Termoelektrické Generátory: Radioizotop A Další. Princip činnosti Generátorů Energie Pro Průmyslové Využití. Jejich Zařízení

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 05:30

Tepelné elektrárny jsou ve světě uznávány jako nejlevnější možnost výroby energie. K této metodě ale existuje alternativa, která je šetrná k životnímu prostředí - termoelektrické generátory (TEG).

Co to je?

Termoelektrický generátor je zařízení, jehož úkolem je přeměnit tepelnou energii na elektrickou energii pomocí systému tepelných prvků.

Pojem „tepelné“energie je v tomto kontextu interpretován ne zcela správně, protože teplo znamená pouze způsob přeměny této energie.

TEG je termoelektrický jev, který poprvé ilustroval německý fyzik Thomas Seebeck ve 20. letech 19. století . Výsledek Seebeckova výzkumu je interpretován jako elektrický odpor v obvodu ze dvou různých materiálů, ale celý proces probíhá pouze v závislosti na teplotě.

Zařízení a princip činnosti

Princip činnosti termoelektrického generátoru, nebo, jak se také nazývá tepelné čerpadlo, je založen na přeměně tepelné energie na elektrickou energii pomocí tepelných prvků polovodičů, které jsou zapojeny paralelně nebo sériově.

V průběhu výzkumu vytvořil německý vědec zcela nový Peltierův efekt , což naznačuje, že zcela odlišné materiály polovodičů během pájení umožňují detekovat rozdíl teplot mezi jejich bočními body.

Jak ale porozumíte tomu, jak tento systém funguje? Všechno je docela jednoduché, takový koncept je založen na určitém algoritmu: když je jeden z prvků ochlazen a druhý se zahřívá, získáme energii proudu a napětí. Hlavní vlastností, která odlišuje tuto konkrétní metodu od ostatních, je to, že zde lze použít všechny druhy zdrojů tepla ., včetně nedávno vypnutého sporáku, lampy, ohně nebo dokonce šálku pouze s nalitým čajem. Chladícím prvkem je nejčastěji vzduch nebo obyčejná voda.

Jak tyto tepelné generátory fungují? Skládají se ze speciálních tepelných baterií, které jsou vyrobeny z vodivých materiálů, a tepelných výměníků různých teplot termopilních spojů.

Schéma elektrického obvodu vypadá takto: termočlánky polovodičů, pravoúhlé nohy vodivosti typu n a p, spojené desky ze studených a horkých slitin a také vysoké zatížení.

Mezi pozitivní aspekty termoelektrického modulu je uvedena možnost použití absolutně za všech podmínek ., včetně výletů, a kromě toho snadná doprava. Navíc v nich nejsou žádné pohyblivé části, které se rychle opotřebovávají.

A nevýhody zahrnují daleko od nízkých nákladů, nízké účinnosti (přibližně 2-3%) a také důležitosti jiného zdroje, který zajistí racionální pokles teploty.

Je třeba poznamenat, že vědci aktivně pracují na vyhlídkách na zlepšení a odstranění všech chyb při získávání energie tímto způsobem … Pokračují experimenty a výzkum s cílem vyvinout nejefektivnější tepelné baterie, které pomohou zvýšit účinnost.

Je však poměrně obtížné určit optimálnost těchto možností, protože jsou založeny pouze na praktických ukazatelích, aniž by měly teoretický základ.

Když vezmeme v úvahu všechny nedostatky, jmenovitě nedostatečnost materiálů pro slitiny termopilů, je poměrně obtížné hovořit o průlomu v blízké budoucnosti.

Existuje teorie, že v současné fázi fyzici použijí technologicky novou metodu nahrazování slitin účinnějšími, samostatně se zavedením nanotechnologie . Navíc je možná možnost využití netradičních zdrojů. Na Kalifornské univerzitě byl tedy proveden experiment, kde byly tepelné baterie nahrazeny syntetizovanou umělou molekulou, která fungovala jako pojivo pro zlaté mikroskopické polovodiče. Podle provedených experimentů vyšlo najevo, že účinnost současného výzkumu ukáže pouze čas.

Přehled typů

V závislosti na způsobech výroby elektřiny, zdrojů tepla a všechny termoelektrické generátory jsou několika typů v závislosti na typech zapojených strukturních prvků.

Pohonné hmoty . Teplo se získává spalováním paliva, kterým je uhlí, zemní plyn a ropa, a také teplo získané spalováním pyrotechnických skupin (dáma).

Atomové termoelektrické generátory , ve kterém je zdrojem teplo atomového reaktoru (uran-233, uran-235, plutonium-238, thorium), často zde tepelné čerpadlo představuje druhý a třetí stupeň přeměny.

Solární generátory generovat teplo ze slunečních komunikátorů, které jsou nám známy v každodenním životě (zrcadla, čočky, tepelné trubice).

Recyklační závody vyrábějí teplo ze všech druhů zdrojů, což vede k uvolňování odpadního tepla (výfukové plyny a spaliny atd.).

Radioizotop teplo se získává rozpadem a štěpením izotopů, tento proces je charakterizován nekontrolovatelností samotného štěpení a výsledkem je poločas rozpadu prvků.

Gradientní termoelektrické generátory jsou založeny na teplotním rozdílu bez jakéhokoli vnějšího rušení: mezi prostředím a místem experimentu (speciálně vybavené zařízení, průmyslová potrubí atd.) pomocí počátečního startovacího proudu. Daný typ termoelektrického generátoru byl použit s využitím elektrické energie získané z Seebeckova jevu pro přeměnu na tepelnou energii podle Joule-Lenzova zákona.

Aplikace

Vzhledem ke své nízké účinnosti jsou termoelektrické generátory široce používány kde neexistují žádné jiné možnosti pro zdroje energie, jakož i během procesů se značným nedostatkem tepla.

Kamna na dřevo s elektrickým generátorem

Toto zařízení se vyznačuje přítomností smaltovaného povrchu, zdroje elektrické energie, včetně ohřívače. Výkon takového zařízení může stačit k nabíjení mobilního zařízení nebo jiného zařízení pomocí zásuvky zapalovače cigaret pro automobily . Na základě parametrů lze usoudit, že generátor je schopen pracovat bez normálních podmínek, a to bez přítomnosti plynu, topného systému a elektřiny.

Průmyslové termoelektrické generátory

BioLite představil nový model pro pěší turistiku - přenosný sporák, který nejen ohřeje jídlo, ale také nabije vaše mobilní zařízení. To vše je možné díky termoelektrickému generátoru zabudovanému v tomto zařízení.

Toto zařízení vám perfektně poslouží na tůrách, rybaření nebo kdekoli daleko od všech podmínek moderní civilizace. Práce generátoru BioLite je charakterizována spalováním paliva, které je postupně přenášeno podél stěn a generuje elektřinu. Výsledná elektřina vám umožní nabít telefon nebo rozsvítit LED.

Radioizotopové termoelektrické generátory

V nich je zdrojem energie teplo, které vzniká v důsledku rozpadu mikroelementů. Potřebují neustálý přísun paliva, takže mají převahu nad ostatními generátory . Jejich významnou nevýhodou však je, že během provozu je nutné dodržovat bezpečnostní pravidla, protože tam je záření z ionizovaných materiálů.

Navzdory skutečnosti, že spuštění takových generátorů může být nebezpečné, a to i pro životní prostředí, jejich použití je zcela běžné. Například, jejich likvidace je možná nejen na Zemi, ale i ve vesmíru . Je známo, že radioizotopové generátory se používají k nabíjení navigačních systémů, nejčastěji v místech, kde nejsou žádné komunikační systémy.

Tepelné stopové prvky

Tepelné baterie fungují jako převodníky a jejich konstrukci tvoří elektrické měřicí přístroje kalibrované ve stupních Celsia. Chyba v takových zařízeních se obvykle rovná 0,01 stupně . Je však třeba poznamenat, že tato zařízení jsou navržena pro použití v rozmezí od minimální linie absolutní nuly do 2 000 stupňů Celsia.

Tepelné generátory si v poslední době získaly velkou popularitu při práci na těžko přístupných místech, která zcela postrádají komunikační systémy. Mezi tato místa patří Space, kde jsou tato zařízení stále častěji využívána jako alternativní zdroje energie na palubě vesmírných vozidel.

V souvislosti s rozvojem vědeckého a technologického pokroku a také s hloubkovým výzkumem fyziky získává na popularitě použití termoelektrických generátorů ve vozidlech k rekuperaci tepelné energie za účelem zpracování látek, které jsou extrahovány z výfukových systémů auta.