В термоэлектрических преобразователях использован эффект появления тока под влиянием разницы температур в цепях, состоящих из различных металлов или полупроводников. Этот ток возникает в цепях батареи термоэлементов, где тепловая энергия превращается в электрическую. Если взять, например, два электрических проводника, которые изготовлены из разных металлов, и их концы спаять, то при нагревании одного и охлаждении другого конца в цепи этих проводников термоэлементов (называемых также термопарой) - потечет электрический ток. Созданная таким образом э.д.с. будет зависеть от разницы температур, а также от подбора материалов, составляющих термоэлемент. Высокая теплопроводность металлических термоэлементов не позволяет добиться значительной разницы температур и тем самым большого к.п.д. источника. В настоящее время применяют полупроводниковые термоэлементы или элементы, состоящие из проводника и полупроводника.

            Термоэлектрические преобразователи (или генераторы) до появления транзисторных приемников широко использовались во многих странах для питания ламповых батарейных радиоприемников (нагревались они с помощью керосиновых или газовых ламп). В годы войны были известны советские "партизанские котелки", которые применялись для приготовления пищи, и заодно для выработки электроэнергии для питания раций.

     Полупроводниковые термоэлектрические батареи используют в холодильных установках и даже в домашних холодильниках. Принцип действия таких батарей основан па обратимости свойств термоэлементов. Все охлаждающиеся спаи термоэлектрической батареи помещают внутри холодильника, а нагревающиеся - снаружи. Обе системы спаев снабжены металлическими радиаторами. Внутренние радиаторы поглощают тепло из холодильной камеры, а наружные (расположенные сзади холодильника) излучают его при подключении такой системы к батарее постоянного тока. Достоинством таких устройств является отсутствие подвижных частей и долговечность.

     Коэффициент полезного действия термоэлектрических батарей равен 5...6%, но предполагается, что в будушем достигнет 8...10%. С этого момента наступит несомненный переворот в технике так называемой малой энергетики.

     При работе с термоэлементами используют также разницу температур между поверхностным слоем грунта и воздуха. Она обычно составляет 2...6°С (в некоторых случаях 8...10° С). Таким способом получают мощность 70...160 Вт с квадратного метра поверхности, что в среднем составит 1000 кВт/га.

     1. Термоэлектрическая батарея. Рассмотрим конструкцию термоэлектрического источника питания, имеющего, скорее, познавательную ценность, так как он позволяет прочувствовать проблемы термоэлектричества. Источник может найти применение для питания простых транзисторных радиоприемников, моделей, небольших вентиляторов и т. п.

     Сначала несколько общих замечаний. Максимальную температуру, до которой можно нагреть термопару, определяет точка плавления одного из элементов. Итак, пару медь - константан можно нагреть до З50° С, сталь - константан - до 315...649° С (в зависимости от диаметра проволоки). Защита оголенных проволок позволяет повысить температуру нагрева. Пару хромель - алюмель можно нагреть до 700...1151° С. Чаше всего применяют проволоку диаметром 0,25...3,5 мм, причем толстая проволока выдерживает более высокие температуры. Для увеличения к.п.д. термопары следует максимально увеличить разницу температур между спаями (концами) термоэлементов, т. е. надо подобрать пары металлов таким образом, чтобы получить максимальную термоэлектродвижущую силу; следует стремиться к тому, чтобы отношение средней теплопроводности материалов к средней электропроводности было минимальным.

     В табл. 6.1 дан ряд металлов, которые можно использовать для создания термоэлементов. Для получения лучших результатов следует подбирать материалы, максимально удаленные друг от друга в столбце. Например, пара сталь (наверху) - константан (внизу) дает хорошие результаты, а медь и серебро являются малоактивной парой. Пара сурьма - висмут является самой лучшей, но практически недоступной для любителя: она дает большое термоэлектрическое напряжение - около 112 мкВ/° С. Кроме того, каждый материал, указанный в табл. 6.1, обладает отрицательным потенциалом (-) по отношению ко всем другим, находящимся выше в данном столбце. Например, в паре сталь - константан (53 мкВ/° С) сталь будет иметь положительный потенциал ( + ). а константан отрицательный (-). В термопаре хромель-алюмель, хромель будет (+), а алюмель (-).

Таблица 6.1

Термоэлементы

Рабочая температура, °C
100	500	900
Сурьма	Хромель	Хромель
Хромель	Нихром	Нихром
Сталь	Медь	Серебро
Нихром	Серебро	Золото
Медь	Золото	Сталь
Серебро	Сталь	Платинородий
Платинородий	Платинородий	Платина
Платина	Платина	Кобаль
Палладий	Кобаль	Алюмель
Кобаль	Палладий	Никель
Алюмель	Алюмель	Палладий
Никель	Никель	Константан
Константан	Константан	-
Висмут	-	-

     Практическая конструкция термоэлектрической батареи изображена на рис. 6.2. Для изготовления батареи термоэлементов требуются два куска проволоки (стальной и константановой) диаметром 0,3 мм и длиной 18 м каждый. После изготовления 19 термоэлементов (рис. 6.2, б) концы каждого элемента старательно очищают наждачной бумагой и скручивают вместе плоскогубцами приблизительно на три витка. Затем скручиваемые концы сваривают ацетиленовой горелкой или спаивают серебром над газовой горелкой. Можно также применить точечную сварку (рис. 6.2, з). Термоэлементы монтируют на плате, изготовленной из этернита (асбоцемента), толщиной 5 мм или больше, которую укрепляют с помощью кронштейнов над основанием из фанеры или дерева толщиной 20 мм. Метод изготовления соединений и размеры даны на рис. 6.2, д-ж. При проверке отдельные термопары должны давать ток: около 22 мА при нагревании спичкой, около 30 мА после нагревания спиртовой горелкой.

     Готовую термоэлектрическую батарею подогревают в средней части над газовой, спиртовой или бензиновой горелкой. Медный вкладыш аккумулирует тепло и обеспечивает электроэнергией, например, электрический микродвигатель в течение нескольких минут после выключения горелки, что является самым эффектным моментом во время демонстрации. В этих условиях измерительный прибор, подключенный к зажимам этого источника питания, показывает напряжение около 0,5 В. При нормальном горении подогревателя батарея отдает мощность 1,5 В х 0,3 А, что вполне достаточно, например, для работы микродвигателя с вентилятором. Можно построить модель электростанции будущего, подключить к батарее транзисторный радиоприемник и т. д. На рис. 6.2,и показана упрощенная модель описанной выше термоэлектрической батареи. Она преобразует в электричество внутреннюю энергию пламени свечи и включает в себя 50 термоэлементов длиной 50 мм, прикрепленных к асбестовому кольцу, огибающему медный вкладыш с 6-мм отверстием посередине (камин). Батарея дает напряжение 0,6 В и ток 8 мА (ток короткого замыкания), от нее может работать однотранзисторный приемник. И еще одно маленькое замечание. При последовательном соединении любого числа одинаковых термопар (например, сталь - константан - сталь - константан - сталь и т. д.) величина термо-э.д.с. на выходных зажимах возрастет, но во столько же раз увеличивается и внутреннее сопротивление батареи.

Рис. 6.2. Термоэлектрическая батарея:
а - асбестоцементный диск; б - термоэлементы; в - рабочий спай прикреплен к диску медной проволокой; д - предварительный монтаж; е - медный вкладыш, вставляемый в отверстие диска, а также способ монтажа "горячих" спаев (они должны находиться над вкладышем, но не касаться его); ж - общий вид батареи; з - сварочный аппарат для спаев (угольный электрод можно взять от использованной гальванической батареи); и - вариант конструкции.

http://www.mobipower.ru/modules.php?name=Pages&pa=showpage&pid=3