Термоелектрически генератори: радиоизотопни и други. Принципът на действие на енергийните генератори за промишлена употреба. Тяхното устройство

2024 Автор: Beatrice Philips | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 05:26

Топлоелектрическите централи са признати в света като най -евтиния вариант за производство на енергия. Но има алтернатива на този метод, който е екологично чист - термоелектрически генератори (TEG).

Какво е?

Термоелектрически генератор е устройство, чиято задача е да преобразува топлинната енергия в електрическа чрез използване на система от топлинни елементи.

В този контекст понятието „топлинна“енергия се тълкува не съвсем правилно, тъй като топлината означава само метод за преобразуване на тази енергия.

TEG е термоелектрическо явление, което е илюстрирано за първи път от немския физик Томас Зеебек през 20 -те години на 19 век . Резултатът от изследването на Seebeck се интерпретира като електрическо съпротивление във верига от два различни материала, но целият процес протича само в зависимост от температурата.

Устройство и принцип на действие

Принципът на действие на термоелектрически генератор или, както се нарича още, термопомпа, се основава на превръщането на топлинната енергия в електрическа с помощта на термични елементи от полупроводници, които са свързани паралелно или последователно.

В хода на изследванията е създаден изцяло нов ефект на Пелтие от немски учен , което показва, че напълно различни материали от полупроводници по време на запояване дават възможност да се открие разликата в температурите между страничните им точки.

Но как разбирате как работи тази система? Всичко е съвсем просто, такава концепция се основава на определен алгоритъм: когато един от елементите се охлажда, а другият се нагрява, тогава получаваме енергията на ток и напрежение. Основната характеристика, която отличава този конкретен метод от останалите, е, че тук могат да се използват всякакви източници на топлина ., включително наскоро изключена печка, лампа, огън или дори чаша само с налит чай. Е, охлаждащият елемент най -често е въздух или обикновена вода.

Как работят тези топлинни генератори? Те се състоят от специални термични батерии, които са направени от проводникови материали, и топлообменници с различна температура на кръстовищата на термопилата.

Схемата на електрическата верига изглежда така: термодвойки от полупроводници, правоъгълни крака с n- и p-тип проводимост, свързани плочи от студени и горещи сплави, както и голямо натоварване.

Сред положителните аспекти на термоелектрическия модул се отбелязва възможността за използване абсолютно при всички условия ., включително при походи, и освен това, лекота на транспортиране. Освен това в тях няма движещи се части, които са склонни да се износват бързо.

А недостатъците включват далеч не ниска цена, ниска ефективност (приблизително 2-3%), както и значението на друг източник, който ще осигури рационален спад на температурата.

трябва да бъде отбелязано че учените работят активно върху перспективите за подобряване и премахване на всички грешки при получаване на енергия по този начин … Продължават експерименти и изследвания за разработване на най -ефективните термични батерии, които ще помогнат за повишаване на ефективността.

Въпреки това е доста трудно да се определи оптималността на тези възможности, тъй като те се основават единствено на практически показатели, без да имат теоретична основа.

Като се имат предвид всички недостатъци, а именно, недостатъчността на материалите за термопластови сплави, е доста трудно да се говори за пробив в близко бъдеще.

Има теория, че на настоящия етап физиците ще използват технологично нов метод за замяна на сплави с по -ефективни, отделно с въвеждането на нанотехнологиите . Освен това е възможна опцията за използване на нетрадиционни източници. Така в Калифорнийския университет беше проведен експеримент, при който термичните батерии бяха заменени със синтезирана изкуствена молекула, която действаше като свързващо вещество за златни микроскопични полупроводници. Според проведените експерименти стана ясно, че само времето ще покаже ефективността на настоящите изследвания.

Преглед на типа

В зависимост от методите за генериране на електричество, източници на топлина и всички термоелектрически генератори са от няколко типа в зависимост от видовете участващи конструктивни елементи.

Гориво . Топлината се получава от изгарянето на гориво, което е въглища, природен газ и нефт, както и топлина, получена чрез изгаряне на пиротехнически групи (шашки).

Атомни термоелектрически генератори , в който източникът е топлината на атомен реактор (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), често тук термична помпа е вторият и третият етап на преобразуване.

Слънчеви генератори генерират топлина от слънчеви комуникатори, които са ни известни в ежедневието (огледала, лещи, топлинни тръби).

Рециклиращите инсталации генерират топлина от всякакви източници, което води до отделяне на отпадъчна топлина (отработени газове и димни газове и др.).

Радиоизотоп топлината се получава чрез разпадане и разделяне на изотопи, този процес се характеризира с неконтролируемост на самото разделяне, а резултатът е полуживотът на елементите.

Градиентни термоелектрически генератори се основават на температурната разлика без външни смущения: между околната среда и мястото на експеримента (специално оборудвано оборудване, промишлени тръбопроводи и т.н.), използвайки първоначалния пусков ток. Даденият тип термоелектрически генератор е използван с оползотворяване на електрическата енергия, получена от ефекта на Зеебек, за преобразуване в топлинна енергия съгласно закона на Джоул-Ленц.

Приложения

Поради ниската си ефективност, термоелектрическите генератори са широко използвани където няма други възможности за енергийни източници, както и по време на процеси със значителен недостиг на топлина.

Печки на дърва с електрически генератор

Това устройство се характеризира с наличието на емайлирана повърхност, източник на електричество, включително нагревател. Силата на такова устройство може да е достатъчна за зареждане на мобилно устройство или други устройства, използващи гнездото за запалка за автомобили . Въз основа на параметрите може да се заключи, че генераторът може да работи без нормални условия, а именно без наличие на газ, отоплителна система и електричество.

Промишлени термоелектрически генератори

BioLite представи нов модел за туризъм - преносима печка, която не само ще затопли храната, но и ще зареди вашето мобилно устройство. Всичко това е възможно благодарение на термоелектрическия генератор, вграден в това устройство.

Това устройство ще ви служи перфектно при походи, риболов или навсякъде далеч от всички условия на съвременната цивилизация. Работата на генератора BioLite се характеризира с изгарянето на гориво, което се предава последователно по стените и генерира електричество. Полученото електричество ще ви позволи да заредите телефона или да осветите светодиода.

Радиоизотопни термоелектрически генератори

При тях източникът на енергия е топлината, която се образува в резултат на разграждането на микроелементите. Те се нуждаят от постоянна доставка на гориво, така че имат превъзходство пред другите генератори . Значителният им недостатък обаче е, че по време на работа е необходимо да се спазват правилата за безопасност, тъй като има радиация от йонизирани материали.

Въпреки факта, че пускането на такива генератори може да бъде опасно, включително за екологичната ситуация, използването им е доста често. Например, тяхното изхвърляне е възможно не само на Земята, но и в космоса . Известно е, че радиоизотопните генератори се използват за зареждане на навигационни системи, най -често на места, където няма комуникационни системи.

Термични микроелементи

Термичните батерии действат като преобразуватели и дизайнът им се състои от електрически измервателни уреди, калибрирани по Целзий. Грешката в такива устройства обикновено се приравнява на 0,01 градуса . Но трябва да се отбележи, че тези устройства са предназначени за използване в диапазона от минималната линия на абсолютната нула до 2000 градуса по Целзий.

Генераторите на топлинна енергия наскоро придобиха широка популярност, когато работят на труднодостъпни места, които са напълно лишени от комуникационни системи. Тези места включват Space, където тези устройства се използват все повече като алтернативни източници на енергия на борда на космически кораби.

Във връзка с развитието на научно-техническия прогрес, както и задълбочените изследвания във физиката, използването на термоелектрически генератори в превозни средства за възстановяване на топлинна енергия набира популярност с цел преработка на вещества, които се извличат от изпускателните системи на автомобили.