СМИрнов Юрий

chudotv@gmail.com

Фото: Смирнова Екатерина

Тайна партизан

Схема современного элемента Пельтье-Зеебека.

Единичным элементом Пельте-Зеебека является пара полупроводников. Один с типом проводимости р- - другой c n- проводимостью. Термопара из полупроводников. Между собой элементы соединены медной пластиной.

Однажды  мне  попалась интересная информашка о сверх секретном портативном термо- генераторе, которым пользовались партизаны для питания радиостанций во время Великой отечественной войны. Легенда, которая дошла до меня гласила, что наша оборонка еще до войны начала выпускать электро-термо-генераторы, принцип работы которых был основан на эффекте Зеебека, немецкого физика, открывшего этот эффект аж в 1821 году. Генератор одевался на керосиновую лампу и преобразовывал тепло в электричество, которого хватало для питания лампового приемника или передатчика. По легенде, немецкая служба контразведки очень удивлялись, откуда партизаны берут электричество в лесу для такой долгой  работы своих раций.

Но это легенда. Все надо проверять. Моя дача находиться в дальнем подмосковье, где очень часто отключают электричество. Особенно грустно дела обстояли этой зимой. Я как партизан в немецком тылу, сидел на даче без света, теща жгла керосинку.  При свете тещиной керосинки в моей голове и всплыла эта легенда.

Найти элементы Пельтье оказалось не трудно. Производит их отечественная фирма из Питера под названием «Криотерм». Такие элементы применяются для охлаждения процессоров и в мобильных холодильниках. Также в ассортименте были  генераторные модули, которые стоили просто немеренно по 2500 рэ за штуку. Такой модуль, размером 40 на 40 мм давал по паспорту всего около 5В при разнице температур в 100 градусов. Ток производители обещали более 300 мА. В принципе, «Криотерм» предлагал готовый электротермогенератор  в виде печки-буржуйки, но стоила такая печка под 30000 рэ. Выдавала она  всего 50 Вт при напряжении 12В по паспорту.

После изучения предварительной информации мне стало самому интересно  попробовать САМому собрать нечто похожее, только меньших размеров.  Ближайшим ко мне магазином, где эти элементы были в продаже - «Чип и Дип» на Митинском радиорынке.  Субботу мне пришлось посвятить хождению по Митинке. Именно долгому хождению, поиску комплектующих к будущему термогенератору.  Лист дюраля (40 см , 30 см , 3 мм) нашел сразу на развале, мужик запросил за него 350 рэ, я не стал торговаться, поскольку конкурентов по близости видно не было. Припой, термоклей  купил по ходу, когда искал отдел «Чипа». Как водится, нужных мне генераторных модулей на складе не оказалось. « И хорошо…»,-подумал я и купил два похожих охладительных, эти модули  (ТВ 127-1,4-1,5 6.1А) были такого же размера, но стоили 2,5 раза дешевле.

Первый элемент приклеил на алюминиевую подложку на термоклей. Клей по описанию должен был держать температуру до 300 градусов, мне показалось, что этого будет достаточно.  По-хорошему, нагревать термоэлемент не имело смысла выше 200 градусов. Первый испытательный стенд был собран из подставки под чайник, свечки из «ИКЕА» и алюминиевого ковшика. В ковшик я налил холодной воды и наскреб льда из морозилки. Минуты через 3-4, напряжение поползло вверх, тестер показал  0,9В, а затем 1,3В. Максимум, чего мне удалось добиться в первом опыте была напруга 1,51 В, но для этого мне пришлось прижимать рукой ковшик к элементу, чтобы улучшить теплоотвод. Хоть ковшик был новый, но дно у него, как водится, было кривое. О полном контакте дна сосуда с охлаждаемой стороной термоэлемента приходилось только мечтать.

После первого опыта у меня в голове возник вопрос:

-         А для чего можно использовать источник питания с напряжением 1.5В?

-         Да, ни для чего, даже сотовый не зарядишь… Минимум 5 В нужно.

 

Передо мной встала очередная проблема. Повысить напряжение, хотя бы до 5 вольт. Схема нашлась быстро. На отечественной микрухе преобразователе напряжения  КР1446ПН1.  Но лень матушка родилась раньше меня, микросхему –то я нашел, но паять поленился. В процессе поисков всплыл готовый модуль преобразователя DC-DC 1,5В/5В.

 

Модуль заказал в интернет магазине «Платан», в котором обнаружил еще и элементы Пельтье, которые были очень похожи на мои, но стоили, почему-то, значительно дешевле.

Преобразователь был припаян к термосборке.  Не долго думая, к выходу преобразователя был припаян штекер от зарядки моего сотового телефона «НОКИА». Что интересно, до того как я отрезал штекер от зарядника, замерил напряжение, которое он выдавал от сети, результат меня слегка удивил – зарядник выдавал 8,2 вольта, я же планировал заряжать 5-ю вольтами, которые должен был выдать преобразователь на выходе. Могло не получиться.

В предыдущих опытах со свечкой, мне показалось, что она плохо греет, а термоэлемент из-за этого не дает нужной напруги. Вот тут черт меня дернул, зайти магазин «Все для рыбалки» , чтобы купить  упаковку «сухого спирта». Импровизированную печь сделал из банки из-под ананасов. Когда  поджег таблетку, пламя мне показалось  слишком сильным. На банку установил сборку из термоэлементов, на нее поставил кофейник с холодной водой. Мультиметр показал напряжение 4,95 В, практически, сразу. Преобразователь работал стабильно, выдавая 4,95-4,96 В. Банка через пару минут сильно разогрелась, испугавшись за судьбу драгоценных элементов, количество топлива было уменьшено до ? таблетки.  Телефон был установлен на зарядку от «печки», на его экране, появился индикатор зарядки, что не могло не радовать. Осталось сфотографировать процесс. Когда я навел фотик на «экибану» из проводов, ковшика и банки, напряжение  куда-то исчезло.  Один проводок отпаялся от термосборки… Как можно быстрее адский огонь в печи был потушен. Но результаты эксперимента не радовали. Контакт отпаялся вместе с одним элементом микросборки, вторая же сборка вообще «поплыла», при проверке не она подала никаких признаков жизни. Оба драгоценных элемента были утрачены.

Но я не пал духом, шоу должно было продолжаться. Были продолжены поиски в глубинах интернета элементов Пельтье по более доступным ценам. И чтобы вы думали, нашел дешевле, чем в «Платане».  Фирма «ДЕК» предлагала  аналоги сожженных элементов TEC1-12705 (40x40)  всего по 285 руб ! Не смог удержаться, чтобы не побаловать себя на день рождение подарочком, заказав четыре штуки, до кучи заказал еще и большой элемент TEC1-12712 (62x62)  за 1285 руб .  Большой элемент  по площади был раза в два больше предшественников, то есть ток с него можно было получить , как минимум в два раза больший.

Под новый элемент был куплен новый ковшик на базаре, продавец гарантировал, что его дно идеально ровное.  Элемент был приклеен на дюралевую пластину, а затем ко дну ковшика.

Нагревать полученный генератор я решил осторожно, одной свечкой. Первые замеры напряжения на выходе показали, что он разгоняется до 1,5 вольт. К генератору через преобразователь, сначала был подключен сотовый телефон, который бодренько начал заряжаться, хотя после подключения, напряжение на выходе преобразователя упало с 4,95 В до 3,95-4 В. Но индикатор зарядки, телефона показывал, что тот продолжает заряжаться. Экспериментировать с телефоном мне быстро надоело. Стало понятно, что современные «партизаны» легко смогут зарядить сотовый в лесу от свечки.

Следующим развлечением, стала интеграция  технологий освещения 19 века и 21 века. К генератору был подключен мощнейший светодиод потребляющий 1 Вт. Такие диоды появились на рынке по доступным ценам  не более года назад. Свечка была заменена на толстую и долгоиграющую. В «Икее» мне на глаза попалась именно такая. Больше всего мне понравилось то, что она продавалась в стеклянном стакане. Поставил ковшик c генератором  на стакан и все дела. Думать о подставке не надо. «Прожектор» загорелся не сразу, минуты через три, после того, как я зажег мега свечу. При дневном свете казалось, что диод светил не ярко. Пришлось дождаться темноты. Запустил опять тепловой фонарь, вроде он начал светить ярче. Вот тут мне под руку  и попался экспонометр (измеритель освещенности для фотографов). Замерить им освещенность, которую давал «прожектор» было делом пары минут. «Фонарь на свечке» давал освещенность около 30 люксов на расстоянии 30 см. Т.е. под ним можно было читать. А световой поток по моим прикидкам соответствовал потоку, который дает 10-и ваттная лампа накаливания.

Вывод:

Получалось, что тепло, которое давала свечка преобразовывалось в излучение видимого спектра, интенсивность, которого была как минимум в 10 раз больше, чем излучение от самой свечи. Это при КПД элемента Пельтье на уровне 2-3%.

На дюралевой пластине опробовал новый лобзик «БОШ»,   которым пилил доски на даче. Воткнув в него пилку по металлу, я легко выпилил прямоугольник под два термоэлемента.

Для меня было своеобразным открытием, что лозик пилит дюраль, также легко, как деревяшки.

Первый элемент был посажен на алюминиевую подложку на термоклей.

Термоклей по консистенции очень похож на ПВА, но, как ни странно,  он прочно приклеил керамическую подложку к алюминиевой пластине. Сох только он долго, более 12 часов. На подложку был приклеен второй элемент, элементы были соединены последовательно, что увеличить выходное напряжение. Была сделана попытка нагреть эту сборку свечкой. Результат получился более, чем скромный – удалось получить напряжение около 2-х вольт на выходе.

Преобразователь (ЕК-1674), который привез курьер из интернет магазина, оказался микроскопической сборкой, размером чуть больше ногтя.

Даже 25—и ваттным паяльником, паять провода было страшно.

Принципиальная схема преобразователя DC-DC  на входе 0,7….1,5 В,  на выходе получаем стабильные 5В. При желании, вы можете его легко собрать сами.

 

Банка из-под ананасов легко раскраивается ножницами по металлу.

Сборка уютно легла на импровизированные полочки.

Адское уротропиновое пламя начинает плавить нежные термоэлементы.

Контакт отпаялся с микроэлементом от одной сборки, вторая сборка конкретно распаялась, поплыла – микроэлементы «съехали» с контактных площадок.

Новые элементы на фоне старых. Основное отличие, новые элементы залиты белым компаундом, сами микроэлементы не видны. Не мог не радовать тот факт, что провода были уже припаяны к элементам.

Несмотря на падение напряжения, телефон бодренько заряжался.

Одноваттный светодиод приклеен к ковшику на двусторонний скотч. Как сделать фонарь с более надежной конструкцией, чтобы не висели провода и его можно было эксплуатировать в походных условиях, я пока не придумал.

Было сделано несколько повторных замеров, под фонарем была стабильная освещенность от 16 до 30 люксов.

Врез:

История вопроса:

Эффект Зеебека — явление возникновения ЭДС в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.

Данный эффект был открыт в 1821 Т. И. Зеебеком

Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает ЭДС (термоэдс), если места контактов поддерживают при разных температурах. Цепь, которая состоит только из двух различных проводников называется термоэлементом или термопарой.

 

В 1834 году французский физик Жан Пельтье обнаружил, что при протекании постоянного электрического тока через цепь из различных проводников, место соединения проводников охлаждается или нагревается в зависимости от направления тока. Количество поглощаемой теплоты пропорционально току, проходящему через проводники.

Источник: http://ru.wikipedia.org