис. 2: кавитационный теплогенератор Потапова

Но широкого распространения устройство не получило из-за отсутствия практического обоснования его работы.

Виды

Основная задача кавитационного теплогенератора – образование газовых включений, а от их количества и интенсивности будет зависеть качество нагрева. В современной промышленности существует несколько видов таких теплогенераторов, отличающихся принципом выработки пузырьков в жидкости. Наиболее распространенными являются три вида:

• Роторные теплогенераторы – рабочий элемент вращается за счет электропривода и вырабатывает завихрения жидкости;
• Трубчатые – изменяют давление за счет системы труб, по которым движется вода;
• Ультразвуковые – неоднородность жидкости в таких теплогенераторах создается за счет звуковых колебаний низкой частоты.

Помимо вышеперечисленных видов существует лазерная кавитация, но промышленной реализации этот метод еще не нашел. Теперь рассмотрим каждый из видов более детально.

Роторный теплогенератор

Состоит из электрического двигателя, вал которого соединен с роторным механизмом, предназначенным для создания завихрений в жидкости. Особенностью роторной конструкции является герметичный статор, в котором и происходит нагревание. Сам статор имеет цилиндрическую полость внутри – вихревую камеру, в которой происходит вращение ротора. Ротор кавитационного теплогенератора представляет собой цилиндр с набором углублений на поверхности, при вращении цилиндра внутри статора эти углубления создают неоднородность в воде и обуславливают протекание кавитационных процессов.

Рис. 3: конструкция генератора роторного типа

Количество углублений и их геометрические параметры определяются в зависимости от модели вихревого теплогенератора. Для оптимальных параметров нагрева расстояние между ротором и статором составляет порядка 1,5мм. Данная конструкция является не единственной в своем роде, за долгую историю модернизаций и улучшений рабочий элемент роторного типа претерпел массу преобразований.

Одной первых эффективных моделей кавитационных преобразователей был генератор Григгса, в котором использовался дисковый ротор с несквозными отверстиями на поверхности. Один из современных аналогов дисковых кавитационных теплогенераторов приведен на рисунке 4 ниже:

Рис. 4: дисковый теплогенератор

Несмотря на простоту конструкции, агрегаты роторного типа достаточно сложные в применении, так как требуют точной калибровки, надежных уплотнений и соблюдения геометрических параметров в процессе работы, что обуславливает трудности их эксплуатации. Такие кавитационные теплогенераторы характеризуются достаточно низким сроком службы – 2 — 4 года из-за кавитационной эрозии корпуса и деталей. Помимо этого они создают достаточно большую шумовую нагрузку при работе вращающегося элемента. К преимуществам такой модели относится высокая продуктивность – на 25% выше, чем у классических нагревателей.

Трубчатые

Статический теплогенератор не имеет вращающихся элементов. Нагревательный процесс в них происходит за счет движения воды по трубам, сужающимся по длине или за счет установки сопел Лаваля. Подача воды на рабочий орган осуществляется гидродинамическим насосом, который создает механическое усилие жидкости в сужающемся пространстве, а при ее переходе в более широкую полость возникают кавитационные завихрения.

В отличии от предыдущей модели трубчатое отопительное оборудование не производит большого шума и не изнашивается так быстро. При установке и эксплуатации не нужно заботиться о точной балансировке, а при разрушении нагревательных элементов их замена и ремонт обойдутся куда дешевле, чем у роторных моделей. К недостаткам трубчатых теплогенераторов относят значительно меньшую производительность и громоздкие габариты.

Ультразвуковые

Данный тип устройства имеет камеру-резонатор, настроенную на определенную частоту звуковых колебаний. На ее входе устанавливается кварцевая пластина, которая производит колебания при подаче электрических сигналов. Вибрация пластины создает волновой эффект внутри жидкости, который достигая стенок камеры-резонатора и отражается. При возвратном движении волны встречаются с прямыми колебаниями и создают гидродинамическую кавитацию.

Рис. 5: принцип работы ультразвукового теплогенератора

Далее пузырьки уносятся водным  потоком по узким входным патрубкам тепловой установки. При переходе в широкую область пузырьки разрушаются, выделяя тепловую энергию. Ультразвуковые кавитационные генераторы также обладают хорошими эксплуатационными показателями, так как не имеют вращающихся элементов.

Применение

В промышленности  и в быту кавитационные теплогенераторы нашли реализацию в самых различных сферах деятельности. В зависимости от поставленных задач они применяются для:

• Отопления – внутри установок происходит преобразование механической энергии в тепловую, благодаря чему нагретая жидкость двигается по системе отопления. Следует отметить, что кавитационные теплогенераторы могут отапливать не только промышленные объекты, но и целые поселки.
• Нагревание проточной воды – кавитационная установка способна быстро нагревать жидкость, за счет чего может легко заменять газовую или электрическую колонку.
• Смешение жидких веществ – за счет разрежения в слоях с получением мелких полостей такие агрегаты позволяют добиться надлежащего качества перемешивания жидкостей, которые естественным образом не совмещаются из-за разной плотности.

Плюсы и минусы

В сравнении с другими теплогенераторами, кавитационные агрегаты отличаются рядом преимуществ и недостатков.

К плюсам таких устройств следует отнести:

• Куда более эффективный механизм получения тепловой энергии;
• Расходует значительно меньше ресурсов, чем топливные генераторы;
• Может применяться для обогрева как маломощных, так и крупных потребителей;
• Полностью экологичен – не выделяет в окружающую среду вредных веществ во время работы.

К недостаткам кавитационных теплогенераторов следует отнести:

• Сравнительно большие габариты – электрические и топливные модели имеют куда меньшие размеры, что немаловажно при установке в уже эксплуатируемом помещении;
• Большая шумность за счет работы водяного насоса и самого кавитационного элемента, что затрудняет его установку в бытовых помещениях;
• Неэффективное соотношение мощности и производительности для помещений с малой квадратурой (до 60м² выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).\

КТГ своими руками

Наиболее простым вариантом для реализации в домашних условиях является кавитационный генератор трубчатого типа с одним или несколькими соплами для нагревания воды. Поэтому разберем пример изготовления именно такого устройства, для этого вам понадобится:

• Насос – для нагревания обязательно выбирайте тепловой насос, который не боится постоянного воздействия высоких температур. Он должен обеспечивать рабочее давление на выходе в 4 – 12атм.
• 2 манометра и гильзы для их установки – размещаются с двух сторон от сопла для измерения давления на входе и выходе из кавитационного элемента.
• Термометр для измерения величины нагрева теплоносителя в системе.
• Клапан для удаления лишнего воздуха из кавитационного теплогенератора. Устанавливается в самой верхней точке системы.
• Сопло – должно иметь диаметр проходного отверстия от 9 до 16мм, делать меньше не рекомендуется, так как кавитация может возникнуть уже в насосе, что значительно снизит срок его эксплуатации. По форме сопло может быть цилиндрическим, коническим или овальным, с практической точки зрения вам подойдет любое.
• Трубы и соединительные элементы (радиаторы отопления при их отсутствии ) – выбираются в соответствии с поставленной задачей, но наиболее простым вариантом являются пластиковые трубы под пайку.
• Автоматика включения/отключения кавитационного теплогенератора – как правило, подвязывается под температурный режим, устанавливается на отключение примерно при 80ºС и на включение при снижении менее 60ºС. Но режим работы кавитационного теплогенератора вы можете выбрать самостоятельно.

Рис. 6: схема кавитационного теплогенератора

Перед соединением всех элементов желательно нарисовать схему их расположения на бумаге, стенах или на полу. Места расположения необходимо размещать вдали от легковоспламеняемых элементов или последние нужно убрать на безопасное расстояние от системы отопления.

Соберите все элементы, как вы изобразили на схеме, и проверьте герметичность без включения генератора. Затем опробуйте в рабочем режиме кавитационного теплогенератора, нормальным нарастанием температуры жидкости считается 3- 5ºС за одну минуту.

Видео в помощь

Список использованной литературы

• Акуличев В. А. «Кавитация в криогенных и кипящих жидкостях» 1978
• Корнфельд М. «Упругость и прочность жидкостей»  1951
• Федоткин И. М., Гулый И. С. «Кавитация, кавитационная техника и технология, их использование в промышленности» 1997

Теплогенератор — обзор

10.2.1 «Умность» в первичных системах

Простейшее интеллектуальное управление первичной системой осуществляется путем автоматического включения / выключения теплогенератора в соответствии с профилем потребности в тепле. Более того, большинство интеллектуальных технологий, связанных с первичными системами, также позволяют комбинировать автоматическое включение / выключение с регулированием температуры воды на входе.

Этот вид управления включением / выключением, часто основанный на погодных условиях вне помещения, обычно доступен для большинства систем водяного отопления.Однако то, что делает систему умной, — это способность оптимизировать такое управление в реальном времени не только в зависимости от температуры наружного воздуха и солнечного излучения, но и в зависимости от температуры в помещении.

Как показано на рис. 10.2, самое простое решение для создания интеллектуальной системы отопления на уровне первичной системы состоит в установке интеллектуального термостата в контрольную комнату в доме (иногда термостат можно перемещать, приводя контрольную комнату к можно изменить в соответствии с предпочтениями пользователя).Через исполнительный механизм первичная система — то есть, в случае систем водяного отопления, газового конденсационного котла или теплового насоса — приводится в действие алгоритмом управления для регулирования периодов включения / выключения и / или температуры воды. система водяного отопления, чтобы температура в помещении соответствовала эталонной температуре в помещении. При таком первичном системном управлении пользователи всегда могут выключить нагревательные терминалы (в большинстве случаев радиаторы) и отрегулировать локальную температуру в помещении в соответствии с конкретными предпочтениями пользователя.Однако хорошо работающая интеллектуальная система должна максимально избегать прямого контроля со стороны пользователя (Ulpiani et al., 2016).

Рисунок 10.2. Сеть компонентов и звеньев, относящихся к интеллектуальной системе отопления на уровне первичной системы.

Для небольших зданий, в которых все помещения используются регулярно, это, вероятно, очень рентабельный способ достижения оптимального управления отоплением. Фактически, следует отметить, что вмешательство в модернизацию таких интеллектуальных систем не требует замены самой первичной системы, поскольку интеллектуальные термостаты спроектированы таким образом, чтобы иметь возможность легко заменить традиционный настенный термостат или беспроводной термостат и Электроприводы легко подключаются практически ко всем газоконденсатным котлам или тепловым насосам.Вот почему большинство решений, доступных на рынке, представлены как независимые от специфики основных систем.

Однако есть некоторые гибридные первичные системы, которые могут быть частью интеллектуальной системы отопления не только из-за их интеллектуального управления, но и из-за их внутренних характеристик. Интеллект в таких системах заключается в интеграции более чем одного теплогенератора (как правило, теплового насоса и газового конденсационного котла), которые могут использовать возобновляемые источники, и комбинированного управления их работой, чтобы максимизировать систему в целом. эффективность и надежность даже в экстремальных погодных условиях (Di Perna et al., 2015). Алгоритмы, работающие в их интегрированных системах управления, могут оптимизировать работу таких гибридных систем в соответствии с внешними условиями и предпочтениями пользователя. Фактически, некоторые решения, доступные на рынке, позволяют пользователям определять свои тарифы на энергию, так что алгоритм управления минимизирует стоимость энергии в режиме реального времени за счет оптимального сочетания источников энергии. Вместо этого, если это установлено пользователем, существуют варианты минимизации выбросов CO ₂ . По заявлению производителей, снижение затрат на электроэнергию может достигать 50%.

Однако, как и в предыдущем случае, следует отметить, что это решение для модернизации небольших зданий с небольшим количеством тепловых зон и независимой системой отопления из-за ограниченной теплопроизводительности таких гибридных систем, доступных на магазин.

Термоэлектрический генератор энергии | Британника

Полная статья

Термоэлектрический генератор энергии , любой из класса твердотельных устройств, которые либо преобразуют тепло непосредственно в электричество, либо преобразуют электрическую энергию в тепловую для нагрева или охлаждения.Такие устройства основаны на термоэлектрических эффектах, включающих взаимодействие между потоками тепла и электричества через твердые тела.

Все термоэлектрические генераторы имеют одинаковую базовую конфигурацию, как показано на рисунке. Источник тепла обеспечивает высокую температуру, и тепло течет через термоэлектрический преобразователь к радиатору, температура которого поддерживается ниже температуры источника. Разница температур на преобразователе создает постоянный ток (DC) к нагрузке ( R _L ), имеющей напряжение на клеммах ( В, ) и ток на клеммах ( I ).Промежуточного процесса преобразования энергии нет. По этой причине производство термоэлектрической энергии классифицируется как прямое преобразование энергии. Количество произведенной электроэнергии определяется как I ² R _L или V I .

Уникальным аспектом термоэлектрического преобразования энергии является то, что направление потока энергии является обратимым. Так, например, если нагрузочный резистор удален и заменен источник питания постоянного тока, термоэлектрическое устройство, показанное на рисунке, можно использовать для отвода тепла от элемента «источника тепла» и снижения его температуры.В этой конфигурации вызывается обратный процесс преобразования энергии термоэлектрических устройств, в котором электроэнергия используется для перекачки тепла и производства холода.

Эта обратимость отличает термоэлектрические преобразователи энергии от многих других систем преобразования, таких как термоэлектронные преобразователи энергии. Входная электрическая мощность может быть напрямую преобразована в перекачиваемую тепловую энергию для обогрева или охлаждения, или входная тепловая мощность может быть преобразована непосредственно в электрическую энергию для освещения, эксплуатации электрического оборудования и других работ.Любое термоэлектрическое устройство может применяться в любом режиме работы, хотя конструкция конкретного устройства обычно оптимизируется для его конкретного назначения.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Систематические исследования термоэлектричества начались примерно между 1885 и 1910 годами. К 1910 году немецкий ученый Эдмунд Альтенкирх успешно рассчитал потенциальную эффективность термоэлектрических генераторов и очертил параметры материалов, необходимых для создания практических устройств.К сожалению, металлические проводники были единственными доступными материалами в то время, что делало невозможным создание термоэлектрических генераторов с КПД более 0,5 процента. К 1940 году был разработан полупроводниковый генератор с коэффициентом преобразования 4%. После 1950 года, несмотря на активизацию исследований и разработок, повышение эффективности выработки термоэлектрической энергии было относительно небольшим: к концу 1980-х годов КПД не превышал 10 процентов. Для того, чтобы выйти за пределы этого уровня производительности, потребуются более качественные термоэлектрические материалы.Тем не менее, некоторые маломощные разновидности термоэлектрических генераторов зарекомендовали себя как имеющие большое практическое значение. Источники, работающие на радиоактивных изотопах, являются наиболее универсальными, надежными и обычно используемыми источниками энергии для изолированных или удаленных объектов, например для записи и передачи данных из космоса.

Основные типы термоэлектрических генераторов

Термоэлектрические генераторы энергии различаются по геометрии в зависимости от типа источника тепла и радиатора, потребляемой мощности и предполагаемого использования.Во время Второй мировой войны некоторые термоэлектрические генераторы использовались для питания портативных передатчиков связи. В период с 1955 по 1965 год в полупроводниковых материалах и электрических контактах были внесены существенные улучшения, которые расширили практический диапазон применения. На практике для многих устройств требуется стабилизатор мощности для преобразования выходного сигнала генератора в пригодное для использования напряжение.

Генераторы были построены для использования природного газа, пропана, бутана, керосина, реактивного топлива и древесины, и это лишь некоторые из источников тепла.Коммерческие блоки обычно имеют диапазон выходной мощности от 10 до 100 Вт. Они предназначены для использования в удаленных районах в таких приложениях, как средства навигации, системы сбора данных и связи, а также катодная защита, которая предотвращает коррозию металлических трубопроводов и морских сооружений электролизом.

Солнечные термоэлектрические генераторы с некоторым успехом использовались для питания небольших ирригационных насосов в отдаленных и слаборазвитых регионах мира. Описана экспериментальная система, в которой теплая поверхностная вода океана используется в качестве источника тепла, а более холодная вода глубинного океана — в качестве поглотителя тепла.Солнечные термоэлектрические генераторы были разработаны для снабжения электроэнергией орбитальных космических аппаратов, хотя они не смогли конкурировать с кремниевыми солнечными элементами, которые имеют более высокий КПД и меньший удельный вес. Однако были рассмотрены системы с тепловым насосом и генерацией энергии для теплового контроля орбитальных космических аппаратов. Используя солнечное тепло со стороны космического корабля, ориентированной на Солнце, термоэлектрические устройства могут генерировать электроэнергию для использования другими термоэлектрическими устройствами в темных областях космического корабля и для отвода тепла от корабля.

Генераторы на атомном топливе

Продукты распада радиоактивных изотопов могут быть использованы в качестве источника высокотемпературного тепла для термоэлектрических генераторов. Поскольку материалы термоэлектрических устройств относительно невосприимчивы к ядерному излучению и поскольку источник может работать в течение длительного периода времени, такие генераторы представляют собой полезный источник энергии для многих необслуживаемых и удаленных приложений. Например, радиоизотопные термоэлектрические генераторы обеспечивают электроэнергией изолированные станции мониторинга погоды, для сбора глубоководных данных, для различных систем предупреждения и связи, а также для космических аппаратов.Кроме того, еще в 1970 году был разработан маломощный радиоизотопный термоэлектрический генератор, который использовался для питания кардиостимуляторов. Диапазон мощности радиоизотопных термоэлектрических генераторов обычно составляет от 10 ^–6 до 100 Вт.

Как работают термоэлектрические генераторы | ООО «Прикладные термоэлектрические решения»

Как работают термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) — это твердотельные полупроводниковые устройства, которые преобразуют разницу температур и тепловой поток в полезный источник постоянного тока.Полупроводниковые устройства термоэлектрического генератора используют эффект Зеебека для генерации напряжения. Это генерируемое напряжение управляет электрическим током и производит полезную мощность на нагрузке.

Модуль термоэлектрического генератора

Термоэлектрический генератор — это не то же самое, что термоэлектрический охладитель. (также известный как TEC, модуль Пельтье, чипы охлаждения, твердотельное охлаждение)

Термоэлектрический охладитель работает наоборот термоэлектрического генератора. Когда на термоэлектрический охладитель подается напряжение, возникает электрический ток.Этот ток вызывает эффект Пельтье. Благодаря этому тепло перемещается с холодной стороны на горячую. Термоэлектрический охладитель также является твердотельным полупроводниковым прибором. Компоненты такие же, как у термоэлектрического генератора, но конструкция компонентов в большинстве случаев отличается.

В то время как термоэлектрические генераторы используются для выработки энергии, термоэлектрические охладители (охладители Пельтье) используются для отвода или добавления тепла. Термоэлектрическое охлаждение находит множество применений в охлаждении, обогреве, охлаждении, контроле температуры и терморегулировании.

В остальном этот пост посвящен термоэлектрическим генераторам.

Как термоэлектрический генератор использует эффект Зеебека?

Основным строительным блоком термоэлектрического генератора является термопара. Термопара состоит из одного полупроводника p-типа и одного полупроводника n-типа. Полупроводники соединены металлической полосой, которая соединяет их последовательно. Полупроводники также известны как термоэлементы, кубики или гранулы.

Пара термоэлектрических генераторов Термоэлектрический генератор (пеллеты, кубики, полупроводники, термоэлементы)

Эффект Зеебека — это прямое преобразование энергии тепла в потенциал напряжения.Эффект Зеебека возникает из-за движения носителей заряда внутри полупроводников. В легированных полупроводниках n-типа носителями заряда являются электроны, а в легированных полупроводниках p-типа носителями заряда являются дырки. Носители заряда диффундируют от горячей стороны полупроводника. Эта диффузия приводит к скоплению носителей заряда на одном конце. Это накопление заряда создает потенциал напряжения, который прямо пропорционален разнице температур в полупроводнике.

Носители заряда термоэлектрических генераторов

Какие полупроводниковые материалы используются для термоэлектрических генераторов?

Для термоэлектрических генераторов обычно используются три материала.Эти материалы представляют собой теллурид висмута (Bi2Te3), теллурид свинца (PbTe) и кремний-германий (SiGe). Какой материал используется, зависит от характеристик источника тепла, радиатора и конструкции термоэлектрического генератора. Многие материалы для термоэлектрических генераторов в настоящее время проходят исследования, но еще не реализованы.

Теллурид сурьмы и висмута (BiSbTe)

Что такое модуль термоэлектрического генератора?

Для создания модуля термоэлектрического генератора многие пары p-типа и n-типа электрически соединяются последовательно и / или параллельно для создания требуемых электрического тока и напряжения.Пары помещаются между двумя параллельными керамическими пластинами. Пластины обеспечивают жесткость конструкции, плоскую поверхность для монтажа и диэлектрический слой для предотвращения коротких замыканий.

Модуль термоэлектрического генератора

Кто открыл эффект Зеебека? Когда был обнаружен эффект Зеебека?

До недавнего времени считалось, что Томас Зеебек открыл то, что сегодня известно как эффект Зеебека. Сейчас считается, что Алессандро Вольта открыл эффект Зеебека за 27 лет до Томаса Зеебека.Открытие произошло за 224 года до написания этой статьи.

В 1794 году Алессандро Вольта провел эксперименты, в которых он придал железному стержню U-образную форму. Один конец стержня нагревали, погружая его в кипящую воду. Когда неравномерно нагретый стержень был электрически соединен с уже не живой лапкой лягушки, через ногу лягушки пропускался ток, и мышцы сокращались. Считается, что это первая демонстрация эффекта Зеебека.

Алессандро Вольта

В 1821 году Томас Зеебек обнаружил, что когда одно из стыков двух соединенных разнородных металлов нагревается, стрелка компаса, расположенная на близком расстоянии, вращается.Первоначально это называлось термомагнитным эффектом. Позже было обнаружено, что напряжение и, следовательно, ток индуцировались нагревом перехода. Ток создавал магнитное поле по закону Ампера. Это индуцированное напряжение из-за нагрева перехода стало известно как эффект Зеебека.

Как работают термоэлектрики? — Силовой практический

А теперь вернемся к термоэлектрике!

Строго говоря, термоэлектрические генераторы принимают разность температур и превращают ее в электрическую энергию.Удивительно, но эти материалы можно использовать и в обратном направлении! Если вы включите термоэлектрический генератор, вы создадите разницу температур. В небольших мини-холодильниках, рассчитанных всего на несколько напитков, используются термоэлектрические генераторы для эффективного охлаждения нескольких напитков.

Чтобы понять, как термоэлектрики генерируют электричество из-за разницы температур, мы должны немного узнать о том, как движутся электроны в металле. Металлы являются хорошими проводниками, потому что электроны могут свободно перемещаться внутри них, как жидкость в трубе.Представьте, что у вас есть труба, полная воды, и вы поднимаете один конец, что происходит? Вода будет стекать по трубе от верхнего конца к нижнему. Это потому, что когда вы поднимаете трубу, вы увеличиваете потенциальную энергию, и вода хочет течь вниз. В термоэлектрическом материале то же самое происходит с жидкообразными электронами, когда вы его нагреваете.

Нагрев одного конца термоэлектрического материала заставляет электроны перемещаться от горячего конца к холодному концу. Когда электроны переходят с горячей стороны на холодную, это вызывает электрический ток, который PowerPot использует для зарядки USB-устройств.Чем больше разница температур, тем больше вырабатывается электрического тока и, следовательно, больше энергии.

Сложность термоэлектрических генераторов заключается в том, что при нагревании горячей стороны нагревается и холодная сторона генератора. Для выработки энергии с помощью термоэлектрического генератора вам понадобится как источник тепла, так и способ рассеивания тепла, чтобы поддерживать разницу температур между термоэлектрическими материалами. Это делается без движущихся частей путем нагрева воды в PowerPot.Вода удерживает в несколько раз больше тепла, чем алюминий на фунт, поэтому из нее получается прекрасный радиатор. Кроме того, вода никогда не нагревается выше 212 F (100 C) при кипении, что эффективно ограничивает максимальную температуру «холодной» стороны термоэлектрического генератора. Поэтому в PowerPot всегда должно быть что-то водянистое, иначе термоэлектрический генератор может перегреться.

Постройте термоэлектрический генератор, подобный тем, которые используются для миссий в глубоком космосе

Как вы можете видеть по вольтметру, я получаю 1.2 милливольт. Это немного, но кое-что. (Если вам интересно, масса на горячей пластине должна подтолкнуть соединение медь-сталь вниз для обеспечения хорошего контакта.)

То, что вы видите здесь, является эффектом Зеебека (названным в честь Томаса Зеебека). Два разных металла вместе при двух разных температурах могут создавать электрический ток. Эффект более выражен при большей разнице температур, и некоторые комбинации металлов работают лучше, чем другие, но вот он, ваш термоэлектрический генератор.

На самом деле, вы можете сделать генератор лучше, используя полупроводник вместо двух разных металлов, но двухметаллический вариант построить намного проще. Вот демонстрация полупроводника. Устройство зажато между двумя алюминиевыми ножками, одна ножка находится в горячей воде, а другая — в холодной. Выход из устройства идет в небольшой электродвигатель сверху.

Итак, как это работает? Почему из-за разницы температур (для разных металлов) возникает электрический ток? Я не буду вдаваться в подробности , так как это займет слишком много времени.Но вот мой суперкороткий ответ: у электрического проводника есть свободные заряды, которые могут перемещаться (в некоторой степени). Когда вы прикладываете электрическое поле, эти заряды перемещаются и создают электрический ток. Обычно мы думаем об этих зарядах как об электронах, но это может быть что-то еще. Если вы возьмете металл и сделаете один конец горячим, а другой — холодным, электроны на горячей стороне будут иметь больше энергии и двигаться дальше. Эти более горячие электроны распространяются, и на холодном конце электроны имеют меньше энергии. Степень разделения заряда зависит от конкретного металла.

Теперь возьмем другой металл с двумя концами при разных температурах. Но поскольку этот металл отличается от первого, у него будет другое разделение заряда на горячем и холодном концах. Когда эти разные металлы соединяются вместе, они образуют батарею — не очень хорошую батарею, но все же это похоже на батарею. И бум — вот и твой термоэлектрический генератор.

Если вы думаете о создании термоэлектрического генератора для питания вашего дома, у меня плохие новости.Эти вещи очень неэффективны. Чтобы извлечь из них что-то полезное, нужны довольно большие перепады температур. Однако есть и хорошие новости. Эти термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей. Отсутствие движущихся частей означает, что они маленькие и довольно надежные. И поэтому они используются в некоторых космических кораблях (например, «Вояджер», «Кассини» и др.). Чтобы изменить температуру, космический корабль будет использовать радиоактивный источник, который остается очень горячим — вот и все. Так работает ваш радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ).Это похоже на скрепку и генератор из медной проволоки, только лучше.

Домашний термоэлектрический генератор Модули ТЭГ 100 Вт дровяной генератор

Технология TEG Generator POWER имеет свои сильные стороны. Поскольку плотность мощности очень велика, можно производить небольшие термоэлектрические генераторы. Например, сборка ТЭГ на 100 Вт может уместиться примерно в двадцатую часть пространства, необходимого для эквивалентной солнечной батареи. Кроме того, производительность составляет 24 часа в сутки при наличии источника тепла и отвода холода.Таким образом, фактическая выходная мощность может в 6-7 раз превышать мощность 100-ваттной солнечной батареи. Чтобы сделать эту технологию дешевой в эксплуатации, необходимо сбросное тепло, которое по определению является бесплатным. Ключевые слова: «Энергогенератор WASTE HEAT TEG». За последние 30 лет компания TEC разработала новые конструкции с эффектом Зеебека для использования в термоэлектрических генераторах энергии. В 2020 году компания представила дровяной генератор Rabbit Ears мощностью 100 Вт. Лучший в своем классе запатентованный термоэлектрический генератор мощностью 100 Вт на дровяной печи, демонстрирующий превосходные характеристики и надежность.Система термоэлектрического генератора ТЭГ мощностью 100 Вт является выдающейся. Установка поставляется с дымоходом длиной 24 дюйма и диаметром 6 дюймов, который уже смонтирован для быстрой установки. Уникальный теплообменник «труба в трубе» обеспечивает превосходное охлаждение на холодной стороне, рассчитанный на максимальный DT, поэтому может быть достигнута максимальная мощность ТЭГ. Поглотители тепла с обеих сторон трубы используют радиаторы для проникновения в дымовой поток, максимизируя поглощение тепла для превосходного производства энергии. Запатентованная конструкция является лучшей в своем классе и была разработана 30-летним ветераном в области термоэлектрических генераторов.Он поставляется с высокоэффективным насосом с магнитным приводом 12 В постоянного тока и специально разработанным контроллером заряда постоянного тока с функциями ПЛК.

В системе справа используются трубы, обработанные PEX, для облегчения монтажа по трубопроводу, а также исключительная конструкция и универсальность ТЭГ. ПЛК может быть дополнен датчиком горячей стороны термопары для управления обратной подачей насоса. Пример: если температура печи ниже 100F, насос можно циклически включать и выключать, экономя ценную электроэнергию. ПЛК также имеет порт R-232 для подключения компьютера для программирования других функций.Будущие варианты включают автоматический огнетушитель, который будет выпускать инертную пищевую соду, если в верхней части дымохода начнется пожар. Эта функция будет первой из многих функций, защищающих вас и ваш дом от пожаров.
Bi2Te3 наиболее эффективен при комнатной температуре. Такие материалы, как PbTe, работают при температуре от 350 до 600 ° C (702-1112 ° F). И Bi2Te3, и PbTe — зрелые материалы. Их характеристики и производительность хорошо задокументированы и широко используются в коммерческих целях.Однако до сих пор практически невозможно коммерчески приобрести PbTe в модульной форме. Гибридный термоэлектрический модуль, сочетающий в себе лучший в классе Bi2Te3 P-тип с лучшим в классе PbTe N-Type материалом, чтобы сформировать первые гибридные модули TEG, классифицируемые как модуль серии TEG1-PB. Свойства PbTe лучше подходят для температур выше 300 ° C, поэтому комбинация хорошо работает в диапазоне от 300 ° C до 360 ° C. И теперь PbTe / TAGS до 12% эффективности.

Термоэлектрический генератор противопоставляет тепло Солнца и холод космоса

Инженеры Японского национального института материаловедения (NIMS) разработали новый тип термоэлектрического генератора, который вырабатывает электрический ток через температурный градиент.Поглощая тепло от Солнца на одной поверхности и излучая его с другой, устройство может вырабатывать электричество днем ​​и ночью.

Это основной принцип физики, согласно которому тепло перемещается от более горячих объектов к более холодным. Термоэлектрические генераторы используют это, где температурный градиент между двумя поверхностями заставляет электроны перемещаться от более теплой к более холодной, создавая электрический ток. Это называется эффектом Зеебека, и теоретически эти термоэлектрические материалы, краски и генераторы можно использовать для утилизации отработанного тепла практически из любого места, например, двигателей, выхлопных труб, электростанций и даже одежды или посуды.

В новом исследовании исследователи NIMS разработали термоэлектрический генератор на солнечной энергии, основанный на вариации принципа, называемого спиновым эффектом Зеебека. В этом случае ток возникает из потока спинов электронов, создаваемых магнитными материалами в каждом электроде.

Новый дизайн состоит из четырех слоев, каждый из которых выполняет важную работу. Два верхних слоя прозрачны, что позволяет солнечному свету проходить через два нижних слоя, которые его поглощают. Это означает, что верхний слой остается холодным, нижний слой остается теплым, а два средних слоя вырабатывают электричество из результирующего температурного градиента.

Основным фактором, ограничивающим полезность термоэлектрических генераторов, является то, что холодная сторона не может достаточно быстро избавиться от тепла, поэтому градиент температуры выравнивается. Новое устройство решает эту проблему, выпуская излишки тепла прямо в космос. Это благодаря самому верхнему слою, парамагнетику из гадолиниево-галлиевого граната (GGG), который испускает инфракрасное излучение, которое проходит непосредственно через атмосферу.

Второй слой представляет собой ферромагнетик из железо-иттриевого граната, который создает спиновой ток из температурного градиента.Третий слой — это парамагнетик из платины, который преобразует спиновый ток в полезное напряжение.