Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2005 № 03

О том, как это делается, мы расскажем ниже. А сейчас давайте еще немного истории. На тепловых электростанциях из топлива в каком-либо тепловом двигателе (паровой или газовой турбине, дизеле, бензиновом моторе) получается механическая работа. Двигатель, вращая генератор, вырабатывает электрический ток. Правда, получение его с помощью куска проволоки гораздо проще? Так что логично, что ученые давно уже пытаются создать электростанцию на основе термоэлектрического эффекта.

Так, в 1875 году французский изобретатель Ш.Кламон создал «термоэлектрическую печь» (рис. За, 3б).

Она содержала 6000 термоэлементов и развивала мощность 800 Вт при напряжении 218 В. Это позволяло питать 80 дуговых ламп — свечей Яблочкова, освещавших бульвары Парижа. Расход топлива составлял 10 кг угля в час. По сравнению с освещением при помощи газовых керосиновых фонарей такая система давала более чем десятикратную экономию средств. Но очень скоро электрический ток стали получать на электростанциях с паровыми машинами. Даже на первых порах они расходовали топлива на единицу мощности в десять, а потом и в 30–40 раз меньше и легко вытеснили термоэлектрогенераторы из области освещения.

Однако эти устройства отнюдь не исчезли. Низкий КПД прежних термоэлектрических генераторов объясняется несовершенством материалов, в качестве которых применялись металлы. Идеальный материал для этих целей должен обладать низким сопротивлением и как можно хуже проводить тепло. В этом отношении полупроводники намного превосходят металлы. На основе сернистого свинца, например, в нашей стране еще в 1940 году были созданы генераторы, имевшие КПД 3 %.

Сегодня КПД полупроводниковых термоэлектрогенераторов превышает 20 %. Но получение этих веществ достаточно сложно и пока оправдывается лишь в случае применения их для очень важных целей.

Сделать термогенератор можно и в домашних условиях. Полупроводниковые термоэлементы у вас, конечно, не получатся. Однако в современных условиях многое может дать и термоэлектрический генератор на основе металлов.

Чтобы осветить небольшую квартиру, вполне достаточно 8 — 10 современных экономичных ламп мощностью по 10 Вт. Каждая такая лампа дает столько же света, сколько давала одна свеча Яблочкова такой же мощности или лампа накаливания мощностью 60 Вт.

Если для их работы взять энергию от печи Кламона, то ей хватило бы 1–1,5 кг угля в час. Из-за низкого КПД в ней только 1 % тепла сгоревшего топлива превратился бы в электричество. Но если оставшиеся 99 % тепла не выпускать в трубу, а использовать по хозяйству, их достаточно для получения 50 литров кипятка в час, хватит для обогрева помещения и приготовления пищи. Все это очень ценно в нашем холодном климате. А в летнее время избыток тепла можно направить в абсорбционные установки для получения холода. (Их устройство тема особого рассказа.) Однако работу над таким сложным устройством сразу начинать не стоит.

В некоторых странах выпускается термоэлектрический генератор, выполненный как насадка на керосиновую лампу (рис. 4).

Устройство это одновременно дает свет, тепло и питает радиоприемник. Низкий КПД превращения тепла в электроэнергию особого значения не имеет, поскольку все тепло здесь тратится только на пользу. Если учесть, что сегодня треть человечества живет при керосиновых лампах, то понятно, почему спрос на эти устройства стабилен.

Более полувека тому назад наши радиолюбители самостоятельно делали такие термоэлектрические генераторы для питания ламповых радиоприемников. Современные транзисторные приемники потребляют в десятки раз меньшую мощность. В рубрике ЗШР вы найдете схему очень экономичного радиоприемника, которую разработал наш постоянный автор, инженер Ю.Г. Прокопцев.

Термоэлектрический генератор для его питания мог бы работать от миниатюрной газовой горелки для пайки ювелирных изделий или даже от свечи. Наибольшее напряжение при нагревании развивают такие металлы, как цинк, сурьма, висмут в паре с медью. Однако достать их трудно. Наши радиолюбители в своих термоэлектрических генераторах применяли пару железо-никелин. Неплохо работали пары, содержащие мельхиор и нейзильбер — эти сплавы широко применяются для изготовления чайных ложек, а никелиновые спирали можно найти в перегоревших нагревательных элементах от старых электросамоваров.