TEG pre PA

[sigurd]

Netradičné zdroje energie sú jedným z mojich koníčkov, a termoelektrické zdroje, aj keď nie sú tak známe, a masovo využívané,k nim rozhodne patria. V poslednom desaťročí sa kvalita, výkon, dostupnosť a hlavne cena Peltierových článkov na produkciu elektriny (TEG) dostala na úroveň vhodnú pre bežného kutila. Vyrojili sa aj rozličné vychytávky pre outdoorových dobrodruhov využívajúce tepelné zdroje na produkciu elektriny pomocou TEG (drievkáč BioLite,kachle Indigirka,a pod). V snahe dosiahnúť rozumný el.výkon a prenosnosť sa u týchto zariadení používa aktívne chladenie (ventilátor). Ventilátor je chúlostivý stroj, trpí nárazmi pri transporte, prevádzkou v znečistenom prostredí, spotrebuje značnú časť vyrobenej elektriny-je teda najslabším článkom týchto zariadení. Najhoršie však je, že pri výpadku ventilátora za chodu zariadenia dôjde k prehriatiu studenej strany článkov TEG (štandartne 200°C), a tým k ich nevratnému poškodeniu. Preto som termoelektrické generátory s aktívnym chladením vyhodnotil ako nevhodné pre PA, a rozhodol som sa skonštruovať niečo odolné, blbuvzdorné aj za cenu vyššej hmotnosti a nižšej účinnosti.

Ako palivo som zvolil parafín vo forme čajových sviečok, a chladenie TEG pasívne-hliníkovým chladičovým profilom. Naštudoval som katalógové parametre TEG článkov, a keďže jednou z mojich odborností je energetika, tak som prepočítal výkon ohrevu, prestup tepla a chladenie tak, aby generátor bol ešte rozumne malý.Realizáciu prvého prototypu som začal pred tromi rokmi, a pre problémy s tepelným kolektorom (blok, ktorý zabezpečuje prenos tepla z plameňa a spalín k TEG) - zanášanie sadzami, vysoká teplota odpadných spalín, tepelné mostíky - som to viackrát zabalil.

Výroba elektriny bola 10% s reálne možného výťažku. Postupne som doriešil horáky na spaľovanie sadzí, materiál a hustotu výplne kolektora, geometriu prúdenia a optimálne množstvo spalín. Dostal som sa na 50% možného výťažku elektriny, a tam som skončil - veľkosť generátora už nedovoľuje zvýšenie výťažku. Prototyp som upravil na konečný používateľský vzhľad, pomeral parametre, nafotil-tu je.

Parametre:
rozmery 180x115x165mm výška
váha 2,3kg
el.výkon 0,3W s normálnymi čaj.sviečkami(3ks vyšší typ,doba horenia 4h)
0,5W s vyrobenými čaj.sviečkami(3ks,hrubší knôt,horenie 2,5h)

Čakal som od toho viac, ale bola to cenná skúsenosť. Na základe toho mám rozpracovaný plynový ohrievač 800W/15W elektrina-pasívne chladenie a 7kW/200W elektrina-pevné palivo/chladenie vodou-termocirkulácia.

[Josef]

Gratuluji k prakticky použitelnému přístroji.

Možná by bylo zajímavé místo čajových svíček uzpůsobit generátor tak, aby v něm byl instalovaný standardní hořák z knotové petrolejové lampy (komínek by poskytl potřebný tah). Svíčka hoří málo hodin a malým výkonem, musí jich být větší počet. Ale kdyby tam byl samostatně prodávaný hořák z petrolejky, navíc instalovaný na plechové nádržce*, která by šla bočním hrdlem během provozu dolévat (petrolejem, naftou nebo třeba rostlinným olejem), mohl by pak generátor pracovat mnoho hodin prakticky nepřetržitě. Výkon hořáku petrolejky je oproti svíčce mnohem větší a navíc regulovatelný, takže pokud by to dokázaly uchladit chladiče, byl by výkon nejen větší, ale dal by se i podle vysunutí knotu seřídit podle aktuální potřeby (a v případě malého odběru šetřit palivo).

Kapalné palivo II. či III. třídy hořlavosti použitelné pro hořák petrolejky považuji v PA době za mnohem snáze sehnatelný artikl, než hotové parafínové svíčky. Kanystr nafty půjde určitě sehnat snáze než 300 ks svíček. Svíčky jsou pro výrobu elektřiny příliš luxusní palivo - svíčky jsou použitelné k přímému svícení v místnosti protože při hoření nepáchnou. U generátoru nevadí, pokud bude palivo páchnout (nesvítí se s ním) a tak ho lze umístit ven mimo dům nebo do větratelného prostoru.

*) nádržka musí být sice velká, ale nízká a plochá, aby během spotřebovávání paliva klesala hladina jen málo a knot nemusel palivo táhnout moc do výšky (některé druhy paliv špatně vzlínají).

[sigurd]

Dík za gratuláciu.Generátor tak ako je(s komínkom do miestnosti),je použiteľný len s tými čajovými sviečkami.Problém je v tepelnom kolektore,
kde dochádza k zmene teploty spalín zo 650 na 250°C,horúce kovy kolektora pôsobia ako katalyzátor na nespálené pary
paliva-dochádza k dechtovaniu,vzniku "aromatických" látok aj pri spaľovaní čistého benzínu(n-heptán) a petroleja.Pri spaľovaní liehu
zase vznikal acetadehyd.Riešením je odvod spalín mimo miestnosť.Už pri nastavovaní prietoku vzduchu som mal provizórny odvod spalín
s chladičom(v ochladených spalinách som meral obsah kyslíka,a z toho vypočítal prietok spalín).Pri tom som zistil,že generátor je celkom
zaujímavý zdroj tepla(pre malé priestory)a celkom solídny ventilátor(spotreba vzduchu s bežnými sviečkami je 250l/h).Preto mám teraz
vo výrobe skladacie hliníkové potrubie spalín(bude oválneho prierezu,aby sa rúrky dali uskladniť do rebier chladiča generátora).
Potom ešte znovu poexperimentujem s kvapalnými palivami...

[surikata]

Jestli to není obchodní tajemství, tak jaké články jsi použil? . Elektrice nezvládnu nepíšeš jaké napětí zařízení má? A co kromě rádia utáhne? A plánováné nové zařízení bude použitelné na zálohování čeho?
Kdyby zvládlo dobít efektivně třeba mobil, tablet tak už je to zajímavá věc. A asi bych se taky přiklonil k Josefovu návrhu s hořákem na petrolej, lampový olej co nesmrdí.
Jinak gratulace a obdiv.

[sigurd]

Použil som 2ks TEG10(10W) od solfotonu zapojené v sérii-z článkov to ide do tej červenej krabičky,kde je menič step up na 5V
s výstupom USB(dostať to kúpiť hotové,len priletuješ prívody).
Tie výkony:5V 60mA s bežnými čaj. sviečkami,a 5V 0,1 A s výkonnejšími robenými sviečkami.
Plánované nové zariadenie(tá piecka na pevné palivo) bude testované v kryte(upravenej pivnici ) na kúrenie,varenie,vetranie,
a elektrina na svietenie a dobíjanie.Keď to doladím,tak to presťahujem na "chatu"-mám taký zalesácky zrub vo vlastnom lese...

[sigurd]

V priebehu času som generátor pracujúci s nízkym výkonom 3ks čajových sviečok upravil nasledovne:
- drahšie vysokoteplotné TEG (2ks) pracujúce v spodnej tretine svojho pracovného rozsahu som nahradil 6ks lacných nizkoteplotných TEG (horúca strana max. 150stC), a bez zmeny tepelného príkonu som sa dostal na výkon nad 1W (5V, 0,2A).
- sviečkový a spaľovací priestor som upravil na použitie 8 hodinových čajových sviečok.
- urobil som skladacie potrubie odvodu spalín (Js 13mm) a vložný diel s prechodkami pre potrubie spalín, ktorý sa vloží a sklom pritlačí v zadnom okne auta. Tým je umožnený odvod spalín mimo auto.
Skúška výkonu kúrenia v aute- pri vonkajšej (aj vnútornej) teplote +2 st C bolo v prázdnom aute ( i30 combi) spustené kúrenie, po hodine sa teplota ustálila na +9 st C, a už sa držala (vonkajšia poklesla o 1st), čiže rozdiel 7st C. Keď by sme k tomu prirátali ešte 2 osoby s výkonom po 100W, tak sme niekde na 14 st C, čo je na trojsezónne využitie postačujúce.
Skúška vetrania v aute- kúrenie odsáva cca 270l/h vzduchu do spaľovania- pri odvode spalín mimo auto musí byť toto množstvo čerstvého vzduchu prisávané do auta- tým dochádza ku kontinuálnemu vetraniu. Teoreticky mi to (podľa nejakej normy) pre dve osoby vychádzalo nedostačujúce, ale pri reálnom opakovanom prespaní (horské parkoviská v Dolomitoch ), to bolo pocitovo ok, bez potreby ďalšieho vetrania- nedochádzalo ani k inokedy bežnému zaroseniu okien zvnútra.
Pre použitie byte (dome) mám riešený prechod spalín cez dvojitý klinový tesniaci vankúš (z textílie zo sklenných vláken), ktorý sa vloží do otvorenej vetračky okna, a mierne pritlačí.
Pred dokončením je aj výkonnejšia verzia generátora- o tom inokedy...

[sigurd]

Niečo o výkonnejšom generátore: - vychádzal som z toho, že by mal byť na 500g kartušu PB, a na jednu náplň by mal isť 8h. Z toho mi vyšlo 800W tepelného výkonu. Od pôvodného zámeru použiť pasívne chladenie som pre neúnosnú veľkosť a hmotnosť musel ustúpiť, a použiť ventilátory. S využitím skúsenosti s malým (sviečkovým) generátorom, som navrhol a realizoval čo najkompaktnejší, ale ešte efektívny stroj.
Popis: - upravený plynový horák z malého turistického variča, s max. výkonom obmedzeným mechanicky na 800W- výkon sa dá
znížiť ventilom na kartuši. Plameň horáka je smerovaný do tepelného kolektora. Zapaľovanie piezoelektrické.
- na protiľahlých stranách tepelného kolektora sú umiestnené dvojice TEG, a na ich studených stranách sú pritlačené hlavné
hliníkové chladiče s dvojicou ventilátorov. Systém je spojený pomocou pasívnych chladičov tak, aby sa minimalizovali tepelné
mostíky medzi kolektorom a chladičmi.
- TEG sú zapojené sériovo-paralelne tak aby výstupné napätie so záťažou bolo max. 5V. Ventilátory sa zapínajú po protiľahlých
dvojiciach buď manuálne (zasunutím do USB), alebo cez medzikusy spínané dvojicami mechanických termostatov (horné pri
40stC, dolné pri 60stC) na chladičoch. Možno použiť aj USB medzikus s manuálnou reguláciou otáčok.
- potrubie spalín je Js 22 (medené a hliníkové). Prechodky spalín cez okno auta a vetračku v byte tie isté, ako u sviečkového
generátora.
Celá zostava je uložená v drevenej truhlici, ktorá slúži ako stabilná podstava pri chode.

Parametre v ďalšom príspevku.

[sigurd]

Tepelný výkon generátora je max. 800W, teplota výstupného vzduchu z ventilátorov je cca 36stC, na potrubí spalín sa pol metra od generátora dá udržať ruka.
Elektrický výkon:- jeden pár ventilátorov má spotrebu 1W, pri okolitej teplote cca 22stC sa zapína druhý pár. Využiteľná energia klesá od 10W pri okolitej teplote 0stC po 0W pri 28stC (vtedy výkon stačí akurát na pohon všetkých štyroch ventilátorov). Pri teplote 20stC to dáva 2W (5V, 0,4A).
Generátor je určený na núdzový ohrev auta, evakuačného stanu Beagles 5 so zimnou úpravou, a v prípade výpadku centrálneho vykurovania na temperovanie a vetranie jednej miestnosti. Až to otestujem v riadnej zime, tak dám info.
Zaujímavé je použitie s petrolejovou lampou- generátor bez horáka sa zavesí nad horné hrdlo cylindra, a máme svetlo, teplo, odvod spalín, vetranie a 1W elektriny...
Veľký generátor na tuhé palivo, chladený vodou, spomínaný v úvodnom príspevku bol úspešne odskúšaný (tepelný výkon 7kW, elektrina 120- 200W) sólo (so svojimi radiátormi), a pripojený k samotiažnému kúreniu domu. Tam sa zistilo, že vodné chladiče TEG sú dostatočne dimenzované aj na 25kW tepla, tak som sa rozhodol, že sa vyrobí nový kotol s plným výkonom na kúrenie domu (cca 25kW tepla, a 500W elektriny), a drahé medené chladiče (29kg jeden) sa použijú tam. To by mohlo byť hotové na budúcu zimu...