Θερμοηλεκτρικές γεννήτριες: ραδιοϊσότοπο και άλλοι. Η αρχή λειτουργίας των γεννητριών ενέργειας για βιομηχανική χρήση. Η συσκευή τους

2024 Συγγραφέας: Beatrice Philips | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 05:33

Οι θερμικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας αναγνωρίζονται στον κόσμο ως η φθηνότερη επιλογή για παραγωγή ενέργειας. Αλλά υπάρχει μια εναλλακτική λύση σε αυτήν τη μέθοδο, η οποία είναι φιλική προς το περιβάλλον - θερμοηλεκτρικές γεννήτριες (TEG).

Τι είναι?

Μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια είναι μια συσκευή της οποίας ο στόχος είναι να μετατρέψει τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική χρησιμοποιώντας ένα σύστημα θερμικών στοιχείων.

Η έννοια της "θερμικής" ενέργειας σε αυτό το πλαίσιο ερμηνεύεται όχι πολύ σωστά, αφού η θερμότητα σημαίνει μόνο μια μέθοδο μετατροπής αυτής της ενέργειας.

Το TEG είναι ένα θερμοηλεκτρικό φαινόμενο που απεικονίστηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό φυσικό Thomas Seebeck στη δεκαετία του 20 του 19ου αιώνα . Το αποτέλεσμα της έρευνας του Seebeck ερμηνεύεται ως ηλεκτρική αντίσταση σε ένα κύκλωμα δύο διαφορετικών υλικών, αλλά η όλη διαδικασία προχωρά μόνο ανάλογα με τη θερμοκρασία.

Συσκευή και αρχή λειτουργίας

Η αρχή της λειτουργίας μιας θερμοηλεκτρικής γεννήτριας ή, όπως ονομάζεται επίσης, μιας αντλίας θερμότητας, βασίζεται στη μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας θερμικά στοιχεία ημιαγωγών, τα οποία συνδέονται παράλληλα ή σε σειρά.

Κατά τη διάρκεια της έρευνας, ένα εντελώς νέο φαινόμενο Peltier δημιουργήθηκε από έναν Γερμανό επιστήμονα , γεγονός που υποδεικνύει ότι εντελώς διαφορετικά υλικά ημιαγωγών κατά τη συγκόλληση καθιστούν δυνατή την ανίχνευση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των πλευρικών σημείων τους.

Πώς καταλαβαίνετε όμως πώς λειτουργεί αυτό το σύστημα; Όλα είναι αρκετά απλά, μια τέτοια έννοια βασίζεται σε έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο: όταν ένα από τα στοιχεία ψύχεται και το άλλο θερμαίνεται, τότε παίρνουμε την ενέργεια του ρεύματος και της τάσης. Το κύριο χαρακτηριστικό που διακρίνει τη συγκεκριμένη μέθοδο από τις υπόλοιπες είναι ότι εδώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν όλα τα είδη πηγών θερμότητας ., συμπεριλαμβανομένης μιας πρόσφατα σβησμένης σόμπας, λαμπτήρα, φωτιάς ή ακόμη και ένα φλιτζάνι με μόνο χυμένο τσάι. Λοιπόν, το στοιχείο ψύξης είναι συνήθως ο αέρας ή το συνηθισμένο νερό.

Πώς λειτουργούν αυτές οι θερμικές γεννήτριες; Αποτελούνται από ειδικές θερμικές μπαταρίες, οι οποίες είναι κατασκευασμένες από υλικά αγωγών και εναλλάκτες θερμότητας διαφορετικών θερμοκρασιών των διασταυρώσεων των θερμοπίστων.

Το διάγραμμα ηλεκτρικού κυκλώματος μοιάζει με αυτό: θερμοστοιχεία ημιαγωγών, ορθογώνια σκέλη αγωγιμότητας τύπου n και p, συνδεδεμένες πλάκες ψυχρών και θερμών κραμάτων, καθώς και υψηλό φορτίο.

Μεταξύ των θετικών πτυχών της θερμοηλεκτρικής μονάδας, σημειώνεται η δυνατότητα απολύτως χρήσης σε όλες τις συνθήκες ., συμπεριλαμβανομένων των πεζοποριών, και επιπλέον, ευκολία μεταφοράς. Επιπλέον, δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη σε αυτά, τα οποία τείνουν να φθείρονται γρήγορα.

Και τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν πολύ χαμηλό κόστος, χαμηλή απόδοση (περίπου 2-3%), καθώς και τη σημασία μιας άλλης πηγής που θα παρέχει μια ορθολογική πτώση της θερμοκρασίας.

πρέπει να σημειωθεί ότι οι επιστήμονες εργάζονται ενεργά για τις προοπτικές βελτίωσης και εξάλειψης όλων των λαθών στην απόκτηση ενέργειας με αυτόν τον τρόπο … Πειράματα και έρευνες συνεχίζονται για την ανάπτυξη των πιο αποδοτικών θερμικών μπαταριών που θα βοηθήσουν στην αύξηση της απόδοσης.

Ωστόσο, είναι μάλλον δύσκολο να προσδιοριστεί η βέλτιστη θέση αυτών των επιλογών, καθώς βασίζονται αποκλειστικά σε πρακτικούς δείκτες, χωρίς να έχουν θεωρητική βάση.

Λαμβάνοντας υπόψη όλες τις ελλείψεις, δηλαδή την ανεπάρκεια υλικών για κράματα θερμοπίστων, είναι μάλλον δύσκολο να μιλήσουμε για μια σημαντική ανακάλυψη στο εγγύς μέλλον.

Υπάρχει μια θεωρία ότι στο παρόν στάδιο οι φυσικοί θα χρησιμοποιήσουν μια τεχνολογικά νέα μέθοδο αντικατάστασης κραμάτων με πιο αποδοτικά, ξεχωριστά με την εισαγωγή της νανοτεχνολογίας . Επιπλέον, είναι δυνατή η επιλογή χρήσης μη παραδοσιακών πηγών. Έτσι, στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα όπου οι θερμικές μπαταρίες αντικαταστάθηκαν με ένα συνθετικό τεχνητό μόριο, το οποίο λειτούργησε ως συνδετικό υλικό για μικροσκοπικούς ημιαγωγούς χρυσού. Σύμφωνα με τα πειράματα που έγιναν, έγινε σαφές ότι μόνο ο χρόνος θα δείξει την αποτελεσματικότητα της τρέχουσας έρευνας.

Επισκόπηση πληκτρολογήστε

Ανάλογα με τις μεθόδους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, πηγών θερμότητας και όλες οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες είναι διαφόρων τύπων, ανάλογα με τους τύπους δομικών στοιχείων που εμπλέκονται.

Καύσιμα . Η θερμότητα λαμβάνεται από την καύση καυσίμου, που είναι άνθρακας, φυσικό αέριο και πετρέλαιο, καθώς και θερμότητα που λαμβάνεται με καύση πυροτεχνικών ομάδων (πούλια).

Ατομικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες , στον οποίο η πηγή είναι η θερμότητα ενός ατομικού αντιδραστήρα (ουράνιο-233, ουράνιο-235, πλουτώνιο-238, θόριο), συχνά εδώ μια θερμική αντλία είναι το δεύτερο και το τρίτο στάδιο της μετατροπής.

Ηλιακές γεννήτριες παράγουν θερμότητα από ηλιακούς επικοινωνείς που μας είναι γνωστοί στην καθημερινή ζωή (καθρέφτες, φακοί, σωλήνες θερμότητας).

Οι μονάδες ανακύκλωσης παράγουν θερμότητα από κάθε είδους πηγές, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση αποβλήτων θερμότητας (καυσαέρια και καυσαέρια κ.λπ.).

Ραδιοϊσότοπο η θερμότητα λαμβάνεται από τη διάσπαση και τη διάσπαση των ισοτόπων, αυτή η διαδικασία χαρακτηρίζεται από το ανεξέλεγκτο του ίδιου του διαχωρισμού και το αποτέλεσμα είναι ο χρόνος ημίσειας ζωής των στοιχείων.

Θερμοηλεκτρικές γεννήτριες κλίσης βασίζονται στη διαφορά θερμοκρασίας χωρίς καμία εξωτερική παρέμβαση: μεταξύ του περιβάλλοντος και του χώρου του πειράματος (ειδικά εξοπλισμένος εξοπλισμός, βιομηχανικοί αγωγοί κ.λπ.) χρησιμοποιώντας το αρχικό ρεύμα εκκίνησης. Ο συγκεκριμένος τύπος θερμοηλεκτρικής γεννήτριας χρησιμοποιήθηκε με τη χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας που λαμβάνεται από το φαινόμενο Seebeck για μετατροπή σε θερμική ενέργεια σύμφωνα με τον νόμο Joule-Lenz.

Εφαρμογές

Λόγω της χαμηλής απόδοσής τους, οι θερμοηλεκτρικές γεννήτριες χρησιμοποιούνται ευρέως όπου δεν υπάρχουν άλλες επιλογές για πηγές ενέργειας, καθώς και κατά τη διάρκεια διαδικασιών με σημαντικές ελλείψεις θερμότητας.

Ξυλόσομπες με ηλεκτρική γεννήτρια

Αυτή η συσκευή χαρακτηρίζεται από την παρουσία μιας εμαγιέ επιφάνειας, μιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου ενός θερμαντήρα. Η ισχύς μιας τέτοιας συσκευής μπορεί να είναι αρκετή για να φορτίσει μια κινητή συσκευή ή άλλες συσκευές που χρησιμοποιούν την πρίζα του αναπτήρα για αυτοκίνητα . Με βάση τις παραμέτρους, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η γεννήτρια είναι ικανή να λειτουργεί χωρίς κανονικές συνθήκες, δηλαδή χωρίς την παρουσία αερίου, συστήματος θέρμανσης και ηλεκτρικής ενέργειας.

Βιομηχανικές θερμοηλεκτρικές γεννήτριες

Η BioLite παρουσίασε ένα νέο μοντέλο για πεζοπορία - μια φορητή σόμπα που όχι μόνο θα ζεστάνει το φαγητό, αλλά και θα φορτίσει την κινητή συσκευή σας. Όλα αυτά είναι δυνατά χάρη στη θερμοηλεκτρική γεννήτρια που είναι ενσωματωμένη σε αυτήν τη συσκευή.

Αυτή η συσκευή θα σας εξυπηρετήσει τέλεια σε πεζοπορίες, ψάρεμα ή οπουδήποτε μακριά από όλες τις συνθήκες του σύγχρονου πολιτισμού. Το έργο της γεννήτριας BioLite χαρακτηρίζεται από την καύση καυσίμου, το οποίο μεταδίδεται διαδοχικά κατά μήκος των τοίχων και παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Ο ηλεκτρισμός που προκύπτει θα σας επιτρέψει να φορτίσετε το τηλέφωνο ή να ανάψετε το LED.

Θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων

Σε αυτά, η πηγή ενέργειας είναι η θερμότητα, η οποία σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης των μικροστοιχείων. Χρειάζονται μια συνεχή παροχή καυσίμου, επομένως έχουν υπεροχή έναντι άλλων γεννητριών . Ωστόσο, το σημαντικό μειονέκτημά τους είναι ότι κατά τη λειτουργία είναι απαραίτητο να τηρούνται οι κανόνες ασφαλείας, καθώς υπάρχει ακτινοβολία από ιονισμένα υλικά.

Παρά το γεγονός ότι η εκτόξευση τέτοιων γεννητριών μπορεί να είναι επικίνδυνη, συμπεριλαμβανομένης της περιβαλλοντικής κατάστασης, η χρήση τους είναι αρκετά συνηθισμένη. Για παράδειγμα, η διάθεσή τους είναι δυνατή όχι μόνο στη Γη, αλλά και στο διάστημα . Είναι γνωστό ότι οι γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων χρησιμοποιούνται για τη φόρτιση συστημάτων πλοήγησης, συχνότερα σε μέρη όπου δεν υπάρχουν συστήματα επικοινωνίας.

Θερμικά ιχνοστοιχεία

Οι θερμικές μπαταρίες λειτουργούν ως μετατροπείς και ο σχεδιασμός τους αποτελείται από ηλεκτρικά όργανα μέτρησης βαθμονομημένα σε Κελσίου. Το σφάλμα σε τέτοιες συσκευές συνήθως ισοδυναμεί με 0,01 μοίρες . Αλλά πρέπει να σημειωθεί ότι αυτές οι συσκευές έχουν σχεδιαστεί για χρήση στην περιοχή από την ελάχιστη γραμμή του απόλυτου μηδενός έως τους 2000 βαθμούς Κελσίου.

Οι γεννήτριες θερμικής ενέργειας έχουν αποκτήσει πρόσφατα μεγάλη δημοτικότητα όταν εργάζονται σε δυσπρόσιτα μέρη που στερούνται εντελώς συστημάτων επικοινωνίας. Αυτές οι τοποθεσίες περιλαμβάνουν το Space, όπου αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο ως εναλλακτικά τροφοδοτικά σε διαστημικά οχήματα.

Σε σχέση με την ανάπτυξη της επιστημονικής και τεχνολογικής προόδου, καθώς και τη σε βάθος έρευνα στη φυσική, η χρήση θερμοηλεκτρικών γεννητριών στα οχήματα για την ανάκτηση θερμικής ενέργειας κερδίζει δημοτικότητα για την επεξεργασία ουσιών που εξάγονται από τα συστήματα καυσαερίων αυτοκίνητα.