Жылуэлектр генераторлары: радиоизотоп және басқалары. Өнеркәсіптік пайдалануға арналған энергия генераторларының жұмыс принципі. Олардың құрылғысы

2024 Автор: Beatrice Philips | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 05:47

Жылу электр станциялары әлемде энергия өндірудің ең арзан нұсқасы ретінде танылды. Бірақ бұл әдіске балама бар, ол экологиялық таза - термоэлектрлік генераторлар (ТЭГ).

Бұл не?

Термоэлектрлік генератор - бұл жылу элементтерінің жүйесін қолдану арқылы жылу энергиясын электр энергиясына айналдыру болып табылатын құрылғы.

«Жылу» энергиясы ұғымы бұл тұрғыда дұрыс түсіндірілмеген, өйткені жылу тек бұл энергияны түрлендіру әдісін білдіреді.

TEG - бұл термоэлектрлік құбылыс, оны 19 ғасырдың 20 -шы жылдарында неміс физигі Томас Зибек алғаш рет суреттеген . Зебек зерттеулерінің нәтижесі екі түрлі материалдың тізбегіндегі электр кедергісі ретінде түсіндіріледі, бірақ бүкіл процесс тек температураға байланысты жүреді.

Құрылғы және жұмыс принципі

Термоэлектрлік генератордың жұмыс принципі, немесе оны жылу сорғысы деп те атайды, жылу энергиясын параллель немесе тізбектей жалғанған жартылай өткізгіштердің жылу элементтерінің көмегімен электр энергиясына айналдыруға негізделген.

Зерттеу барысында неміс ғалымы мүлде жаңа Пельтье эффектісін құрды Бұл дәнекерлеу кезінде жартылай өткізгіштердің мүлдем басқа материалдары олардың бүйірлік нүктелері арасындағы температураның айырмашылығын анықтауға мүмкіндік беретінін көрсетеді.

Бірақ бұл жүйенің қалай жұмыс істейтінін қалай түсінуге болады? Барлығы өте қарапайым, мұндай тұжырымдама белгілі бір алгоритмге негізделген: элементтердің бірі салқындатылғанда, екіншісі қыздырылған кезде, біз ток пен кернеудің энергиясын аламыз. Бұл әдісті басқалардан ерекшелейтін басты ерекшелігі - мұнда жылу көздерінің барлық түрлерін қолдануға болады .оның ішінде жақында ғана өшірілген пеш, шам, от немесе тіпті шәй құйылған шыныаяқ. Жақсы, салқындатқыш элемент көбінесе ауа немесе қарапайым су.

Бұл жылу генераторлары қалай жұмыс істейді? Олар өткізгіш материалдардан жасалған арнайы термиялық батареялардан және термопильді түйіндердің әр түрлі температуралы жылу алмастырғыштарынан тұрады.

Электр тізбегінің схемасы келесідей: жартылай өткізгіштердің термопаралары, n- және p типті өткізгіштіктің төртбұрышты аяқтары, суық және ыстық қорытпалардың қосылған пластиналары, сондай-ақ жоғары жүктеме.

Термоэлектрлік модульдің оң аспектілерінің арасында барлық жағдайда абсолютті қолдану мүмкіндігі атап өтілген .жаяу жүруді қоса алғанда, сонымен қатар тасымалдаудың қарапайымдылығы. Сонымен қатар, оларда тез тозуға бейім қозғалатын бөліктер жоқ.

Ал кемшіліктер төмен бағадан алыс, тиімділігі төмен (шамамен 2-3%), сонымен қатар температураның ұтымды төмендеуін қамтамасыз ететін басқа көздің маңыздылығын қамтиды.

Айта кету керек ғалымдар осылайша энергия алу кезіндегі барлық қателіктерді жетілдіру мен жою перспективалары бойынша белсенді жұмыс жасауда … Тиімділігін арттыруға көмектесетін ең тиімді жылу батареяларын жасау бойынша эксперименттер мен зерттеулер жалғасуда.

Алайда, бұл нұсқалардың оңтайлылығын анықтау өте қиын, өйткені олар теориялық негізі жоқ, тек практикалық көрсеткіштерге негізделген.

Барлық кемшіліктерді, атап айтқанда, термопильді қорытпаларға арналған материалдардың жеткіліксіздігін ескере отырып, жақын арада серпіліс туралы айту қиын.

Қазіргі кезеңде физиктер нанотехнологияны енгізе отырып, қорытпаларды тиімдірек алмастырудың технологиялық жаңа әдісін қолданады деген теория бар . Сонымен қатар, дәстүрлі емес көздерді пайдалану мүмкіндігі бар. Сонымен, Калифорния университетінде эксперимент жүргізілді, онда жылу батареялары алтын микроскопиялық жартылай өткізгіштерді байланыстырушы рөлін атқаратын синтезделген жасанды молекулаға ауыстырылды. Жүргізілген эксперименттерге сәйкес, қазіргі зерттеулердің тиімділігін уақыт көрсететіні белгілі болды.

Түрге шолу

Электр энергиясын өндіру әдістеріне байланысты, жылу көздері, және барлық термоэлектрлік генераторлар құрылымдық элементтердің түріне байланысты бірнеше түрге бөлінеді.

Жанармай . Жылу көмір, табиғи газ және мұнай болып табылатын отынның жануынан, сонымен қатар пиротехникалық топтардың (дойбы) жануынан алынатын жылудан алынады.

Атомдық термоэлектрлік генераторлар , онда көзі атомдық реактордың жылуы болып табылады (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), көбінесе мұнда жылу сорғы конверсияның екінші және үшінші сатысы болып табылады.

Күн генераторлары күн коммуникаторларынан күнделікті өмірде бізге белгілі жылу шығарады (айналар, линзалар, жылу құбырлары).

Қайта өңдейтін қондырғылар барлық көздерден жылу шығарады, нәтижесінде қалдық жылу бөлінеді (пайдаланылған және түтін газдары және т.б.).

Радиоизотоп жылу изотоптардың ыдырауы мен бөлінуімен алынады, бұл процесс бөлінудің өзін бақылаусыздығымен сипатталады, ал нәтижесінде элементтердің жартылай ыдырау периоды пайда болады.

Градиентті термоэлектрлік генераторлар сыртқы әсер етпестен температураның айырмашылығына негізделген: қоршаған орта мен тәжірибе алаңы арасындағы (арнайы жабдықталған жабдықтар, өндірістік құбырлар және т.б.) бастапқы іске қосу тогы арқылы. Термоэлектрлік генератордың бұл түрі Джоуль-Ленц заңы бойынша жылу энергиясына айналдыру үшін Зебек эффектісінен алынған электр энергиясын пайдалану кезінде қолданылды.

Қолданбалар

Тиімділігі төмен болғандықтан термоэлектрлік генераторлар кеңінен қолданылады энергия көздерінің басқа нұсқалары жоқ жерде, сондай -ақ айтарлықтай жылу жетіспеушілігі бар процестер кезінде.

Электр генераторы бар ағаш пештер

Бұл құрылғы эмальданған беттің болуымен сипатталады, электр көзі, оның ішінде жылытқыш. Мұндай құрылғының қуаты мобильді құрылғыны немесе автокөліктерге арналған темекі тұтқасы бар басқа құрылғыларды зарядтауға жеткілікті болуы мүмкін . Параметрлерге сүйене отырып, генератор қалыпты жағдайсыз, яғни газсыз, жылыту жүйесі мен электр энергиясынсыз жұмыс істей алады деген қорытынды жасауға болады.

Өнеркәсіптік термоэлектр генераторлары

BioLite жаяу серуендеуге арналған жаңа модельді ұсынды - бұл тағамды жылытып қана қоймай, мобильді құрылғыны зарядтайтын портативті пеш. Мұның бәрі осы құрылғыға салынған термоэлектрлік генератордың арқасында мүмкін.

Бұл құрылғы сізге серуендеуде, балық аулауда немесе қазіргі өркениеттің барлық жағдайынан алыс жерде тамаша қызмет етеді. BioLite генераторының жұмысы отынның жануымен сипатталады, ол қабырға бойымен жүйелі түрде беріліп, электр энергиясын өндіреді. Алынған электр қуаты телефонды зарядтауға немесе жарық диодты жарықтандыруға мүмкіндік береді.

Радиоизотопты термоэлектрлік генераторлар

Оларда энергия көзі - микроэлементтердің ыдырауы нәтижесінде пайда болатын жылу. Олар тұрақты отынмен қамтамасыз етілуі керек, сондықтан олар басқа генераторлардан артықшылығы бар . Алайда, олардың маңызды кемшілігі - жұмыс кезінде қауіпсіздік ережелерін сақтау қажет, себебі иондалған материалдардан сәуле шығады.

Мұндай генераторларды іске қосу қауіпті болуы мүмкін екендігіне қарамастан, оның ішінде экологиялық жағдайға қарамастан, оларды қолдану өте кең таралған. Мысалға, оларды жою тек Жерде ғана емес, ғарышта да мүмкін . Радиоизотопты генераторлар навигациялық жүйелерді зарядтау үшін пайдаланылатыны белгілі, көбінесе байланыс жүйесі жоқ жерлерде.

Термиялық микроэлементтер

Жылу батареялары түрлендіргіш қызметін атқарады және олардың дизайны Цельсий бойынша калибрленген электрлік өлшеу құралдарынан тұрады. Мұндай құрылғылардағы қате әдетте 0,01 градусқа теңестіріледі . Бірақ бұл құрылғылар абсолютті нөлдің минималды сызығынан 2000 градус Цельсийге дейінгі аралықта қолдануға арналғанын атап өткен жөн.

Жылу генераторлары жақында байланыс жүйесінен мүлде қол жетпейтін жерлерде жұмыс істегенде кеңінен танымал болды. Бұл орындарға Space кіреді, онда бұл құрылғылар ғарыштық көлік бортында балама қуат көзі ретінде қолданылады.

Ғылыми-техникалық прогрестің дамуына, сондай-ақ физикадағы терең зерттеулерге байланысты жылу энергиясын қалпына келтіру үшін автокөліктерде термоэлектрлік генераторларды қолдану газдардың шығатын жүйелерінен алынатын заттарды өңдеу үшін танымал бола бастады. Көліктер.