Международная объединенная техническая группа
исследований и разработок
ТЕГИР
Дружественные исследовательские группы: УФОСети  Лаборатория Нектона  [Космопоиск] [Селигер] [Рязань]
[Обнинск]
| Главная | Форум | Список юзеров | Приват | Поиск | Архив новостей | PDA-версия сайта | LogOn / LogOff | Здравствуйте, Гость. |

Главная
РАЗРАБОТКИ
ИНСТРУМЕНТАРИЙ
ЛЮДИ
ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА
Технорелакс

Связь


Поиск:


 

 


Главная ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА Термоэлектрические генераторы: Общая информация



Термоэлектрические генераторы

Общая информация

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются устройствами непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую. Принцип действия термоэлектрического генератора основан на применении эффекта Зеебека, открытого в 1821 г. Он заключается в появлении э.д.с. в замкнутой цепи из двух разнородных материалов, если места контактов поддерживаются при разных температурах. Эффект возникает вследствие зависимости энергии свободных электронов или “дырок” от температуры. В местах контактов различных материалов заряды переходят от проводника, где они имели более высокую энергию, в проводник с меньшей энергией зарядов. Если один контакт нагрет больше, чем другой, то разность энергий зарядов между двумя веществами больше на горячем контакте, чем на холодном, в результате чего в замкнутой цепи возникает ток.

[orig_k203-2.jpg]

Рассмотрим основные процессы, протекающие в термоэлектрической цепи, на примере полупроводникового термоэлемента, работающего в режиме термоэлектрогенератора (ТЭГ), и покажем некоторые термодинамические и энергетические закономерности.
Электрическая цепь состоит из p- и n- ветвей термоэлемента (обладающими разными знаками коэффициента термоэлектродвижущей силы), коммутационных пластин горячего и холодного спаев и активной нагрузки R.
При нагреве горячих спаев термоэлемента до температуры Tг, и рассеивании тепла с холодных спаев, поддерживаемых при температуре Tx, между спаями, при разомкнутой цепи R, стационарно устанавливается разность температур Tг - Tx. Тепловой поток через термоэлемент,в этом случае, после некоторых упрощений, можно записать как:

[orig_k203-4.jpg]

где x - среднеинтегральные значения теплопроводностей ветвей; S и l, соответственно, площади поперечного сечения и длины p- и n- ветвей в интервале температур (Tr-Tx).

Разность температур на спаях термоэлемента вызывает термодиффузию носителей, в результате чего горячие спаи ветвей обедняются соответственно электронами и дырками, которые концентрируются на холодных спаях. Нарушение электрической нейтральности создает поле, направленное от холодных участков к горячим, которое препятствует дальнейшей термодиффузии носителей.
Это поле и есть термоэлектродвижущая сила E, возникающая на концах разомкнутой цепи термоэлемента и пропорциональная разности температур и разности коэффициентов термо-э.д.с.каждой ветви:

E=(ap-an)(Tг-Tх).

В момент замыкания термоэлемента на внешнюю нагрузку R, в цепи потечет постоянный ток, обусловленный эффектом Зеебека, определяемый как:

[orig_k203-3.jpg]

где r – внутреннее сопротивление термоэлемента.

Этот же ток вызовет выделение и поглощение тепла Пельтье на спаях p- и n- ветвей термоэлемента с металлическими пластинами. При этом движение носителей будет происходить от горячих спаев к холодным, что соответствует поглощение на горячих спаях теплоты Пельтье.
Итак, вся электрическая мощность, вырабатываемая термоэлементом, есть разница теплот Пельтье его горячего и холодного спаев.

Термоэлектрические батареи обладают принципиальными преимуществами перед другими источниками электропитания:

1. Имеют длительный срок службы, практически неограниченный срок хранения при полной готовности к работе в любое время, не требуют специального обслуживания;

2. Термобатареи устойчивы в работе, дают стабильное напряжение, не боятся короткого замыкания и режима холостого хода.

3. Ввиду отсутствия движущихся частей термоэлектрические генераторы полностью бесшумны в работе, что дает им преимущество перед машинными источниками постоянного напряжения.

Благодаря этим свойствам термоэлектрические генераторы находят применение в областях, где требуются сверхнадежные источники электроэнергии, обладающие длительным сроком эксплуатации и не требующие обслуживания: автоматические метеостанции, морские маяки, автономные космические аппараты. В качестве источников тепла в них могут использоваться радиоактивные изотопы или ядерные реакторы. Для катодной защиты магистральных газо- и нефтепроводов от коррозии, при отсутствии вдоль трассы линии электропередачи, используются ТЭГ работающие на газообразном топливе.
Для работы автоматики газовых буровых скважин применяются ТЭГ использующие перепад температур окружающей среды и газа из скважины.

Недостатком ТЭГ является сравнительно низкий КПД преобразования энергии (3 – 5 %).




[orig_k203-1.jpg]

Первое подобие термоэлектрической цепи – батарея, было создано усилиями физиков середины XIX века Фурье и Эрстедом. В качестве материалов, составляющих цепь термоэлемента, использовались висмут и сурьма. Холодные спаи (висмут) погружались в лед, а горячие нагревались горелками.
Следующим этапом в развитии термоэлектричества явилось создание ряда термоэлектрических батарей – источников электроэнергии для некоторых производственных процессов и даже для осветительных целей. Батарея, разработанная Кламоном в 1874г., служила вполне надежным источником электроэнергии и применялась в типографиях и мастерских гелиогравюры.
Другим распространенным в то время типом термобатарей были батареи Ноэ.
Однако низкая эффективность устройств этого типа в условиях бурно развивающейся электроэнергетики, естественно, лишала термоэнергетику каких-либо шансов найти себе место в науке и технике начала XX века.
Подлинным возрождением термоэлектричества и термоэнергетики можно считать начало 30-х годов XX столетия, а его инициатором – академика А.И.Иоффе. Он выдвинул идею о том, что с помощью полупроводников можно сделать реальный шаг на пути превращения тепловой (в том числе солнечной) энергии в электрическую. Это привело к созданию уже в 1940 году фотоэлемента для преобразования световой энергии в электрическую.
Первое практическое применение полупроводниковых термоэлементов было осуществлено в СССР в период Великой Отечественной войны под непосредственным руководством А.И.Иоффе. Это был, ныне широко известный, «партизанский котелок» – термопреобразователь на основе термоэлементов из SbZn и константана. Разность температур спаев в 250-300оС обеспечивалась огнем костра при стабилизации температуры холодных спаев кипящей водой. Такое устройство, несмотря на сравнительно невысокий КПД (1,5-2,0 %), с успехом обеспечивало электропитанием ряд портативных партизанских радиостанций.
В настоящее время, особенно широкие перспективы, имеет сочетание термоэлектрических преобразователей с компактными, мощными и относительно дешевыми источниками тепла.

Источник:
http://www.thermocluster.ru/
 
 
 
 




 


НОВОСТИ

С НОВЫМ 2011 ГОДОМ! #86 31.12.2010

Мои любимые друзья, с Новым Годом! Пусть у вас всё получается в новом сезоне, и, что бы ни происходило, старайтесь всегда сохранять спокойствие и разумность! Интересных проектов и открытий!


Леониды 2010 #85 10.11.2010
Началось действие метеорного потока Леониды. В этом году первое сообщение о наблюдаемых Леонидах пришло 6 ноября.
подробнее...
#83 09.05.2010
С ПРАЗДНИКОМ ВЕЛИКОЙ ПОБЕДЫ!!! Вечная память павшим! Без памяти у нас нет будущего.
Спасибо Вам, защищавшим нашу Родину, мир на земле, за возможность жизни, которую вы нам дали, отстояв ее ценой собственной жизни и здоровья!


Новогодний подарок - частное лунное затмение 31 ДЕКАБРЯ! #78 18.12.2009
31 ДЕКАБРЯ 2009 года при благоприятных погодных условиях нас ожидает частное теневое лунное затмение с фазой 0,0763. В течение этого затмения Луна пройдет сквозь область земной тени своим южным краем. В лучших наблюдательных условиях окажутся жители центральных (географически) регионов нашей страны, для которых Луна будет сиять высоко в небе, находясь вблизи своей верхней кульминации. Впрочем, это затмение будет видно и на меньшей высоте по всей территории России. По ходу затмения Луна будет находиться в созвездии Близнецов. Вход Луны в полутень - 17 ч. 15 мин. по всемирному времени (20 ч. 15 мин. МСК). Начало теневого затмения в 18 ч. 51 мин по всемирному времени (21 ч. 51 мин. МСК). Максимальная фаза наступит в 19 ч. 23 мин. по всемирному времени, по московскому времени - это будет 22 ч. 23 мин. Выход Луны из тени - в 19 ч. 54 мин. по всемирному времени (22 ч. 54 мин. МСК). Выход Луны из полутени в 21 ч. 30 мин по всемирному (00 ч. 30 мин. 1 января 2010 года по МСК)/
(по материалам http://edu.zelenogorsk.ru/astron/, картинка взята оттуда же)

На картинке показана схема движения Луны сквозь земную тень с интервалом в 30 минут.

С наступающим Вас Новым Годом и удачи в наблюдениях!

Открыта регистрация участников Операции Сурикат (Operation Suricate) #77 21.10.2009

Устремить свой взор в небо, в поисках загадочных объектов , причем сделать это одновременно, в компании сотен единомышленников из десятка стран разбросанных по всей нашей планете вот цель Международной операции Сурикат, которую традиционно проводит Уфологическая лига Франции. Итак, мы рады объявить - открыта регистрация участников, желающих принять участие в очередной, третьей по счету операции, которая пройдет в ночь с 31 ОКТЯБРЯ 2009 года. читать далее...


--Техническая Группа Исследований и Разработок ТЕГИР