Termoelektrické Generátory: Rádioizotop A ďalšie. Princíp činnosti Generátorov Energie Na Priemyselné Využitie. Ich Zariadenie

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 05:57

Tepelné elektrárne sú vo svete uznávané ako najlacnejšia možnosť výroby energie. Existuje však alternatíva k tejto metóde, ktorá je šetrná k životnému prostrediu - termoelektrické generátory (TEG).

Čo to je?

Termoelektrický generátor je zariadenie, ktorého úlohou je prevádzať tepelnú energiu na elektrickú energiu pomocou systému tepelných prvkov.

Pojem „tepelnej“energie je v tomto kontexte interpretovaný nie celkom správne, pretože teplo znamená iba spôsob premeny tejto energie.

TEG je termoelektrický jav, ktorý prvýkrát ilustroval nemecký fyzik Thomas Seebeck v 20. rokoch 19. storočia . Výsledok Seebeckovho výskumu je interpretovaný ako elektrický odpor v obvode z dvoch rôznych materiálov, ale celý proces prebieha iba v závislosti od teploty.

Zariadenie a princíp činnosti

Princíp činnosti termoelektrického generátora, alebo, ako sa nazýva aj tepelné čerpadlo, je založený na premene tepelnej energie na elektrickú energiu pomocou tepelných prvkov polovodičov, ktoré sú zapojené paralelne alebo sériovo.

V priebehu výskumu vytvoril nemecký vedec úplne nový Peltierov efekt , čo naznačuje, že úplne odlišné materiály polovodičov počas spájkovania umožňujú detegovať rozdiel teplôt medzi ich bočnými bodmi.

Ako však porozumiete tomu, ako tento systém funguje? Všetko je celkom jednoduché, takýto koncept je založený na určitom algoritme: keď je jeden z prvkov ochladený a druhý sa zahrieva, dostaneme energiu prúdu a napätia. Hlavnou črtou, ktorá odlišuje túto konkrétnu metódu od ostatných, je to, že tu možno použiť všetky druhy zdrojov tepla .vrátane nedávno vypnutého sporáka, žiarovky, ohňa alebo dokonca šálky iba naliateho čaju. Chladiacim prvkom je najčastejšie vzduch alebo obyčajná voda.

Ako tieto tepelné generátory fungujú? Skladajú sa zo špeciálnych tepelných batérií, ktoré sú vyrobené z vodivých materiálov, a výmenníkov tepla rôznych teplôt termopilných spojov.

Schéma elektrického obvodu vyzerá takto: termočlánky polovodičov, obdĺžnikové nohy vodivosti typu n a p, spojené platne zo studených a horúcich zliatin, ako aj vysoké zaťaženie.

Medzi pozitívne aspekty termoelektrického modulu patrí možnosť použitia absolútne za každých podmienok ., vrátane výletov a okrem toho jednoduchosť dopravy. Navyše v nich nie sú žiadne pohyblivé časti, ktoré sa zvyknú rýchlo opotrebovať.

A nevýhody zahŕňajú ďaleko od nízkych nákladov, nízkej účinnosti (približne 2-3%), ako aj dôležitosti iného zdroja, ktorý poskytne racionálny pokles teploty.

Je potrebné poznamenať, že vedci aktívne pracujú na perspektívach zlepšenia a odstránenia všetkých chýb pri získavaní energie týmto spôsobom … Pokračujú experimenty a výskum s cieľom vyvinúť najefektívnejšie tepelné batérie, ktoré pomôžu zvýšiť účinnosť.

Je však dosť ťažké určiť optimálnosť týchto možností, pretože sú založené výlučne na praktických ukazovateľoch bez teoretického základu.

Vzhľadom na všetky nedostatky, konkrétne na nedostatočnosť materiálov pre termopilné zliatiny, je dosť ťažké hovoriť o prielome v blízkej budúcnosti.

Existuje teória, že v súčasnej fáze budú fyzici používať technologicky novú metódu nahradenia zliatin efektívnejšími, oddelene so zavedením nanotechnológií . Navyše je možná možnosť použitia netradičných zdrojov. Na Kalifornskej univerzite sa teda uskutočnil experiment, kde boli tepelné batérie nahradené syntetizovanou umelou molekulou, ktorá fungovala ako spojivo zlatých mikroskopických polovodičov. Podľa vykonaných experimentov bolo jasné, že účinnosť súčasného výskumu ukáže iba čas.

Prehľad typov

V závislosti od spôsobov výroby elektriny, zdrojov tepla a všetky termoelektrické generátory sú niekoľkých typov v závislosti od typov zapojených štruktúrnych prvkov.

Palivo . Teplo sa získava spaľovaním paliva, ktorým je uhlie, zemný plyn a ropa, ako aj teplo získavané spaľovaním pyrotechnických skupín (dáma).

Atómové termoelektrické generátory , v ktorom je zdrojom teplo atómového reaktora (urán-233, urán-235, plutónium-238, tórium), často tu je tepelné čerpadlo druhým a tretím stupňom konverzie.

Slnečné generátory generujú teplo zo slnečných komunikátorov, ktoré sú nám známe v každodennom živote (zrkadlá, šošovky, tepelné trubice).

Recyklačné zariadenia vyrábajú teplo zo všetkých druhov zdrojov, čo vedie k uvoľňovaniu odpadového tepla (výfukové plyny a spaliny atď.).

Rádioizotop teplo sa získava rozpadom a štiepením izotopov, tento proces je charakterizovaný nekontrolovateľnosťou samotného štiepenia a výsledkom je polčas rozpadu prvkov.

Gradientové termoelektrické generátory sú založené na teplotnom rozdiele bez akéhokoľvek vonkajšieho rušenia: medzi prostredím a miestom experimentu (špeciálne vybavené zariadenie, priemyselné potrubia atď.) pomocou počiatočného štartovacieho prúdu. Daný typ termoelektrického generátora bol použitý s využitím elektrickej energie získanej zo Seebeckovho efektu na premenu na tepelnú energiu podľa Joule-Lenzovho zákona.

Aplikácie

Vďaka svojej nízkej účinnosti sú termoelektrické generátory široko používané kde neexistujú žiadne iné možnosti pre zdroje energie, ako aj počas procesov s významným nedostatkom tepla.

Kachle na drevo s elektrickým generátorom

Toto zariadenie sa vyznačuje prítomnosťou smaltovaného povrchu, zdroja elektrickej energie vrátane ohrievača. Výkon takéhoto zariadenia môže stačiť na nabíjanie mobilného zariadenia alebo iných zariadení pomocou zásuvky zapaľovača v automobiloch . Na základe parametrov je možné dospieť k záveru, že generátor je schopný pracovať bez bežných podmienok, a to bez prítomnosti plynu, vykurovacieho systému a elektriny.

Priemyselné termoelektrické generátory

BioLite predstavil nový model pre pešiu turistiku - prenosný sporák, ktorý nielen ohreje jedlo, ale aj nabije vaše mobilné zariadenie. To všetko je možné vďaka termoelektrickému generátoru zabudovanému v tomto zariadení.

Toto zariadenie vám perfektne poslúži na túrach, rybolove alebo kdekoľvek mimo všetkých podmienok modernej civilizácie. Práca generátora BioLite sa vyznačuje spaľovaním paliva, ktoré sa postupne prenáša pozdĺž stien a generuje elektrickú energiu. Výsledná elektrická energia vám umožní nabíjať telefón alebo rozsvietiť LED diódu.

Rádioizotopové termoelektrické generátory

V nich je zdrojom energie teplo, ktoré vzniká v dôsledku rozpadu mikroelementov. Potrebujú neustálu dodávku paliva, takže majú prevahu nad inými generátormi . Ich významnou nevýhodou však je, že počas prevádzky je potrebné dodržiavať bezpečnostné pravidlá, pretože dochádza k žiareniu z ionizovaných materiálov.

Napriek tomu, že uvedenie takýchto generátorov na trh môže byť nebezpečné, a to aj pre environmentálnu situáciu, ich používanie je celkom bežné. Napríklad, ich likvidácia je možná nielen na Zemi, ale aj vo vesmíre . Je známe, že rádioizotopové generátory sa používajú na nabíjanie navigačných systémov, najčastejšie v miestach, kde nie sú žiadne komunikačné systémy.

Tepelné stopové prvky

Tepelné batérie pôsobia ako prevodníky a ich konštrukcia je tvorená elektrickými meracími prístrojmi kalibrovanými v stupňoch Celzia. Chyba v takýchto zariadeniach sa zvyčajne rovná 0,01 stupňa . Treba však poznamenať, že tieto zariadenia sú navrhnuté na použitie v rozmedzí od minimálnej línie absolútnej nuly do 2 000 stupňov Celzia.

Tepelné generátory si v poslednej dobe získali veľkú popularitu pri práci na ťažko dostupných miestach, ktoré sú úplne bez komunikačných systémov. Medzi tieto miesta patrí vesmír, kde sa tieto zariadenia stále častejšie používajú ako alternatívne zdroje energie vo vesmírnych kozmických vozidlách.

V súvislosti s rozvojom vedeckého a technologického pokroku a hĺbkového výskumu fyziky si používanie termoelektrických generátorov vo vozidlách na získavanie tepelnej energie získava na obľube pri spracovaní látok extrahovaných z výfukových systémov autá.