Термоэлектрическая система преобразования
- Подробности
- Опубликовано 17.12.2017 17:29
Термоэлектрическая система преобразования:
Поиски надежной, безмолвной энергии, преобразованной без движущихся частей, которая преобразует тепло в электрическую энергию, заставили инженеров пересмотреть набор явлений, называемых термоэлектрическими эффектами. Эти эффекты, известные более ста лет, позволили разработать небольшие автономные источники электроэнергии.
Эффект Зеебека (термоэлектрический):
Немецкий ученый Зеебек (в 1822 году) обнаружил, что если два разнородных материала соединяются, образуя петлю, а два соединения поддерживаются при разных температурах, э.д.с. будет устанавливаться вокруг петли. Величина ЭДС будет E = aDT, где DT- разность температур между двумя переходами, а a - коэффициент эффективности Зеебека. Этот эффект уже давно используется в термопарах для измерения температуры.
Термоэлектрический генератор :
На рисунке показана схема термоэлектрического генератора. Термопарные материалы A и B соединяются на горячем конце, но другие концы остаются холодными; электрическое напряжение или электродвижущая сила затем генерируется между холодными концами. АЦП (постоянный ток) будет протекать в цепи или нагрузке, подключенной между этими концами. Поток тока будет продолжаться до тех пор, пока тепло подается на горячее соединение и удаляется с холодных концов. Для данной термопары напряжение и выходная мощность увеличены за счет увеличения разности температур между горячим и холодным концами.
В практическом термоэлектрическом преобразователе несколько термопар последовательно конвективно увеличивают как напряжение, так и мощность, как показано на рисунке. Если выходного напряжения недостаточно для работы конкретного устройства или оборудования, его можно увеличить с небольшой потерей мощности за счет комбинации инвертированных трансформаторов. Постоянный ток, создаваемый термопарами, сначала преобразуется в переменный ток, по существу, такого же среднего с помощью инвертора. Затем переменный ток и напряжение увеличиваются до желаемого значения с помощью трансформатора. Высоковольтный переменный ток может быть преобразован в постоянный ток, если требуется, с помощью выпрямителя.
Источником тепла для термоэлектрического генератора может быть малая газовая или газовая горелка, радиоизотоп или прямое солнечное излучение.
Типичная пара, работающая с температурами горячего и холодного спая 600 ° C и 200 ° C, может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить около 0,1 В и 2 А, т.е. около 0,5 Вт, так что устройству мощностью 1 кВт может потребоваться около 5000 пар в серии.
Принимая во внимание механические характеристики, стабильность в рабочих условиях и легкость изготовления, теллурид висмута представляется наиболее подходящим материалом. Он может быть легирован такими материалами, как селенид висмута, теллурид сурьмы, селенид свинца и теллурид олова, чтобы обеспечить улучшенные свойства.
Проводятся исследования возможности использования термоэлектрических устройств в ядре ядерного реактора. Горячий переход будет расположен на топливном элементе и холодных контактах, контактирующих с хладагентами.