Преобразование тепла в электричество

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

У хорошего фреонового ТН действительно получим 11 кВт тепла при затратах 2 кВт электроэнергии, а у Пельтье при таком перепаде температур даже 2,5 кВт тепла не получим, или получим, если модули будут работать примерно на 1/8-1/10 от их максимальной мощности.

 

Я тут человек новый, а правила сими знаете читать... Ссылки на внешние источники на форуме давать можно?

 

Хотел добавить что года 3 назад расчитывал тепловой насос на элементах Пельтье. Для параметров Т холодной стороны 5 градусов и Т горячей 55 градусов элементов в 5 каскадов на сумму около 300000 рублей при максимальной производительности 10 кВт и СОР около 2,7 в режиме обогрева. Это без стоимости теплообменников, блока питания и прочего. Даже сейчас фреоновый ТН как второй ТН у Аппарат2 выйдет со всей необходимой требухой из новых комплектующих рублей в 90000 с СОР не хуже 4 на ту же мощность.

 

КПД конечно не точный, и даже не приблизительный... Ладно, нашел не плохую статейку, будем повышать грамотность.
Статья из Journal of Membrane Science называется:
Reducing power losses caused by ionic shortcut currents in reverse
electrodialysis stacks by a validated model.
J. Veerman a, J.W. Post a,c, M. Saakes a, S.J. Metza,∗, G.J. Harmsenb
a Wetsus, P.O. Box 1113, 8900 CC Leeuwarden, The Netherlands
b University of Groningen, Nijenborg 4, 9747 AG Groningen, The Netherlands
c Sub-department of Environmental Technology, Wageningen University, P.O. Box 8129, 6700EV Wageningen, The Netherlands
Received 27 July 2007; received in revised form 6 November 2007; accepted 11 November 2007.
Буду давать некоторые цитаты из нее с горбатым Гугловским переводом. Кому нужен оригинал, могу в личку.
В статье дается, например, такая принципиальная конструкция батареи обратного электродиализа:

 

Эти красивые картинки в книжках еще начала 80-х годов были. Тогда и МГД-генераторы нахваливали. До сих пор нет нормального ни того ни другого, хотя пороховые импульсные МГД-генераторы производятся для получения токов в сотни килоампер на единицы секунд. Затраты энергии на нормальную циркуляцию электролита (по вашему рассола) и на циркуляцию воды превышают в замкнутой системе получаемую энергию.
Argi, ответьте всего на 2 вопроса: вы работаете в нии, занимающемся химией твердых электролитов или просто электрохимией? Ваше образование хоть какое-то отношение имеет к физике или химии?
WEYDER, я вам посоветовал-бы изучить устройство абсорбционного холодильника. По СОР он уступает фреону, но лучше элементов Пельтье, да и стоимость низкая при возможности все полностью собрать самому. Самое главное что он может работать хоть на дровах, т.к. подвижных частей и компрессора не содержит, а для работы требует только нагревателя. ТН абсорбционного типа имеет СОР до 2, а двухступенчатый имеет даже больше 2.

 

Вы чего так нервничаете то? Я не знаю что писали в 80 -х на эту тему, но если Вы будете наконец немного более внимательны, то заметите, что статья датирована 2007 годом. Несколько постов назад Вы кричали, что обратный электродиализ невозможен! Теперь Вы говорите что "выхлоп" очень низок! Вы определитесь "батенька" возможен или нет?! Отвечаю на ваши вопросы: 1. Нет. 2. Да.
А теперь продолжим про статью:

1. Введение
Обратный электродиализ (RED) является одним из возможных процессов
для получения энергии из градиента солености между речными
и морской воды [1]. Уже в 1953 году Pattle показал возможность
этого метода [2]. Типичный RED элемент состоит из переменного
количества чередующихся катионов и анионов обмена мембран.
В отсеки между мембранами подаются в свою очередь,
концентрированный и разбавленый раствор соли, например, морских и
речной воды. На рис. (см. мой предыдущий пост) показана сборка из 4 элементов.
Паразитные токи или так называемые ток утечки, причина потерь
в производительности электродиализа (ED) и обратного электродиализа.
Есть два источника этих паразитных токов.
Первый - мембраны в основном из-за не 100 % селективности мембран т.е. мембраны пропускают ионы противоположного заряда. Второй - ионные токи утечки через питающий и сливные каналы рассолов.
...
Целью данной работы является оценка велечины потерь
за счет ионных токов в обратном электродиализе. Эти
эффекты могут быть смоделированы с помощью эквивалентной электрической схемы и проверены на опыте. Эксперименты проводились с двумя
различными конструкциями ячеек, одна с большой величиной ионных потерь
и другой, где этот эффект меньше. Модель отрабатывалась на батарее с малым количеством ячеек (1, 2,..., 5 ячеек) и подтверждалась в
эксперименте с большими сборками (10, 20,..., 50 ячеек). Модель
и эксперимент находятся в хорошем согласии, и это показывает возможность
управления потерями с ионными токами в приемлемых пропорциях.

2. Теория
2.1. Обратный электродиализ (А вот Вам и электрохимия)

RED сборка с четырьмя ячейками представлена на рис. опять мой предыдущий пост. Каждая ячейка
содержит мембраны катионного обмена (CEM), отсек
с концентрированным раствором соли, мембраны анионообменной
(AEM), а также отсек с нижней концентрации соли.
Последняя ячейка закрыта с дополнительной мембраной катионообменной.
"топливо" состоит из концентрированных и разбавленных растворах солей,
например моря и речной воды.
Na+ ионы из морской воды, как правило, диффундируют через
катионообменной мембраны и создают положительный потенциал в
левой части сборки. Таким же образом, Cl-ионы диффундируют
через мембрану анионообменной в обратном направлении,
Транспорт ионов через мембраны происходит, если электрическая
нагрузка подключается к электродам. Во внешней цепи протекает нормальный
электрический ток, а в ячейке это ионный ток.
Ионный ток в ячейках преобразуется в электронный ток на
электродах окислительно-восстановительными реакциями.
Эти окислительно-восстановительных реакции могут быть облегчены путем введения раствора K4Fe (CN) 6 и K3Fe (CN) 6 (калия железа (II) гексацианоферрат и калия железа (III) гексацианоферрат) в
основной раствор NaCl в сочетании с инертными электродами. Железа (III)
комплекс востанавливается на катоде и железа (II) комплекс
окисляется на аноде. Поскольку электроды омываются этим раствором и он
циркулирует через оба отсека электродов, начальное
Fe (III) / Fe (II) соотношение сохраняется и нет чистых химических
реакции.
Fe(CN)6 3− +e = Fe(CN)6 4− , E0 = 0.36V

2.2. Электродвижущая сила
Теория об обратном электродиализе была сформулирована
Weinstein и Leitz [12], Clampitt и Kiviat [13], Jagur-
Grodzinski и Kramer [14] и Lacy [15]. Потенциал левой части созданый мембраной катионного обмена на рис. все том же, порожденная
путем диффузии ионов Na +, определяется по формуле:

E = αCEM *RТ*ln(a+c/a+d)/ZF (1)

где Е наведенная электродвижущая сила (ЭДС), αCEM -
permselectivity (затрудняюсь правильно перевести) мембраны катионообменной, Z валентность(Z = 1 для Na +), R-газовая постоянная, F постоянная Фарадея и
a+c и a+d активности ионов натрия в концентрированной и
разбавленных отсеках. Эта формула справедлива и для потенциала
вызванного диффузии ионов Cl- через анионообменной
мембраны, если за αCEM берется permselectivity, а за a+c и a+d активности для ионов Cl. Активность может быть вычислена
по формуле Debye-H¨uckel [16]. По формуле 1 может быть рассчитано
напряжение на 100% селективной мембране.
Для чистых растворов NaCl содержащих 1 и 30 г / л решение этого уравнения дает значения 0.080 В для CEM и 0.078 В для AEM, или вместе
0.158 В для ячейки.

Ну что господин повелитель ионисторов, не противоречит буржуйская наука Россейской?

Там дальше теоретическая часть для описания паразитных токов, мы ее наверное опустим пока.

А потом будет практическая часть, но это позже...

 

Дойдите до практики и тогда поймете почему ионы не очень хотят диффундировать просто так через мембраны ионообменные, да еще и меняя потенциал. Ионообменные мембраны не осмотические. Ток в системе стремится к нулю без внешнего воздействия. Даже в электростанции на осмосе надо постоянно обновлять жидкости, чтобы поддерживать разницу в концентрации солей. Так там молекулы растворителя проникают через мембрану, т.е. молекулы воды. В случае катионообменных и анионообменных мембран что перемещение молекул воды, что перемещение ионов ничтожно мало, да еще и потери на электроосмос на самих мембранах сводят все на нет практически. Смотрим далее. В самой ионной ячейке происходят окислительно-восстановительные реакции, что в который раз нас приводит к тому, что это топливный редокс-элемент, в котором перемещающиеся ионы служат топливом и окислителем. Без каталитически активных электродов реакция снова к нулю стремится. Здесь электроды нейтральны, но добавка гексацианоферратов с разной валентностью нарушает равновесие и ионный ток имеет место быть.
З.Ы. Покипятите раствор с гексацианоферратом и идея выпаривания раствора поутихнет. Еще лучше почитайте книги по топливным элементам. Старая книжка есть немцами написанная еще в конце 60-х. Авторы Юсти и Винзель. Там хорошо про регенеративные топливные элементы глава написана. Там как раз нагревом продукты реакции разлагали на газ-окислитель и расплавленный натрий или литий, которые снова в топливном элементе реагировали. Система замкнутая там была. Вообще кругозор расширите.
З.З.Ы. Статья может быть хоть 2007 года, хоть 2010. Всегда проводят какие-то работы чтоб отчитаться, гранты получить и т.п. До сих пор молдаване пытаются органические полупроводники получать из прополиса и природных смол, а некоторые особо одаренные торсионные поля с тестатикой мучают.

 

Можно подробнее?
Что значит "элементов в 5 каскадов"?
Под какие именно элементы Пельтье вы делали расчет?
Какие расчетные формулы и из каких источников использовались при этом?

 

Расчет делался под китайские не кривые элементы, аналогичные критермовским с хладопроизводительностью 80 или 86 Ватт. Каскадируют элементы для получения реално большого перепада температур при хладопроизводительности гораздо большей нуля. Причем количество элементов в каждом каскаде изменяется .
Чтобы вопросы отпали лучше почитать теорию доходчиво на сайте Криотерм или их пермского дилера СТК. Формула используется самая что ни на есть правильная. Расчет холодильника на Пельтье или ТН дан с пояснениями, графиками СОР и разжевыванием теории на сайте _h*t*t*p://peltier.narod.ru/*

 

Ну и что бы закончить со статьей про обратный электродиализ... устройство:
3. Эксперимент
3.1. конфигурация сборки
3.1.1. сборка
Функциональные размеры мембран в обоих типах
были 10 см х 10 см. На внешней стороне сборки катионная мембрана для предотвращения транспорта отрицательно заряженных комплексов железа. Два типа сборок были использованы с переменным числом клеток. Первая собрана на Ralex анион
и катионного обмена мембранах (MEGA, Чешская Республика) с толщиной 0,65 мм. сборки были оснащены регулярными неткаными прокладками 1 мм. Радиус отверстия в мембранах для водоснабжения и водоотведения 5 мм. Эти сборки названы R1.0 в этой статье.
Следующая сборка была собрана на Fumasep анионов и катионов мембранах FAD и FKD с толщиной 0.082mm (Fumatech, Германия). Сборки были снабжены
полиамидными плетенными прокладками толщиной 200мкм (Nitex 03-300/51, Sefar, Нидерланды). Радиус питающих отверстий в мембранах 4мм в этом случае. Сборки этого типа названы как F0.2.
3.1.2. конструкция электродов
Электрода отделение состояло из раствора
NaCl (1 моль / л) с K4Fe (CN) 6 (0,05 моль / л) и K3Fe (CN) 6 (0,05 моль / л) (все химические вещества были технический сорт и приобретены в фирме Meppel, Нидерланды). Этот электролит прокачивался через анодный и катодный отсеки при скорости 60 мл / мин. Были использованы смешанные металл-оксидные Ru-Ir электроды, полученые от Магнето (Magneto Специальный BV аноды, Нидерланды) (Затрудняюсь привильно перевести: «Used were Ru-Ir mixed metal oxide electrodes, obtained from Magneto (Magneto Special Anodes b.v., The Netherlands).»)
3.1.3. Условия
Испытания с R1.0-сборкой были проведены с рециркуляцией центробежными насосами. Расход на сборку с 50 ячейками около 2 л / мин для обоих типов воды. Для эксперимента с F0.2-сборкой, использовались перистальтические насосы. На сборку с 50 ячейками подавалось 700 мл / мин. В обоих случаях на меньшие сборки подавали пропорциональном меньшие интенсивности потока. Более низкий расход F0.2 следует из большего гидродинамического сопротивления тонких прокладок. Температура была около 24-25 ◦ C для всех экспериментов. Использовали концентрации соли 1 и 30 г / л NaCl.
И диаграммы с напряжениями холостого хода, левая для R1.0, правая для F0.2.

 

Ну вот и добрались до практики. Графики с ЭДС холостого хода, растворы прокачивают и тратят на это энергию, электроды с рутений-иридиевым катализатором. Иридий и рутений не дешевле платины, ионообменные мембраны дорогущие, а холостой ход практической ценности не представляет ввиду отсутствия нагрузки. Под нагрузкой батарея из 50 элементов вместо 7 вольт может не выдать и одного при токе хотя-бы в 100 мА.
Я не спорю, что опыты нужны под разрабатываемую теорию, но они практическое применение должны находить. Цандер эксперименты дома ставил, делая реактивные двигатели из паяльной лампы. Так он хотя-бы заметную тягу от них получал. Да и простейший опыт с подтверждением реактивной тяги - шарик надувной, наполненый водой выбрасывает воду черз сопло и модель тележки или лодки катится или плывет.

 

Чем больше Вас слушаю тем меньше понимаю. Вы осознали что были не правы и что бы это скрыть пытаетесь развести нелепую демагогию.
Я начал с того что предложил схему, а не устройство. В ответ Вы стали утверждать что это НЕВОЗМОЖНО. Для доказательства возможности я Вам привел статью, в которой показано, что не только возможно, но даже достаточно просто (хотя и дорого)!... На этом нашу дискусию считаю оконченой.

 

Сегодня прислали пельтье. Я по быстрому провел замеры. См фото.

На холодную сторону поставил чашку, с водой температура 24С (потом догрелось до 40С и я подлил комнатной воды, т.е. в графике будет некая неточность, просто я спешил проверить тэг).

Т.к. не было хорошего теплового контакта (я просто придавил пельтье сверху железной чашкой), температуру не стал поднимать выше 140С.

На графике синяя -амперы, красная -вольты. Визу ось по температуре.
Нагрузка 3 Ома.

Напряжение холостого хода около 1.2 V при 80С на горячей стороне, на холодной 28С.

 

Только, что смотрел генераторные модули криотерма, который дерет цены
http://www.kryotherm.ru/ru/index.phtml?tid=81&type=&what=

Понравился их модуль ТГМ-127-1,4-1,2 вот что он выдает:
Тхол. сторны = 50ºC Тгор. стороны = 150ºC (как раз мои любимые температуры)
U...2,55
I.0,85
P.2,16
КПД 1,9
цена относительно дешевая 533гр или 1600 руб (у чипадипа)

Сейчас попробую, узнать, что сможет выдать китайский модуль TEC1-12710 за 70гр или 210руб, при тех же температурах и нормальном теплоконтакте.


получилось вот что:

гор 150С, холодная 50С
U...0,8
I.0,31
P.0,25

Не очень конечно. Даже не пойму как тот парень с ютуба выжал с подобных модулей по 2.8 ватта.

Если считать по ватт деньгам, то выходит:
Модуль генераторный криотерма 247гр или 741руб за ватт
Модуль (Китай) TEC1-12710 280гр или 840руб за ватт



Хреново.

 

А вот, что выходит если на холодной стороне 18С на горячей 150С

гор 150С, холодная 18С
U...1,55
I.0,54
P.0,84

Этого хватает чтоб крутить в холостую моторчик с шуруповерта. Ну хоть что-то. Тогда для TEC1-12710, выходит ватт = 83 гр или 249руб