|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Generatory termoelektryczne. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Generator termoelektryczny to urządzenie służące do bezpośredniej zamiany energii cieplnej na energię elektryczną. Generatory termoelektryczne wykonane są na bazie termoelementów. Najbardziej efektywne generatory ciepła to te wykorzystujące złożone związki półprzewodnikowe; ich moc może sięgać kilkudziesięciu watów, wydajność - 20% (przy różnicy temperatur między gorącymi i zimnymi złączami termoelementów - około 1000 K). T.g. są szczególnie efektywne przy wykorzystaniu ciepła powstającego podczas pracy silników rakietowych, reaktorów jądrowych, wielkich pieców itp. Generator termoelektryczny przeznaczony jest do zasilania różnych urządzeń radiowych, komunikacji, oświetlenia i ładowania akumulatorów. Przekształca ciepło ze źródeł domowych (kerogaz, kuchenka naftowa, palnik gazowy, kuchenka, ogień) w energię elektryczną. 1. Generatory termoelektryczne na paliwo stałe TEG zasilany węglem drzewnym i chłodzony wodą lub powietrzem. Schemat projektowy pokazano na ryc. 7.3. Ich główne cechy podano w tabeli. 7.1.
Tabela 7.1. Charakterystyka TEG na węglu drzewnym
TEG z ogrzewaniem gorących końcówek poprzez spalanie węgla drzewnego i chłodzeniem zimnych końców wrzącą wodą (patrz rys. 7.4, 7.5) posiada żeliwną palenisko 6, w którym spalany jest węgiel, ładowany do leja 4 przez szyję 1. Produkty spalania wypływają przez rura 2 W przestrzeni pomiędzy obudową wewnętrzną 3 i obudową zewnętrzną 5 znajduje się wrząca woda, która utrzymuje temperaturę zimnych końców TEEL na poziomie około 100°C. Termoelementy 8 są izolowane elektrycznie od konstrukcji instalacji cienkimi warstwami miki. Kontakt termiczny pomiędzy obudową 3 i TEEL odbywa się za pomocą wlanego pomiędzy nie niskotopliwego stopu.
TEG posiada dwa niezależnie działające akumulatory TEEL: jeden do zasilania obwodów żarowych, drugi do zasilania (za pomocą przetwornika drgań) obwodów anody i siatki. Wadami takiego TEEL są: trudność w nawiązaniu kontaktu termicznego pomiędzy TEEL a lodówką, obecność wrzącej wody i trudność w kontrolowaniu paleniska węglowego.
TEG na drewnie i węglu Dalszy rozwój TEG-ów na paliwo stałe doprowadził do powstania kilku kolejnych modeli większych TEG-ów o mocy dochodzącej do 500 W i większej. Urządzenia te były piecami na węgiel lub drewno, z termopalami wbudowanymi w ściany. Jako przykład podamy generatory opracowane dla Dalekiej Północy o mocy 200 i 500 W, działające na dowolnym paliwie - drewnie, węglu, ropie. Generator o mocy 200 W zużył około 2 kg drewna w ciągu 1 godziny. Miała ona wytwarzać energię elektryczną, gorącą wodę lub parę wodną wykorzystywaną w hodowli zwierząt. Praca TEG na węglu jest jednak niestabilna ze względu na trudności w zapewnieniu równomiernych dostaw paliwa. Kolejne uruchomienie TEG-a wymagało wstępnego wyczyszczenia pieca, dojście do mocy zajęło dużo czasu itp. Dlatego dalszy rozwój TEG-a poszedł drogą wykorzystania paliwa płynnego. TEG pośrednie dla paliw stałych i płynnych Zalety paliwa ciekłego doprowadziły do pojawienia się konstrukcji pośrednich, nadających się do pracy zarówno na paliwach ciekłych, jak i stałych. Do takich konstrukcji zalicza się pokazaną na ryc. 7.6 Schemat instalacji TEG według amerykańskiego patentu.
Tutaj 145 elementów termoelektrycznych wykonanych z drutu o średnicy 0,5 mm osadzonych jest zimnymi końcami w dnie bakelitowego szkła o średnicy 5 cm, wspartego na statywie. Gorące końce elementów podgrzewane są płomieniem konwencjonalnego palnika alkoholowego. Jedna gałąź TEEL wykonana jest z konstantanu, druga ze stopu niklu (91%) z molibdenem (9%). Napięcie wyjściowe generatora 6 V. Schemat ten jest bardzo podobny do schematu TEG-1, ale ma inną konstrukcję: z metalowymi ogniwami paliwowymi i zastąpieniem ognia palnikiem alkoholowym. 2. Generatory termoelektryczne na paliwo płynne TEG-y na naftę typu TGK-1, TGK-3 i TGK-2-2-TEG na naftę opierają się na wykorzystaniu konwencjonalnych oświetleniowych lamp naftowych jako źródła ciepła i wraz z wytwarzaniem energii elektrycznej są źródłami światła. Schematy konstrukcyjne TGK-1, TGK-3 i TGK-2-2 są takie same: gorące produkty spalania nafty ogrzewają gorące złącza TEEL wykonane z SbZn i konstantanu, zimne złącza mają żebra chłodzące powietrze. Moc TGC-1 wynosi około 1,6 W, TGC-3 około 3 W. Główne cechy TGK-3 wymieniono w tabeli. 7.2. Tabela 7.2
Na ryc. Rysunek 7.7 pokazuje generator TGK-3, który w swojej podstawowej konstrukcji niewiele różni się od TGK-1, ale ma większą moc. Ten TEG wykorzystuje 20-żyłową lampę naftową z okrągłym knotem 8 i 7 oraz metalową rurkę cieplną. 2 i 6, pokazane na ryc. 7.7 ma 14 twarzy dla TEEL. Każdy blok TEEL jest chłodzony przez jedno niezależne podwójne żebro 3, tak jak w TGK-1. Wysokość TGK-3 od dolnej krawędzi lampy 8 do pierścienia 1 wynosi około 1 m, średnica grzejnika wynosi 300 mm. Jednorazowe napełnienie lampy wystarcza na około 10 godzin. Energia wytwarzana przez TGK-3 jest w zupełności wystarczająca do zasilania różnych radiotelefonów i innych urządzeń pobierających napięcie 1–2 V przy prądzie 0,3–0,5 A i napięcie 90–120 V przy prądzie 8–11 mA . 3. TEG na paliwie gazowym Zastosowanie gazu ułatwia regulację dopływu ciepła (można to łatwo osiągnąć poprzez regulację ciśnienia gazu w palniku), zapewnia dobre spalanie paliwa w różnych temperaturach i nie towarzyszy mu osadzanie się żużla. Wszystko to stwarza warunki do długotrwałej i stabilnej pracy TEG. W szczególności lata pięćdziesiąte charakteryzowały się budową rurociągów służących do transportu gazu ziemnego i ropy na duże odległości do ośrodków zużycia. Wiąże się to także z początkiem powszechnego stosowania TEG na paliwie gazowym do ochrony katodowej gazociągów i innych rurociągów przed korozją (na terenach pozbawionych elektrowni), w celu zapewnienia bezpieczeństwa rurociągów przy minimalnych kosztach, a także do innych cele. Gazociągi zlokalizowane w polu prądów błądzących lub w agresywnych gruntach szybko ulegają awariom w wyniku pojawienia się ubytków, przetok i innych uszkodzeń w miejscach uszkodzenia izolacji rurociągu. Stacja ochrony katodowej rurociągu jest źródłem prądu stałego o mocy do 0,5–1 kW przy napięciu 10–20 V, którego biegun ujemny jest podłączony do gazociągu za pomocą izolowanego kabla, a biegun dodatni jest uziemiony. Do ochrony katodowej w Rosji stworzono kilka typów TEG o mocy od 10 do 300 W, w tym TGG-10 i TGG-16. Każdy z nich posiada jeden akumulator TEEL i zasilany jest paliwem gazowym. Baterie składają się z oddzielnych sekcji. Złącze gorące dociska się do siluminowego nośnika ciepła, złącze zimne dociska się do chłodzących żeberek aluminiowych. Bateria ma postać cylindra, w którego dolnej części znajduje się palnik gazowy (PB-40-4), do którego dostarczany jest gaz pod nadciśnieniem około 0,015 atm. Instalacja TEG posiada zawór elektromagnetyczny z możliwością odcięcia dopływu paliwa. Zazwyczaj gaz dostarczany jest do TEG z gazociągów podłączonych do domów mechaników i inspektorów. Generator TGG-10 w zasadzie nie różni się zasadą działania od generatorów ogólnego przeznaczenia, zamiast lampy naftowej wykorzystuje jedynie palnik gazowy. TEG TGG-16 wykorzystuje ulepszoną metodę usuwania ciepła z gorących gazów za pomocą perforowanych dysków. Schemat tego TEG pokazano na ryc. 7.8. Generatory te nagrzewają się do temperatury roboczej w czasie krótszym niż 30 minut. Zużycie gazu (7000 - 8000 kcal/m) wynosi 0,1 - 0,2 m3/h. Niska wydajność cieplna w tych instalacjach jest nieznaczna, ponieważ zużycie gazu jest znikome, najważniejsza jest niezawodność i prostota, niskie koszty eksploatacji.
3. Generatory termoelektryczne zasilane energią słoneczną Solar TEG do celów kosmicznych. TEG, którego schemat pokazano na ryc. 7.9 opiera się na zastosowaniu małych ogniw paliwowych o objętości około 2,5 mm3, umieszczonych pomiędzy dwiema równoległymi płytami (np. folią metalową) w ilości około 3000 sztuk. na 1 m2; TEEL są odizolowane od płytek i połączone szeregowo-równolegle. W przestrzeni kosmicznej jedna płyta zwrócona w stronę Słońca nagrzewa się do 300°C, druga (zimne złącza) ma temperaturę około 70°C. Każde ogniwo paliwowe tej konstrukcji może wytwarzać moc około 10 MW przy sprawności około 2%. 1 m2 modelu panelu termoelektrycznego waży 10 kg i może wytworzyć około 30 - 40 W/m energii elektrycznej. Taki generator słoneczny dla statku kosmicznego wykonano w postaci kasety o powierzchni 30 cm z 12 rzędami ogniw paliwowych, po 12 ogniw paliwowych w każdym rzędzie. Charakteryzował się mocą 2 W energii elektrycznej przy ogrzewaniu przez Słońce w przestrzeni kosmicznej. Słoneczne TEG z płaskimi powierzchniami grzewczymi nie pozwalają na uzyskanie dobrej wydajności TEL (szczególnie w warunkach naziemnych) ze względu na małe różnice temperatur pomiędzy złączami gorącymi i zimnymi. Lepsze wyniki można uzyskać stosując koncentratory energii słonecznej, chociaż zwiększa to złożoność projektu.
4. Generatory termoelektryczne z koncentratorami energii słonecznej Jak już wspomniano, wydajność TEEL wzrasta proporcjonalnie do różnicy temperatur pomiędzy gorącym i zimnym złączem, a dodatkowo do temperatury bezwzględnej gorącego złącza. Dlatego zauważalny wzrost sprawności cieplnej TEG osiąga się poprzez zastosowanie koncentratorów energii słonecznej, które umożliwiają podniesienie temperatury gorącego złącza TEG do 1000°C. Termoelektryczny generator słoneczny z koncentratorem to stos termoelektryczny zainstalowany w strefie ogniskowej zwierciadła sferoidalnego lub cylindrycznego (ryc. 7.10). Promienie słoneczne zebrane przez lustro kierowane są na powierzchnię gorących złączy i je podgrzewają. Zimne złącza są chłodzone powietrzem, grzejnikami wodnymi lub promieniowaniem. Opracowano różne modele fotowoltaicznych TEG-ów z koncentratorami ciepła, zarówno z dużymi i małymi koncentratorami, jak iz akumulatorami ciepła. Poważną wadą fotowoltaicznych TEG z koncentratorami energii jest wysoki koszt samych koncentratorów.
1 - reflektor paraboliczny; 2 - odbiornik ciepła słonecznego; 3 - STALOWA; 4 - radiator Generatory termoelektryczne z kilkoma innymi źródłami ciepła Możliwość wykorzystania innych źródeł ciepła, zarówno przy dużych, jak i małych różnicach temperatur, do wytwarzania energii elektrycznej za pomocą TEG (wody geotermalnej, ciepła ludzkiego ciała, gazów spalinowych z wyrzutni rakiet itp.) została zaimplementowana w szeregu unikalnych projektów TEG. Najbardziej odpowiednie dla nich materiały termoelektryczne to te o wysokich współczynnikach jakości w niskich temperaturach. Do takich materiałów zalicza się tellurek ołowiu z dodatkiem 0,1% sodu, którego współczynnik jakości wynosi 0,8-10-3 (stopnie)-1 w 200°C i 1,410-3 (stopnie)-1 w 0°C. Wykorzystanie ciepła z wód geotermalnych może mieć ogromne znaczenie praktyczne. Stworzono eksperymentalne próbki TEG-u nadające się do wykorzystania ciepła naturalnych gorących źródeł. Niedostatecznie wysoką sprawność cieplną takiej termoelektrycznej elektrowni geotermalnej można zrekompensować prostotą i niezawodnością TEG oraz możliwością pracy bez personelu konserwacyjnego. Ciepło ludzkiego ciała można również wykorzystać do wytworzenia różnicy temperatur pomiędzy gorącymi i zimnymi złączami TEEL. Takie TEG-y z dobrych TEM są w stanie zapewnić moc 0,01 W lub większą, jeśli różnica temperatur wynosi około 40 - 50°C. Kilkadziesiąt miniaturowych TEEL-ów tworzy elastyczną bransoletkę noszoną na nadgarstku. Taki TEG może zapewnić zasilanie odbiornika i nadajnika tranzystorowego, szczególnie w obszarach o zimnym klimacie. Innym przykładem tego typu urządzeń jest japońskie radio półprzewodnikowe, które nie wymaga ogniw galwanicznych ani baterii. Istnieje urządzenie termoelektryczne, które zapewnia niezbędny prąd elektryczny, jeśli płyta termiczna zostanie umieszczona na dłoni. Autor: Magomedov A.M.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Księżyc zapobiegnie światowemu kryzysowi energetycznemu ▪ Nowy procesor Intel Celeron D351 ▪ Microsoft zapisał 200 MB danych w DNA
▪ sekcja serwisu Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki. Wybór artykułów ▪ artykuł Instrukcja ochrony pracy spawaczy elektrycznych spawania ręcznego ▪ artykuł Co to jest dur brzuszny? Szczegółowa odpowiedź ▪ niebieski artykuł. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Transceiver DSB. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony