Главная тех. библиотека Андрей Ходкин. Часть 2. Универсальные походные источники электроэнергии.

Итак, снова об электричестве в походах.


Первый мой источник на базе элемента Пельтье подробно описан на моей страничке, ему посвященной.

Я его модернизировал. Во первых изменил преобразователь – теперь он выдает 6.5В на холостом ходу, имеет встроенные аккумуляторы для запасания энергии. Во вторых – кроме кружки у меня теперь есть еще 3 источника электроэнергии – 2 на элементах Пельтье и солнечная батарея.


Сначала о преобразователе.

Преобразователь – это электронный блок, включаемый между элементом Пельтье (или другим источником) и электрической нагрузкой. Смысл преобразователя в согласовании напряжений. Преобразователь двухкаскадный, собран на 2 микросхемах MAX 756 http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf . Первый каскад включен в соответствии с документацией в режиме выхода 3.3В. В нагрузку каскада через выключатель, диод и токоограничивающий резистор подключена пара последовательно соединенных Ni-Mh аккумуляторов. Ni-Mh выбран из за его нетребовательности к соблюдению режимов заряда/разряда. Второй каскад преобразователя подключен к выходу первого и включен в режиме выхода +5В. Схема обоих каскадов – в соответствии с документацией на микросхему. Но тут есть особенность – если вы хотите заряжать что-то вроде Siemens Me-45/Siemens-X65 (с литиевым аккумулятором), вам нужно около 6.5В на выходе преобразователя на холостом ходу. Для этого в цепь обратной связи второго каскада преобразователя (между ногой 6 и выходом каскада) вводится цепочка из 3 последовательных кремниевых диодов (все включены анодом к выходу преобразователя). Есть способ лучше – использовать MAX757 (у нее есть отдельный выход обратной связи). Вот, собственно, и вся схема. Идеологически она меня полностью устраивает. Преобразователь в этой версии таскается со мной по разным неудобьям уже почти год – проблем не замечено. Очень подробное How-to по использованию MAX756 в качестве преобразователя можно найти на http://www.instructables.com/id/EGBQJPLCB2EP287KTZ. В моем преобразователе собрано практически 2 таких каскада.


Преобразователь с открытым аккумуляторным отсеком и извлеченными аккумуляторами.


Нутро преобразователя.

Выходной разъем преобразователя и цоколевка соответствуют разъему USB Type A, что позволяет подключать любые USB-устройства и кабели. Внимание! Если вы собираетесь подключать USB устройства лучше вернуть выходное напряжение на +5В (убрать диоды из обратной связи второго каскада), хотя, скорее всего ничего страшного и не произойдет. Надеюсь, читатель понимает, что преобразователь выдает в разъем USB только питание, это в большинстве случаев позволяет заряжать всяческие USB гаджеты (GPS, КПК). Но! Управлять USB устройствами преобразователь не умеет J. Также, скорее всего, нельзя подключать преобразователь к порту типа USB-Host (некоторые КПК выпуска после 2005 г.).

Первичные источники электричества

В настоящее время мой парк источников электричества, способных питать преобразователь, представлен:

Самодельными:

1) Кружкой со встроенным в дно элементом Пельтье (наливается водой и ставится на горелку);

2) Костровым тепловым элементом;

3) Автономным термоэлектрогенератором Пельтье..

Покупными:

4) Модулем солнечной батареи (2В, 400 ма).

Все источники оснащены унифицированным разъемом, позволяющим подключать их к преобразователю.

Кружка подробно рассмотрена в описании первой версии термогенератора.

Костровой тепловой элемент представлен модулем Пельтье, оборудованным системой радиаторов и металлическим колышком. Колышек с элементом втыкается в землю около костра. Радиаторы имеют специальную форму – площадь радиатора со стороны костра («горячая» сторона) бОльшая, оребрение горизонтальное. С «холодной» стороны радиатор меньше и имеет вертикальное оребрение. Эти конструктивные ухищрения призваны обеспечивать максимальный градиент температуры на сторонах элемента. Большая площадь «горячего» радиатора экранирует «холодную» сторону от костра, а горизонтальное оребрение снижает конвективный перенос тепла с радиатора в воздух. Часть вертикального оребрения по краям горячей стороны радиатора оставлена, для снижения краевых эффектов и предотвращения перегрева элемента. Радиатор «холодной» стороны, напротив, имеет только вертикальное оребрение, способствующее конвективному переносу тепла от элемента в окружающий воздух. В соответствии с принятыми в радиотехнике практическими формулами, количественная разница конвективного теплопереноса с вертикальных поверхностей с горизонтальным и вертикальным оребрением достигает 50%.





Костровой элемент "холодной" стороной к нам.





"Горячей" стороной к нам. Отсутствует съемное горизонтальное оребрение сверху и снизу радиатора.




Костровый модуль в рабочем пространственном положении. Костер должен был бы быть в левой части фотографии.





«Костровой» элемент замечательно работает в широком диапазоне мощностей костра, никаких проблем с его эксплуатацией за полгода не возникло. Элемент Пельтье и подводящие провода (несмотря на мои опасения за их термостостойкость) по-прежнему как новые. Видимо я угадал с размерами и схемой расположения радиаторов.



Автономный термоэлектрогенератор Пельтье. Самодостаточный прибор, в алюминиевом корпусе, со встроенной газовой горелкой, пьезоподжигом, системой лабиринтных теплообменников и воздуховодов. Расход газа – около 10 грамм/час. Вес генератора с газовой арматурой, кабелем (без газового баллона) – 650 гр. Принцип использования – «выстрелил и забыл» - т.е. вынес генератор на свежий воздух, открыл газовый вентиль, щелкнул поджигом – и электричество потекло по проводам к алчным его потребителям.

Я провозился с этим монстром полтора месяца. Пару раз он у меня взрывался, выбрасывая клубы пламени. Безумно капризная штука китайский пьезоподжиг, выломанный из кухонной зажигалки. И, напоследок, там оказалась масса сложностей, связанных с обеспечением режима устойчивого управляемого горения газа внутри корпуса. Сложности эти я постепенно устранил при помощи изменения формы внутренних воздуховодов и воздухозаборных отверстий на корпусе. Генератор приемлемо работает, но брать его с собой в серьезные походы я пока не хочу – он получился достаточно тяжелым и довольно капризным. В принципе можно существенно упростить и улучшить генератор, но пока я его отложил.


* на фотографии не показан конусный пламяуловитель (жестяной конус, одевается узким горлом на вводной патрубок теплообменной камеры (латунный), широкой стороной к форсунке горелки) . Элементы Пельтье подключаются последовательно.


Солнечный элемент - покупной (www.chip-dip.ru ), 2В, 400 ма. Единственная моя доработка – установка выходного разъема и наклеивание на обратную сторону элемента «липучки». Комплементарную часть липучки я приколол английскими булавками на крышу рюкзака, чтобы элемент можно было легко монтировать и снимать.



Вот этими описанными штуковинами я пока закрыл для себя тему теплоэлектричества – генераторы работают, телефоны и фонарики заряжаются.



Автор: Андрей Ходкин
Сайт: http://overland-botsman.narod.ru/
Оригинал статьи: http://overland-botsman.narod.ru/generator_2.htm

Элементы автономного генератора в процессе сборки:
Костровый модуль в рабочем пространственном положении. Костер должен был бы быть в левой части фотографии.

 
Взяли алюминиевый корпус, на дно посадили пару элементов Пельтье (на термопасту)

 
Сверху посадили на такую же термопасту игольчатые радиаторы

 
Сделали крышку теплообменной камеры со впускным и выпускным патрубками

 
Установили крышку на штатное место, теплообменная камера собрана

 
Смонтировали горелку, вывели провода. Осталось закрыть крышку. * на фотографии не показан конусный пламяуловитель (жестяной конус, одевается узким горлом на вводной патрубок теплообменной камеры (латунный), широкой стороной к форсунке горелки).

 
Автономный термогенератор Пельтье в штатной конфигурации. Осталось только щелкнуть поджигом.

 
Процесс пошел..

 
Преобразователь вышел на штатный режим, заряжает встроенные аккумуляторы.

 
Преобразователь, термогенератор-кружка и солнечный элемент. Взаимные габариты.