Termosähköisten generaattoreiden ominaisuudet

Lämpövoimalaitokset tunnustetaan maailmassa halvimmaksi vaihtoehdoksi energian tuottamiseen. Mutta tälle menetelmälle on vaihtoehto, joka on ympäristöystävällinen - lämpösähköiset generaattorit (TEG).

Termosähköinen generaattori on laite, jonka tehtävänä on muuntaa lämpöenergiaa sähköksi käyttämällä lämpöelementtijärjestelmää.

"Lämpöenergian" käsitettä ei tässä yhteydessä tulkita täysin oikein, koska lämpö tarkoittaa vain menetelmää tämän energian muuntamiseksi.

TEG on lämpösähköinen ilmiö, jonka ensimmäisen kerran havainnollisti saksalainen fyysikko Thomas Seebeck 1800-luvun 20-luvulla. Seebeckin tutkimuksen tulos tulkitaan sähkövastuksena kahden eri materiaalin piirissä, mutta koko prosessi etenee vain lämpötilasta riippuen.

Termosähköisen generaattorin tai, kuten sitä kutsutaan myös lämpöpumpuksi, toimintaperiaate perustuu lämpöenergian muuntamiseen sähköenergiaksi käyttämällä puolijohteiden lämpöelementtejä, jotka on kytketty rinnan tai sarjaan.

Tutkimuksen aikana saksalainen tiedemies loi täysin uuden Peltier-ilmiön, mikä osoittaa, että täysin erilaiset puolijohteiden materiaalit juottamisen aikana mahdollistavat lämpötilaeron havaitsemisen niiden sivupisteiden välillä.

Mutta miten ymmärrät, kuinka tämä järjestelmä toimii? Kaikki on melko yksinkertaista, tällainen käsite perustuu tiettyyn algoritmiin: kun yksi elementeistä jäähdytetään ja toinen lämmitetään, saamme virran ja jännitteen energian. Tärkein ominaisuus, joka erottaa tämän menetelmän muista, on se, että täällä voidaan käyttää kaikenlaisia ​​lämmönlähteitä., mukaan lukien hiljattain sammutettu liesi, lamppu, tulipalo tai jopa kuppi, jossa on vain kaadettua teetä. No, jäähdytyselementti on useimmiten ilmaa tai tavallista vettä.

Miten nämä lämpögeneraattorit toimivat? Ne koostuvat erityisistä lämpöparistoista, jotka on valmistettu johdinmateriaaleista, ja lämpöpaaluliitosten erilämpöisistä lämmönvaihtimista.

Sähkökytkentäkaavio näyttää tältä: puolijohteiden lämpöparit, n- ja p-tyypin johtavuuden suorakaiteen muotoiset jalat, kylmä- ja kuumaseokset liitetyt levyt sekä suuri kuormitus.

Lämpösähköisen moduulin myönteisistä puolista mainitaan mahdollisuus käyttää ehdottomasti kaikissa olosuhteissa., mukaan lukien vaellukset, ja lisäksi kuljetuksen helppous. Lisäksi niissä ei ole liikkuvia osia, jotka yleensä kuluvat nopeasti.

Ja haittoja ovat kaukana alhaiset kustannukset, alhainen hyötysuhde (noin 2-3%) sekä toisen lähteen merkitys, joka tarjoaa järkevän lämpötilan pudotuksen.

On huomattava, että tutkijat työskentelevät aktiivisesti mahdollisuuksiensa eteen parantaa ja poistaa kaikki virheet energian hankinnassa tällä tavalla... Kokeilu ja tutkimus jatkuvat tehokkaimpien lämpöakkujen kehittämiseksi, jotka auttavat lisäämään tehokkuutta.

Näiden vaihtoehtojen optimaalisuuden määrittäminen on kuitenkin melko vaikeaa, koska ne perustuvat yksinomaan käytännön indikaattoreihin ilman teoreettista perustaa.

On olemassa teoria, että fyysikot käyttävät tässä vaiheessa teknologisesti uutta menetelmää metalliseosten korvaamiseen tehokkaammilla, erikseen nanoteknologian käyttöönoton myötä. Lisäksi on mahdollista käyttää ei-perinteisiä lähteitä. Joten Kalifornian yliopistossa suoritettiin koe, jossa lämpöpatterit korvattiin syntetisoidulla keinotekoisella molekyylillä, joka toimi kultamikroskooppisten puolijohteiden sideaineena. Kokeiden mukaan kävi selväksi, että vain aika näyttää nykyisen tutkimuksen tehokkuuden.

Riippuen sähkön tuotantomenetelmistä, lämmönlähteistä ja Kaikki lämpösähköiset generaattorit ovat useita tyyppejä riippuen siitä, minkä tyyppisiä rakenneosia käytetään.

Polttoaine. Lämpöä saadaan polttamalla polttoainetta, joka on hiiltä, ​​maakaasua ja öljyä, sekä lämpöä, joka saadaan polttamalla pyroteknisiä ryhmiä (takti).

Atomitermosähköiset generaattoritjossa lähde on atomireaktorin lämpö (uraani-233, uraani-235, plutonium-238, torium), usein tässä lämpöpumppu on toinen ja kolmas konversiovaihe.

Aurinkogeneraattorit tuottavat lämpöä aurinkokommunikaattoreista, jotka tunnemme jokapäiväisessä elämässämme (peilit, linssit, lämpöputket).

Kierrätyslaitokset tuottavat lämpöä kaikenlaisista lähteistä, jolloin vapautuu hukkalämpöä (pako- ja savukaasuja jne.).

Radioisotooppi lämpö saadaan isotooppien hajoamisesta ja halkeamisesta, tälle prosessille on ominaista itse halkeamisen hallitsemattomuus, ja tuloksena on alkuaineiden puoliintumisaika.

Gradienttitermosähköiset generaattorit perustuvat lämpötilaeroon ilman ulkopuolisia häiriöitä: ympäristön ja koepaikan välillä (erityisesti varustetut laitteet, teollisuusputket jne.) käyttämällä alkukäynnistysvirtaa. Tietyn tyyppistä lämpösähkögeneraattoria käytettiin käyttämällä Seebeck-ilmiöstä saatua sähköenergiaa muuntamiseen lämpöenergiaksi Joule-Lenzin lain mukaisesti.

Alhaisen hyötysuhteensa vuoksi lämpösähkögeneraattoreita käytetään laajalti joissa ei ole muita vaihtoehtoja energialähteille, sekä prosesseissa, joissa on merkittävää lämmönpulaa.

Tälle laitteelle on ominaista emaloidun pinnan, sähkönlähteen, mukaan lukien lämmitin, läsnäolo. Tällaisen laitteen teho voi riittää mobiililaitteen tai muiden laitteiden lataamiseen auton tupakansytyttimellä. Parametrien perusteella voimme päätellä, että generaattori pystyy toimimaan ilman normaaleja olosuhteita, nimittäin ilman kaasun, lämmitysjärjestelmän ja sähkön läsnäoloa.

BioLite on esitellyt uuden mallin retkeilyyn - kannettavan lieden, joka ei vain lämmitä ruokaa, vaan myös lataa mobiililaitettasi. Kaikki tämä on mahdollista tähän laitteeseen sisäänrakennetun lämpösähkögeneraattorin ansiosta.

Niissä energian lähde on lämpö, ​​joka muodostuu mikroelementtien hajoamisen seurauksena. Ne tarvitsevat jatkuvaa polttoaineen saantia, joten ne ovat paremmat kuin muut generaattorit. Niiden merkittävä haittapuoli on kuitenkin se, että käytön aikana on noudatettava turvallisuussääntöjä, koska ionisoiduista materiaaleista tulee säteilyä.

Huolimatta siitä, että tällaisten generaattoreiden käynnistäminen voi olla vaarallista myös ympäristötilanteen kannalta, niiden käyttö on melko yleistä. Esimerkiksi, niiden hävittäminen on mahdollista paitsi maan päällä myös avaruudessa. Tiedetään, että radioisotooppigeneraattoreita käytetään navigointijärjestelmien lataamiseen, useimmiten paikoissa, joissa ei ole viestintäjärjestelmiä.

Lämpöpatterit toimivat muuntimina, ja niiden rakenne koostuu Celsius-asteissa kalibroiduista sähkömittauslaitteista. Tällaisten laitteiden virhe on yleensä 0,01 astetta. Mutta on huomattava, että nämä laitteet on suunniteltu käytettäväksi absoluuttisen nollan minimiviivasta 2000 celsiusasteeseen.

Tieteellisen ja teknologisen kehityksen sekä syvällisen fysiikan tutkimuksen yhteydessä on yleistymässä lämpösähköisten generaattoreiden käyttö ajoneuvoissa lämpöenergian talteenotossa aineiden prosessoimiseksi, joita uutetaan maakaasun pakojärjestelmistä. autoja.

Seuraava video tarjoaa yleiskatsauksen nykyaikaisesta lämpösähkögeneraattorista BioLite-energian retkeilyyn kaikkialla.