Термогенераторы электричества: Страница не найдена — Климат в доме — отопление и вентиляция помещений

Содержание

ТЕРМОГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА на основе элементов Зеебека и Пельтье | Дмитрий Компанец

без специализированного преобразователя напряжения не обойтись

без специализированного преобразователя напряжения не обойтись

Многие из Вас наверняка слыхали о том, что Термоэлементы Пельтье и Зеебека можно применять для генерации тока питающего современные приборы и датчики.
В чем отличие и похожесть этих элементов ?
Практически полное отсутствие в широкой продаже элементов Зеебека — единственный представленный на рынке модуль SP1848-27145 с размерами 40 мм × 40 мм × 4 мм, выходным напряжением 4.8 B и максимальной мощностью 3.21 Вт имеет вот такие характеристики

ТЕРМОГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА на основе элементов Зеебека и Пельтье

Элементы Пельтье предназначены для локального охлаждения; они применяются в различных системах терморегулирования, например, в системах охлаждения, поэтому их внутреннее сопротивление невелико.
Они широко доступны и применимы. Их характеристики таковы

ТЕРМОГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА на основе элементов Зеебека и Пельтье

Использование этого модуля дает почти в пять раз меньшее выходное напряжение по сравнению с элементом Зеебека, которое при разности температур 10 °С составило всего 0.2 В

Применять такие элементы на практике без специальных приборов и микросхем считается невозможным из за низкого напряжения на выходе

ТЕРМОГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА на основе элементов Зеебека и Пельтье

Стало понятно, что без специализированного преобразователя напряжения не обойтись, поскольку даже в лучшем случае напряжение на выходе модуля Зеебека не превышало бы 1.0 В, что явно недостаточно для питания современного оборудования.

Вот с какими трудностями сталкиваются создатели подобных преобразователей на элементах Пельтье и Зеебека

И здесь снова ждал неприятный сюрприз – у всех местных поставщиков электронных компонентов плату CJMCU-3108 можно было приобрести только под заказ, что означало, что кроме нас она, похоже, никому не нужна. Вторым неприятным сюрпризом, который из-за нашей невнимательности возник уже после распаковки платы, оказалось отсутствие на плате ключевого компонента – трансформатора Т1. С одной стороны, производителей платы CJMCU-3108 можно понять – они оставляют пользователям выбор, ведь теперь они могут поставить на плату элемент с коэффициентом трансформации 1:20, 1:50 или 1:100, в зависимости от конкретного приложения. С другой стороны, выбора особо нет, ведь количество производителей трансформаторов, которые можно установить на эту плату всего два: Coilcraft (LPR6235) и Würth Elektronik (74488540ххх), а стоимость такого трансформатора из-за его ультракомпактности в два раза больше стоимости платы. Все это создает ощущение некоторого лукавства со стороны производителей платы CJMCU-3108, хотя доказательств этому у нас, конечно же, нет, ведь все делается только с благими намерениями. К тому же, если большинство местных поставщиков электроники про плату CJMCU-3108 хотя бы слышали, то трансформаторы LPR6235 и 74488540ххх для них оказались полной неожиданностью.

Вот что получилось у создателей в итоге

ТЕРМОГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА на основе элементов Зеебека и Пельтье

Общее количество денег, потраченное на эту систему, без учета сборки и доставки, составило около 30 долларов США, из них почти половина стоимости пришлась на долю трансформатора.

Конечно, при серийном производстве и использовании не таких миниатюрных компонентов цена может уменьшиться в несколько раз, и тогда она станет соизмеримой со стоимостью качественных химических источников тока. Но основная экономическая выгода будет не от замены одного источника питания на другой, а от уменьшения затрат на обслуживание системы (замену батареек).

И ВОТ ТУТ Я, НЕ БЕЗ ГОРДОСТИ, ПОКАЖУ КАК ВСЁ МОГЛО БЫТЬ

Без долларов США, из проволоки и пары старых деталей , буквально на коленке кухонного стола собрано устройство питающее нагрузку их четырех светодиодов….

и заметьте ! тут нет дорогущих элементов Пельтье и Зеебека, нет супер пупер микросхемы повышающего преобразователя которую необходимо оснащать специальным трансформатором. Да и сборка такого агрегата доступна не Бакалаврам и Доцентам, а школьникам самых захолустных деревень в глубинке.

Ну так что ребятки ?! Попаяем!? =)

Компанец Д.А.

Термоэлектрический генератор. Термогенератор » общие сведения об устройстве и работе.

Термоэлектрический генератор (термогенератор) — это электрическое устройство, что способно на прямое преобразование тепловой энергии в электрический ток по средствам использования в своей конструкции термоэлементов (различных комбинаций материалов образующих термопары). Принцип действия термогенератора основан на эффекте термо-ЭДС Зеебека, суть которого заключается в преобразовании энергии за счёт разности температур на разных частях устройства, результатом чего становится появление электродвижущей силы на клеммах.

Главный секрет данного эффекта заключается в следующем явлении — при нагревании проводника, электроны внутри данного вещества получают дополнительную энергию, после чего они более активней начинают себя вести. То есть, как мы помним электроны это элементарные частицы которые вращаются вокруг атомов и имеют отрицательный заряд «-». Два тела, имеющие одинаковый вид заряда, стремятся оттолкнуться друг от друга. При нормальной температуре, электроны атома обладают малой энергией, что соответствует определённой силе отталкивания (друг от друга). При повышении температуры, у электронов буде повышаться и их энергия, что повысит и силу взаимного отталкивания.

А теперь посмотрим, как можно использовать данный эффект для получения электричества. Возьмем полупроводник, состоящий из слоя «n» и «p». У первого внутри избыток электронов, у второго их недостаток. При соединении их друг с другом между ними образуется пограничная зона, которая препятствует переходу электронов в то место, где их не хватает. Тут то и пригодится нам температура. Мы просто начинаем подогревать границу межу двух зон, что даёт электронам дополнительную силу для осуществления перехода с одной зоны в другую. Но в том месте, откуда электроны ушли, естественно, образовался положительный заряд, а туда, куда они пришли, отрицательный. Вот и получили мы с Вами нашу термо-ЭДС. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.

А теперь о самой конструкции термоэлектрического генератора. Есть два полупроводниковых элемента в виде кубиков (слои «n» и «p»). С одной стороны они соединены проводником. Над проводником электроизоляционный слой (который хорошо проводит тепло). Над изоляцией находится слой принимающий тепло. С другой стороны полупроводника каждому из переходов также подсоединен проводник, но он не соединят зоны «n» и «p», а служит контактными выводами. За ним изолятор, после которого слой для охлаждения. В целом получаем две пластины для подогрева и для охлаждения, между которыми через изоляцию расположен полупроводник с отходящими от него контактными выводами.

Данные термогенераторы, к сожалению, обладают очень малым коэффициентом полезного действия (единицы процентов). Следовательно, для масштабного производства электроэнергии их использовать нецелесообразно. Но поскольку, в целом, сам принцип получения электричества подразумевает простоту, вдобавок к этому у способа такие преимущества как — полностью экологичен и безопасен, конструктивно прост и надёжен, не требует особого обслуживания, минимальные габариты, мобильность и т.д., то устройству нашлось иное применение.

Допустим, Вы поехали отдохнуть на природу, и в течение довольно длительного времени у Вас не будет возможности подзарядить свой мобильник от электросети. В этом случае и пригодится термоэлектрический генератор, сделанный самодельно из «модулей Пельтье». Он по размерам около двух пачек сигарет. Тепло для него можно брать от костра или от раскалённых углей. При сборке нескольких модулей можно получить достаточную мощность для питания фонариков, мобильников, приёмников, цифровых фотоаппаратов и т.д.

Что касается модуля Пельтье — это термоэлектрическое устройство что предназначено для охлаждения компьютерных процессоров. Оно продаётся в компьютерных магазинах и стоит довольно дёшево. Изначально оно работает так: при подключении к нему электропитания, на одной плоскости данного модуля начинает выделяться тепло, а на другой, холод. Но этот модуль обладает и обратным действием, то есть, если одну из его сторон нагреть, а вторую охладить, то на выводах появиться постоянное напряжение. Спаяв и добавив к данному модулю стабилизатор, можно его использовать, как источник питания для цифровых устройств.

P.S. Одно время даже выпускались теплоэлектрогенераторные насадки для керосиновых ламп. Они вполне могли обеспечивать электропитанием транзисторные радиоприемники.

New! Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR для ТЭС когенерационные установки малой мощности цена

 

Термоэлектрические генераторы постоянного тока KIBOR предназначены для преобразования тепла в электричество. Мы представляем готовое решение по повышению общего кпд энергетической системы  и утилизации избыточного тепла вырабатываемого в тепловых пунктах, котлах и котельных установках, ТЭЦ и ТЭС для выработки электроэнергии, что и позволяет реализовать когенерационные установки.

Термоэлектрический модуль

KIBOR электрической мощностью 500 Вт/48 В

 

Цена 135 000 руб

 

Основные технические параметры:

 

Выходная электрическая мощность 500 W
Размеры (Д x Ш x В)    460×400×965 мм
Выходное постоянное напряжение 48 В

Выходной ток 12 А

Внутреннее сопротивление  4,0 Ом
Напряжение холостого хода 96 В

Входная температура и скорость потока (масло)  280℃  0,25m³ /ч
Температура охлаждения (вода) 30℃  0,5m³/ч
Диаметр коллектора 1 дюйм
Вес   72,5 кГ

Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR  преобразует бросовую тепловую энергию

высокотемпературные термоэлектрический генератор постоянного тока

в полезную электрическую. Термоэлектрический преобразователь KIBOR состоит из девяти

среднетемпературный преобразователь термоэлектрический

металлических секций. Через 3 секции циркулирует горячее масло, через 6 секций прокачивается

генератор термоэлектрический модуль цена

вода для охлаждения. В задней части модуля находится металлический резервуар с горячим

когенерационные установки цена

маслом. Выходные провода цвет: плюс – красный, минус — черный. Термоэлектрический

когенерационные установки малой мощности

преобразователь может генерировать более 500 Вт если источником тепла является температура более 280℃.

ДОСТОИНСТВА. Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR:

+ Необслуживаемые системы со сроком службы не менее 10 лет.

+ Бесшумная работа.

+ Круглосуточная выработка электроэнергии.

ОТЗЫВЫ Термоэлектрические генераторы постоянного тока KIBOR

ЗАПРОСЫ, ВОПРОСЫ, ОТВЕТЫ, НОВОСТИ

1.  Для каких тепловых станций подходят термоэлектрические генераторы постоянного тока?

— термоэлектрические генераторы подходят для всех типов тепловых станций, где есть температура более 350°С, например: газовые теплостанции, на угле, газотурбинные теплоэлектростанции, бензиновые и дизельные мини электростанции,  на биогазе и пеллетах, электростанции на топливных элементах  и даже заводы по утилизации мусора (мусоросжигающие заводы), там где можно реализовать когенерационные установки.

2. Какие перспективы применения высокотемпературных среднетемпературных термоэлектрических генераторов постоянного тока?

— перспективно применение термоэлектрических генераторов постоянного тока для реализации когенерационных установок в автономных тепло электростанциях на дровах и опилках, ТЭЦ на угле, тепло электрогенераторах на пеллетах и торфе и других энергетических установках по утилизации древесных, бытовых и промышленных отходов.

3. Какой максимальный срок эксплуатации и есть ли скидки на термоэлектрические модули?

Эффективность термоэлектрических генераторов снижается через 10 лет на 5-10%, через 20 лет на 10-20%, через 30 лет снижение более 30%. Скидки на модули при заказе от 10 шт конечно есть!

4.  Какие нормативные документы по энергосбережению?

— ФЗ РФ «О теплоснабжении» от 27 июля 2010 г. N 190

статья 3: Обеспечение приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для организации теплоснабжения.

— ФЗ РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» статья 14

— Постановление Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2009 г. № 1225 «О требованиях к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности».

Термогенератор своими руками — порядок работ

Количество цифровых гаджетов постоянно увеличивается. К сотовому телефону добавились мобильная радиостанция, GPS-навигатор и фотоаппарат.

Таскать с собой полный котелок запасных аккумуляторов для всей этой электронной братии тяжело, а в холодное время года еще и бессмысленно – их емкость и мощность при низких температурах сильно сокращаются.

Поэтому каждый путешественник хотел бы обзавестись устройством, преобразующим в электричество доступную в походе энергию.

Весьма практичными оказались термогенераторы – источники, для работы которых необходимо тепло. На чем основан принцип их работы и как можно сделать термогенераторы электричества своими руками – об этом пойдет речь в этой статье.

Как определить термоЭДС металла?

Термоэлектродвижущая сила возникает в замкнутом контуре при соблюдении двух условий:

  1. Если он состоит хотя бы из двух проводников, изготовленных из различных материалов.
  2. Если все входящие в состав контура разнородные участки имеют различную температуру (хотя бы в области соединения).

В физике данное явление называют эффектом Зеебека.

Величина термоЭДС зависит от вида материалов и разности их температур.

Определяют ее по формуле:

Е = к (Т1 – Т2),

  • Где Т1 и Т2 – температура проводников;
  • К – коэффициент Зеебека.

Наибольшей производительностью обладают контуры, состоящие из разнородных полупроводников (обладающих р- и n-проводимостью). В металлах эффект Зеебека проявляется незначительно, за исключением некоторых переходных металлов и их сплавов, например, палладия (Pd) и серебра (Ag).

Теплообменники широко применяются в быту. Довольно легко можно сделать теплообменник своими руками – инструкция по сборке представлена в статье.

Пошаговая инструкция по облицовке камина своими руками представлена тут.

Знаете ли вы, что напряжение всего в 12 Вольт может служить источником тепла? По ссылке инструкция по изготовления обогревателя 12 Вольт своими руками.

Принцип работы

Решать задачу по производству электричества из тепловой энергии приходится, как принято говорить в науке, от обратного. Противоположным эффекту Зеебека является эффект Пельтье, который состоит в изменении температур двух объединенных в замкнутый контур разнородных полупроводников при пропускании через них постоянного тока: один из них нагревается, второй – остывает.

Если направление тока изменить, изменится и направление теплового потока: первый полупроводник будет остывать, а второй – нагреваться. В качестве полупроводников чаще всего применяют твердую смесь кремния с германием и теллурид висмута.


Эффект Пельтье

Эффект, открытый Жаном Пельтье, получил широкое применение в различных сферах человеческой жизнедеятельности, где требуются холодильные машины, но нет возможности применить компрессорный тепловой насос на фреоне. Поэтому именно его именем назвали выпускаемые для этой цели устройства – элементы Пельтье.

Но если на такой элемент или, как его еще называют, термоэлектрический охладитель оказать воздействие с противоположной стороны, то есть создать на его полупроводниках разность температур, то мы получим эффект Зеебека: элемент Пельтье превратится в источник постоянного тока.

Устройство и назначение электрогенератора на дровах

Для нас давно стало привычным использовать дрова для разведения костра или домашнего очага. И слышать о том, что горящие дрова могут помочь произвести электричество, довольно странно. Но, несмотря на это, современный рынок содержит большой выбор моделей электрогенераторов, которые в качестве топлива используют древесину.

Если вкратце, то мощность такого оборудования в среднем достигает 50 Вт, кроме этого, существуют более мощные установки, которые позволяют обеспечить оборудование более высокой мощности примерно до 100 Вт. Полный объем энергии наберется примерно через 10 минут, что достаточно быстро для такого типа оборудования. Для работы такого прибора разрешено использовать не только дерево, но и его аналоги.

Термоэлектрогенераторы на дровах

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА С ГЕНЕРАТОРОМ НА ДРОВАХ

На сегодняшний день электрогенератор на дровах, используется достаточно широко, конечно, до крупных масштабов пока далеко, но даже это достижение означает очень многое.

Сфера применения

Если сравнивать данный электрогенератор с другими аналогичными устройствами, то он также подходит для выполнения двух основных задач:

  • В случае нестабильной работы централизованной системы электроснабжения, отключения электроэнергии или в случае аварийной ситуации, устройство обеспечит резервный источник питания.
  • Для оборудования небольшой мощности это устройство обеспечит постоянный источник питания.

Конечно, электрогенератор, используемый в качестве топлива дрова, не сможет в полной мере заменить монофункциональный автономный источник электроэнергии, но в домашнем хозяйстве, для обслуживания бытовых приборов, он вполне подойдет.

Переносной электрогенератор на дровах

Как вариант, его можно использовать, отправляясь на отдых, охоту или рыбалку. Для дачи этот генератор станет отличным решением, если дачный массив не подключен с централизованной системой электроснабжения.

Особенности конструкции и принцип работы

Принцип работы этого агрегата держится на элементе Пельтье, благодаря которому возможно получить электроэнергию посредством температуры. Этот элемент имеет керамическое покрытие, которое представляет собой изолятор для электричества. Одна сторона изолятора имеет свойство отдавать тепло, а другая, наоборот, поглощать. Внутренняя конструкция состоит из 1 проводника меди, и двух полупроводников типов P и N.

На выходе этот генератор выдает 12 В напряжения. Конечно, использование генератора с такой отдачей вряд ли сможет обеспечить ряд приборов даже бытового предназначения, но применив инвертор или конвертор, можно получить электрогенератор, который на выходе даст 220В.

Изготовление своими руками

Схематично устройство самодельной термоэлектростанции можно представить так:

  1. Элемент Пельтье положим на дно глубокой посудины – миски или кружки.
  2. Далее в эту посудину вставим еще одну: если используются миски, то понадобится такая же; если ваш выбор пал на кружки, то вторая должна быть чуть меньше первой.
  3. К выведенным от элемента Пельтье проводам присоединим преобразователь напряжения.
  4. Внутреннюю посудину заполним снегом или холодной водой, после чего всю конструкцию поставим на огонь.

Через какое-то время снег растает, превратится в воду и закипит. Производительность генератора при этом понизится, но зато турист получит возможность выпить горячего чайку. После чаепития можно будет заправить генератор новой порцией снега.

Чем больше термоэлементов (их еще называют ветвями) будет у приобретенного вами элемента Пельтье, тем лучше. Можно применить прибор марки TEC1-127120-50 – их у него 127. Данный элемент рассчитан на токи до 12А.

Порядок работ

Теперь рассмотрим процесс создания самодельного термогенератора в деталях:

  1. Поверхность каждой посудины в месте контакта с элементом Пельтье следует выровнять и зачистить, что обеспечит максимальный теплообмен. Для идеального прилегания можно отполировать донышки смазанным пастой ГОИ куском войлока, закрепленным в шпинделе электродрели.
  2. Присоединяем к контактам элемента Пельтье провода от электроплиты, снабженные термостойкой изоляцией. За неимением таковых можно применить, к примеру, провод МГТФЭ-0,35, обернув его термостойкой тканью.
  3. Смазав дно одной из посудин термопроводящей пастой, например, КПТ-8, укладываем на него элемент Пельтье. Подсоединенные к нему провода следует расположить так, чтобы их концы оказались вне емкости.
  4. Сверху элемент Пельтье снова смазываем термопастой и вставляем в нашу кружку или миску вторую емкость подходящего размера (у кружки нужно будет отрезать ручку).
  5. Пространство между емкостями необходимо заполнить термоустойчивым герметиком (можно купить в автомагазине состав для ремонта выхлопных труб). Он послужит теплоизоляцией между горячей и холодной сторонами генератора и дополнительной защитой для проводов.


Походный генератор электричества

Выступающие концы проводов можно приклеить к бортику кружки матерчатой изолентой.

Изготовление преобразователя

В ходе эксперимента установленный на электроплитку термогенератор при наличии снега во внутренней емкости обеспечил ЭДС в 3В и ток в 1,5А. После превращения снега в воду и ее закипания мощность генератора упала в три раза (напряжение составило 1,2В).

Чтобы использовать такой прибор в качестве зарядного устройства для телефона или другого гаджета, которому требуется стабильное напряжение в 5 В или 6,5 В, его необходимо оснастить преобразователем напряжения.

Рассмотрим два варианта.

Вариант 1


Проще всего применить в качестве преобразователя микросхему КР1446ПН1, снабженную DIP-корпусом.

Производится она в России и ее легко можно найти в магазине радиодеталей или на радиорынке.

Воспользоваться не возбраняется и более мощными аналогами, но все они выпускаются в миниатюрных корпусах для поверхностного монтажа, так что придется помучиться с распайкой.

На вход микросхемы подается напряжение с элемента Пельтье, а сама она включается в режиме «5 Вольт» (штатный). Параллельно с элементом Пельтье на вход преобразователя напряжения следует припаять достаточно мощный шунтирующий диод. Он предотвратит движение тока в обратном направлении, если на генератор будет оказано противоположное температурное воздействие.

К примеру, будучи заполненным горячей водой он может быть по неосторожности установлен на какую-нибудь холодную поверхность.

К выходу преобразователя нужно припаять кабель от старого зарядного устройства, подходящего для нашей модели телефона или фотоаппарата, а также светодиодный индикатор на 5 В.

Недостаток этого варианта: предложенная в качестве преобразователя микросхема ограничивает мощность генератора, поскольку ток на ее выходе не превышает 100 мА. Таким образом, элемент Пельтье используется приблизительно на 20%, чего будет достаточно только для телефонов устаревших моделей.

Чтобы иметь возможность заряжать более мощные устройства, необходимо применить усложненную версию преобразователя напряжения.

Вариант 2

Более мощный преобразователь можно собрать по двухкаскадной схеме с применением пары микросхем MAX 756. Чтобы при отключении потребителя генерируемый ток не пропадал зря, оснастим преобразователь встроенными аккумуляторами. Соединенные последовательно, они включены в нагрузку первого каскада через выключатель, диод и токоограничивающий резистор. Сам каскад настроен на режим выхода «3,3 Вольт».

К выходу каскада №1 подключаем каскад №2, настроенный на режим выхода «5 Вольт». Оба каскада реализованы согласно схеме, приведенной в документации на микросхему MAX 756 (опубликована в Сети). Единственное отличие – цепь обратной связи каскада №2 (между выходом каскада и ногой №6 его микросхемы) дополняется последовательностью из 3-х кремниевых диодов, расположенных анодом к выходу.


Простейший походный термогенератор

Такое усовершенствование позволит получать на холостом ходу напряжение величиной 6,5 В (требуется для зарядки некоторых электронных устройств).

Чтобы упростить схему, можно применить микросхему MAX 757, которая снабжена отдельным выходом обратной связи.

Интерфейс этого преобразователя соответствует типу USB Type A. Но если к нему предполагается подключать USB-устройство, то последовательность диодов из цепи обратной связи 2-го каскада лучше убрать, чтобы выходное напряжение вернулось на уровень 5 В.

Эту версию преобразователя нельзя подключать к портам типа USB-Host.

Вариация на тему…

Элемент Пельтье можно просто прикрепить к колышку, втыкаемому в землю поблизости от костра.
Чтобы создать достаточный температурный градиент, обе его поверхности нужно оснастить ребристыми радиаторами.

На поверхности со стороны пламени радиатор должен иметь увеличенную площадь, а его ребра устанавливаются горизонтально.

На противоположной стороне элемента установлен меньший радиатор, а его оребрение – вертикальное.

Батареи отопления могут устанавливаться по-разному в зависимости от типа отопительной системы – однотрубной или двухтрубной. Схемы подключения радиаторов отопления и советы по месту их установке – читайте внимательно.

Как отремонтировать циркуляционный насос своими руками? Основные типы поломок и методы их устранения представлены в этой статье.

Электричество из тепла

категория Альтернативная энергия материалы в категории

В начале прошлого века изобретатели и учёные уже хорошо представляли ту пользу, которую может дать широкое применение электроэнергии. Однако способов её дешёвого получения в достаточном количестве долго не существовало. Но вот в 1821 году немецким учёным Зеебеком было открыто любопытное явление.

Если взять замкнутую цепь из двух спаянных между собой разнородных проводников и один спай нагревать, а другой охлаждать, то в цепи возникнет ток. В этом удивительно простом устройстве (назвали его термоэлементом) тепловая энергия как бы прямо превращается в электрическую.

В известном задолго до него гальваническом элементе энергия получалась за счёт растворения металла в электролите. Вещества эти достаточно дороги, недёшево получалась и энергия. Термоэлемент — другое дело. Сам он не расходуется, а топливо вполне доступно. Тем более, что нагревать его спаи можно чем угодно: солнцем, вулканическим теплом, продуктами сгорания, вылетающими через трубу печи, и т. д.

Давайте повнимательней разберём некоторые его свойства. Одиночный термоэлемент развивает маленькую ЭДС — десятые, сотые доли вольта. Однако его внутреннее сопротивление очень мало, следовательно, создаваемый ток может быть очень велик.

Давно известен такой красивый эксперимент. Электромагнит с железным сердечником и обмоткой, состоящей из. одного витка. Но виток — скоба из меди толщиной в палец, замкнутая впаянной перемычкой из висмута. Один конец спая нагреваем обычной лабораторной горелкой, другой — охлаждаем водой. Возникает ток в тысячи ампер, и магнит (при одном-то витке!) удерживает чугунный бабушкин утюг.

Низкая ЭДС — не беда, термоэлементы легко соединяются в батарею с последовательным соединением сотен или тысяч источников. Выглядит она такой гармошкой из чередующихся полос двух металлов. Сильный ток при умеренном напряжении в 2-3 вольта как нельзя лучше годился для применения в мелких гальванических мастерских. Его вырабатывали термоэлектрогенераторы, напоминающие небольшую печь на дровах, угле или газе.

Применялись они кустарями ещё в начале века. Были попытки решать и более крупные задачи. Так, например, в конце 80-х годов прошлого века в Париже Клуэ построил термоэлектрический генератор, дававший энергию для 80 «свечей» Яблочкова. КПД установок того времени не превышал 0.3%. Казалось бы, уж очень мало, но всё потерянное тепло можно было использовать для отопления дома, подогрева воды или приготовления пищи. Предлагались и отопительные печи со встроенными термоэлектрогенераторами. Любопытно, что их установка ни в коем случае не увеличивает расхода топлива на отопление. Ведь электричество, если его израсходуют в том же помещении, вновь перейдёт в тепло!

История распорядилась иначе. Электричество оказалось значительно выгоднее производить на электростанциях и централизованно распределять потребителям. Даже в прошлом веке КПД электростанций был в десятки раз выше, чем у термоэлементов. Однако изящная простота, надёжность, вызванная отсутствием движущихся частей, очаровали многих. Попытки повысить КПД без глубокого проникновения в теорию к серьёзному успеху не привели. ЭДС возникает в результате нагревания ветвей термоэлемента, но одновременно возникает и паразитный поток тепла, бесполезно перетекающий от горячего спая к холодному. Пытаясь его использовать, стали собирать каскады термоэлементов, в которых более холодный спай одного нагревает горячий спай другого. Температура горячих спаев на каждом ярусе каскада понижается. Однако, подбирая материалы, наиболее хорошо работающие именно в заданном диапазоне температур, КПД всей системы удаётся значительно повысить.

Есть и другая возможность. Её называют регенерацией тепла. Направим поток воздуха вдоль термоэлектрического каскада от холодного конца к горячему. При этом он обретёт от элементов часть протекающего по ним тепла и нагреется. После этого направим горячий воздух в топку и сэкономим часть топлива. Вся эта процедура равноценна снижению теплопроводности материалов термоэлементов, а принесёт она пользу лишь в том случае, если произойдёт отбор строго определённой части тепла от каждого элемента. Однако регенерация ощутима лишь тогда, когда сами термоэлементы, входящие в каскад, достаточно совершенны.


В 30-е годы теоретические работы в области термоэлектричества особенно интенсивно проводились в нашей стране. Говорят, нет ничего практичнее хорошей теории. Академик А. Ф. Иоффе создал новую теорию процессов, происходящих в твёрдом теле. Некоторые солидные учёные принимали её в штыки, называли «квантово-механическим подсознанием». Но в 1940 году, основываясь на её выводах, удалось поднять КПД термоэлемента в 10 раз. Произошло это благодаря замене металлов на полупроводники — вещества с более высокой термоЭДС и низкой теплопроводностью.

В начале войны в лаборатории Иоффе был создан «партизанский котёл» — термоэлектрогенератор для питания портативных радиостанций. Это был котелок, на днище которого снаружи располагались термоэлементы. Их горючие спаи находились в огне костра, а холодные, прикреплённые ко дну котелка, охлаждались налитой в него водой.

Тщательный подбор материалов, применение регенерации позволили в наше время довести КПД термоэлемента до 15%. В начале века такую эффективность имели обычные электростанции, но теперь она возросла более чем в три раза. Термоэлементу в большой энергетике пока места нет. Но ведь есть и энергетика малая. Несколько десятков ватт требуется для питания радиорелейной станции, стоящей на горной вершине, или морского сигнального буя. Есть и отдалённые места, где живут люди, которым требуются электричество и тепло. В подобных случаях применение находят термоэлементы, подогреваемые газом или жидким топливом. Особенно ценно, что эти устройства можно поместить в небольшой подземный бункер и оставить совершенно без присмотра, лишь раз в год или реже пополнять запас топлива. Ввиду малой мощности расход его при любом КПД оказывается приемлем, а кроме того. нет выбора.

Термогенераторы — Энциклопедия по машиностроению XXL

Рис. 19.6. Схема термоэлемента на полупроводниках а — термогенератор 6 — холодильник

Рабочий режим термогенератора выбирается таким, чтобы к, п. д. имел значение, близкое к максимальному.  
[c.605]

Приведенные выше формулы относятся к генерации электрической энергии термоэлементом, когда последний используется как термогенератор.  [c.606]

К. п. д. термогенераторов сравнительно низкий и составляет 3—5%, а в лучшем случае 8%. А. Ф. Иоффе считал, что этот предел в ближайшее время может повыситься до 10—12%, а может быть и до 15% при источниках теплоты порядка 700—800° С. Если учесть, что наиболее совершенные тепловые электростанции достигают уже к. п. д. 40—45%, то становится ясным, что термоэлементы из твердых полупроводников не могут быть использованы в большой энергетике . Зато по мере упрощения технологии, уменьшения толщины термобатарей и их удешевления будет расти применение термоэлектрических генераторов в малой энергетике (где к. п. д. отступает на задний план по сравнению с простотой конструкции, массой и габаритами) и в утилизации тепловых отходов высокотемпературных тепловых машин.  [c.606]

На уравнения (8.29) видно, что КПД термоэлемента ни при каких условиях не может стать больше термического КПД цикла Карно в интервале температур Т , Т . Этот результат очевиден, так как термоэлемент эквивалентен тепловому двигателю, в котором подводимая от горячего источника теплота преобразуется в энергию электрического тока. Но для теплового двигателя КПД цикла Карно является верхним пределом, превысить который невозможно. Поэтому КПД термоэлемента всегда, из-за необратимости термоэлектрических процессов, меньше (Т — T.j.)/Ti. Приведенные выше формулы относятся к генерации электрической энергии термоэлементом, когда последний используется как термогенератор. Если термоэлектрический элемент работает в режиме холодильной установки, то знаки qi, L меняются на противоположные.  [c.580]

КПД термогенераторов пока составляет в лучшем случае 8 %. При температурах порядка 1000—1100 К можно ожидать, что КПД составит 15 %. Если учесть, что наиболее совершенные тепловые электростанции имеют КПД 40—50 %, то станет ясным, что термоэлементы из твердых полупроводников не могут быть использованы в большой энергетике . Однако по мере упрощения технологии, уменьшения размеров термобатарей и их стоимости будет расти использование термоэлектрических генераторов в малой энергетике и в устройствах утилизации тепловых отходов высокотемпературных тепловых машин.  

[c.580]

Термодинамические основы термогенераторов  [c.418]

Термогенераторы основываются на трех термоэлектрических эффектах эффекте Зеебека, когда в разомкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, концы которых находятся при различной температуре, возникает э. д. с. эффекте Пельтье, когда при прохождении тока в термически однородной системе через стык двух различных проводников на стыке выделяется или поглощается теплота эффекте Томсона, когда в термически неоднородной системе помимо теплоты Джоуля выделяется теплота Томсона, пропорциональная градиенту температуры и силе тока. Математически эти эффекты соответственно записываются  [c.418]


Для термогенераторов зависимость плотности тока от температуры катода и величины межэлектродного промежутка с1 определяется по уравнению  [c.422]

Термоэлектрический эффект получил широкое практическое применение, в том числе 1и в радиоэлектронике. Он позволяет непосредственно преобразовывать тепловую энергию в электрическую, что используется в термогенераторах. Теория таких генераторов была разработана А. Ф. Иоффе. Согласно этой теории, к. п. д. преобразования тепловой энергии в электрическую определяется величиной а а/К, где К — коэффициент теплопроводности полупроводника ст — удельная электропроводность.  [c.262]

Качественно это можно понять из следующих соображений. В термогенераторах стремятся получить наибольший перепад температур между горячим и холодным концами полупроводника при возможно меньшей затрате тепловой энергии. Чем ниже теплопроводность полупроводника, тем больше, следовательно, величина термо-э. д. с. При этом уменьшать теплопередачу от горячего конца к холодному за счет удлинения полупроводника нельзя, так как при этом будет увеличиваться внутреннее сопротивление термогенератора и к. II. д. будет падать. По этой же причине выгодно иметь максимальную удельную электропроводность а полупроводника. Так как с увеличением степени легирования полупроводника а падает, а К и а растут, то для каждого полупроводника существует оптимальная степень легирования, обеспечивающая максимальную величину a olK, а следовательно, и к. п. д.  [c.262]

Первые термогенераторы были разработаны перед Великой Отечественной войной и во время войны использовались для питания радиоаппаратуры. В 1953 г. для питания ряда батарейных радиоприемников был выпущен промышленный образец термогенераторов мощностью л 1 кВт и выше. В настоящее время ведутся разработки генераторов на сотни киловатт.  [c.262]

В середине 70-х годов появились термогенераторы, использующие тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде химических элементов. Примером такого генератора служит установка Бета-1 мощностью 150—200 Вт, работающая на радиоактивном изотопе церия-144. Она предназначена для питания радиоэлектронной аппаратуры автоматических радиометеорологических станций, искусственных спутников Земли и т. д.  [c.262]

Соединение электродов в горячем и холодном спаях обычно выполняется при помощи так называемых коммутационных пластин (заштрихованы на рис. 12-3), выполняемых из электропроводящих материалов, например из меди. В термогенераторе отдельные термоэлементы могут соединяться в единую цепь и последовательно, и параллельно — в зависимости от характера потребителя энергии.  [c.407]

Термогенератор на органическом топливе 517  [c.552]

Перспективные материалы высокотемпературных термогенераторов. Являются также сверхпроводящими материалами  [c.33]

В качестве примера рассмотрим простейший замкнутый термоэлемент (рис. 2.3, а), состоящий из двух различных материалов и Л 2, при температуре спаев Tj, и Т . Принципиальная картина изменения ТЭДС в этом термоэлементе показана на рис.2.4. ТЭДС в цепи равна сумме составляющих и характеризуется величиной Е = IR, где R — электрическое сопротивление цепи [10]. На практике часто бывает необходимо вводить в цепь участки из третьего материала Лз (например, в термогенераторах или термопарах). Такая цепь из трех материалов показана на рис. 2.3, б. Включение в цепь любого материала не влияет на величину ТЭДС, сли температуры концов этого материала одинаковы [11].  [c.16]

Повышение эффективности любой тепловой машины может быта достигнуто путем увеличения верхней температуры и снижения нижней температуры цикла. Предельные значения верхней температуры определяются свойствами конструкционных материалов, конструктивными особенностями и температурой источника тепла. Все это справедливо также и для машин, работаюш,их на термоэлектрическом цикле. Однако термогенераторы могут работать в более широком диапазоне температур, чем паровые машины, поскольку у них отсутствуют враш,аюш,иеся части и дополнительные механические нагруз-  [c.28]

В настоящее время известно большое количество материалов, обладающих термоэлектрическими свойствами. Однако для практического использования в термогенераторах могут быть пригодны термоэлектрические материалы, способные преобразовывать тепло в электричество с к. п. д. выше 0,1 % при разности температур между горячим и холодным спаями термоэлементов порядка 200—300° С. Лучшие из современных термоэлектрических материалов позволяют получать к. п. д. до 10% при разности температур 500—600° С, а сочетание нескольких таких материалов (слоистые термоэлементы) дает возможность увеличить к. п. д. до 20% и более при разности температур 800—  [c.53]


Использование ядерных источников тепла в сочетании с термогенератором налагает на термоэлектрический материал некоторые условия, определяемые действием ядерных излучений на вещество.  [c.73]

Разработка первых радиоизотопных термогенераторов ( Бета , СНАП-3 и др.) показала, что эти установки настолько надежны в эксплуатации и имеют такие большие возможности улучшения рабочих характеристик, что вряд ли они могут быть вытеснены в ближайшем будущем какими-либо другими устройствами.  [c.143]

Современные изотопные термогенераторы характеризуются электрической мощностью от 5 до 100 em, к. п. д. 3—5% и сроком службы без замены топлива от трех месяцев до десяти лет. Область применения этих установок непрерывно расширяется их можно использовать как источники питания для космических и наземных установок, в том числе для автономных средств сигнализации, телеметрической системы передачи метеорологических данных, ли-  [c.143]

Солнечные фотоэлементы, конкурирующие с изотопным генератором, весьма чувствительны к космическим условиям и режиму эксплуатации. Химические батареи значительно уступают изотопным генераторам как по сроку службы (1—2 недели), так и по энергоемкости. По американским данным, изотопный термогенератор СНАП-3 мощностью 2,7 em, весом 2 кГ в течение пятилетнего срока службы выработал количество электроэнергии, для получения которого потребовались бы химические батареи весом 3,2 Т (см. далее).  [c.144]

За последнее время началась разработка конструкций изотопных термогенераторов, предназначенных для питания аппаратуры гидроакустических маяков устройств для противолодочной обороны подводных океанографических установок, оборудованных сейсмографами, датчиками температуры и солености воды и т. п. Дальнейшие исследования подводного мира могут открыть новые области применения изотопных термогенераторов, где они окажутся единственно возможными источниками энергий.  [c.144]

Кроме того, интерес к изотопным термогенераторам начинают проявлять нефтяная и газовая промышленность, медицина и другие области науки и техники.  [c.144]

Конструктивные особенности изотопных термогенераторов  [c.152]

Определим количество теплоты источника теплоты температуры в единицу времени. Основная составная часть — теплота q, преобразуемая в электрическую энергию. Она определяется на основании эффекта Пельтье, согласно которому обратимое выделение теплоты на спае двух проводников при прохождении тока пропорционально силе тока поэтому q = л/, где л — коэффициент Пельтье, являющийся функцией температуры я = Я1 1ц — Пц 1п i — сила тока в цепи термогенератора.  [c.577]

Следует отметить также, что некоторые полупроводниковые материалы (например, тройной сплав Bi—Sb—Zn) тоже обладают значительными коэффициентами термоЭДС, что позволяет с успехом использовать их для изготовления термоэлементов, термогенераторов, холодильных устройстй и пр.  [c.129]

Из табл. 8.4 видно, что эти соединения являются узкозонными полупроводниками. Халькогениды свинца используют для изготовления фоторезисторов в инфракрасной технике, инфракрасных лазеров, тензометров и термогенераторов, работающих в интервале температур от комнатной до 600 С.  [c.293]

Полупроводниковые материалы сложного состава находят техническое применение при изготовлении термоэлементов, термогенераторов и холодильных устройств. К таким материалам относятся, например, тройной сплав Bi—Sb—Zn, употребляющийся для положительных ветвей термоэлементов, твердые растворы 0,25 PbS-0,5 PbSe-0,25 РЬТе и 0,3 PbS-0,7 PbSe и другие материалы, из которых изготовляют отрицательный электрод термоэлементов. Э( х )ективность использования материала в термоэлектрических устро йствах в простейшем случае оценивается критерием А. Ф. Иос е  [c.266]

Облицовки часто применяются в космической технике в конструкции радиоизотопных термогенераторов. Они являются частью конструкции капсул — источников теплоты или самого генератора. Обычно они выполняют роль диффузионного барьера для устранения или сведения к минимуму взаимодействия меноду отдельными деталями, такими как аблятор или эмиссионные покрытия.  [c.462]

Наиболее эффективными материалами для создания как термоэлектрических холодильников, так и термогенераторов являются материалы с максимальной величиной а о/%. Для термоэлектрического охлаждения необходим материал с высокими значениями коэффициента Пельтье и удельной электропроводности. Последнее требование обусловлено тем, что в добавление к теплу Пельтье всегда выделяется и джоулево тепло и, чтобы эффект джоулева нагрева не перекрыл эффект охлаждения, необходимы материалы с хорошей электропроюдностью. С другой стороны, при одном- и том же количестве тепла, выделяющемся вследствие эффекта Пельтье на одном контакте и поглощающемся на другом, разность температур между контактами будет тем больше, чем меньше теплопередача от горячего конца проводника к холодному, т. е. чем меньше коэффициент теплопроводности.  [c.265]

Ярко выраженные термоэлектрические свойства контактов некоторых полупроводников позволили создать термогенераторы для питания радиоприемников и даже маломощных станций. Например, Институтом полупроводников Академии наук СССР (А. Ф. Иоффе, Ю. П. Маслаковец,  [c.320]

А. Н. Воронин и др.) совместно с Министерством связи СССР (В. С. Да-ниель-Бек и др.) был разработан термогенератор для питания радиоприемников в местах, не имеющих электроэнергии. Источником тепла в нем служит обычная керосиновая лампа.  [c.320]

Термогенераторы иа органическом топливе. Такие ТЭГнашли наибольшее практическое применение для электро- и теплоснабжения автономных объектов в нефтегазовой промышленности, метеорологии, навигации, сельском хозяйстве, армии и быту. В качестве источника теплоты в них используются продукты сгорания твердого (уголь, дрова, брикеты), газообразного (метан, пропан, пропан-бутан) и жидкого (бензин, керосин, дизельное) топлива.  [c.517]


Реакторные термогенераторы (РТЭГ). Требуемые уровни электрической мощности ТЭГ — от единиц до нескольких сотен и тысяч киловатт — могут быть обеспечены только в сочетании с ядер-ными реакторами (ЯР) в качестве источника теплоты [4, 13].  [c.520]

Перспективные материалы для высокотемпературных термогенераторов. Являются сверхпроводниками eS4, может быть использована как керамика для изготовления тиглей для плавки металлов  [c.35]

Переменный ток в термогенераторах можно получать с помощью периодического нагревания и охлаждения спаев ТЭЭЛ. Разработаны различные конструкции подобных ТЭГ. А. X. Черкасским была предложена идея такого ТЭГ переменного тока. В одном из вариантов предусматривалось применение вращающихся батарей ТЭЭЛ с соответствующими коллекторами для получения постоянного или переменного тока [5]. Устройство, основанное на использовании теплового потока, периодически обтекающего горячие спаи ТЭЭЛ, исследовалось также в США [6]. Принципиальная схема одного из таких ТЭГ показана на рис. 3.4. Тонкие пленки полупроводников д- и р-типов образуют термоэлектрическую цепь, которая вплетена в диэлектрик таким образом, что горячие спаи находятся на одной стороне, а холодные — на другой. Если такой ТЭГ вращается или источники тепла и холода движутся вокруг ТЭГ, спаи периодически нагреваются и охлаждаются и в цепи возникает переменный ток.  [c.43]

Термогенератор заключен в цилиндрический корпус из полиэтилена. В этом корпусе имеются два канала, в которые помещаются ветви термоэлемента, соприкасающиеся с тепло-и электропроводящей крышкой, которая осуществляет соединение ветвей. Эта крышка обращена в сторону предполагаемого источника тепла. Горячие концы термоэлектрических ветвей покрыты тонким слоем свинцово-оло-вянистого сплава для улучшения контакта, который достигается прижатием крышки с помощью винтов. Холодные концы ветвей контактируют с блоком отвода тепла из материала с хорошей тепло проводностью (алюминий).  [c.84]

Радиоизотопный термогенератор очень удобен для использования в космических аппаратах прежде всего из-за чрезвычайной простоты, надежности и стабильности его работы. На характеристики этой системы не влияют такие факторы, как глубокий вакуум, невесомость, столкновения с микрометеоритами, радиационные пояса, солнечные вспышки, перегрузки, характерные для ракетных систем, вращение и потеря устойчивости космического аппарата. Поскольку изотопный термогенератор может работать при высоких значениях теплового потока и температуры, он почти нечувствителен к поглощению и отражению солнечных лучей, к изменениям температуры в соответствии с временем суток на орбите, а также к локальным изменениям температуры космического аппарата.  [c.144]


Новая технология сделает выгодным производство термоэлектрических генераторов

Термоэлектрические материалы — это материалы, которые работают за счет разницы температур между их поверхностями и преобразуют тепло в электрическую энергию. Если из таких материалов сделать, к примеру, пиджак, то такой пиджак смог бы подзаряжать мобильный телефон за счет разницы температуры тела человека и температуры окружающей среды. Несмотря на столь многообещающие перспективы, высокая стоимость материалов, высокая стоимость производства и низкий коэффициент полезного действия термоэлектрических генераторов, делают экономически невыгодным их практическое применение. Однако, благодаря новой технологии, разработанной специалистами Института технологий материалов Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology), производство термоэлектрических генераторов может стать достаточно недорогим для того, чтобы начать всерьез рассматривать их повсеместное использование.

 

Используемая для производства термоэлектрических генераторов технология не сильно отличается от процесса обычной струйной печати. Используя струйный принтер и чернила со специальным составом, ученые из института Фраунгофера изготовили тонкие и гибкие листы термоэлектрических генераторов (thermoelectric generators, TEG). В качестве чернил для печати этих электрогенераторов используется активная полимерная паста из недорого термоэлектрического материала, которая наноситься на поверхность пленки тончайшим слоем. А использование более совершенных технологий трехмерной печати сможет преобразовать в термоэлектрический генератор поверхность любого предмета даже с весьма сложной формой.

 

Пленки с напечатанными на их поверхностях термоэлектрическими генераторами могут использоваться для покрытия внутренних поверхностей градирен, которые используются для охлаждения воды или других теплоносителей, трубопроводов, по которым в водоемы сбрасывается вода, охлаждающая котлы тепловых и реакторы ядерных электрических станций. Это позволит вернуть назад в виде электрической энергии некоторое количество тепла, которое ранее просто уходило в чистые потери.

 

Эффективность термоэлектрических генераторов очень мала, самые эффективные из них могут преобразовать в электричество всего 15-20 процентов тепла, а наиболее типичным считается показатель эффективности, равный 8 процентам. В том случае, если сами термоэлектрические генераторы и их установка не будут требовать больших затрат, то их использование будет обоснованным с экономической точки зрения. Именно этого и удалось добиться ученым из института Фраунгофера, благодаря применению нового типа термоэлектрического материала и недорогой технологии производства. Помимо этого, новый полимерный термоэлектрический материал абсолютно безвреден в отличи от других подобных материалов, содержащих токсичные и вредные вещества, такие как свинец.

 

Новые термоэлектрические генераторы и технология их производства будут продемонстрированы в ближайшее время на экспериментальной градирне, которая станет одним из экспонатов выставки Messe в Ганновере.

 

 

 

 

 

 

 

по материалам портала DailyTechInfo

Перспективный советский проект по бесплатной электроэнергии, который предательски свернули. – Science Portal

Давайте посмотрим на это изобретение ещё со времён Советского Союза. Изотопная мини-электростанция, которая в процессе работы выделяет помимо прочего дармовое отопление. История вопроса такова.

В 1821 году физик Томас Иоганн Зеебек открыл интересный эффект: если проводник, состоящий из двух разных металлов нагревать с одной стороны, а с другой охлаждать, то вырабатывается электричество. Данное явление получило название «термоэлектричество» или «Эффект Зеебека».

КПД такого электрогенератора очень низкий, поэтому про него надолго забыли. Советские физики вспомнили про этот эффект во время ВОв. Для зарядки аккумуляторов раций партизанских отрядов нужен был простой и надёжный электрогенератор. Поэтому срочно наладили изготовление вот таких котелков, вырабатывающих термоэлектричество от жара обычного костра.

 

После войны термогенераторы использовали для электропитания домашних радиоприемников. В качестве источника тепла служила керосиновая лампа: самый распространенный источник света в домах тех времён.

С началом космической эры снова понадобились термогенераторы. Если в околоземном космосе можно использовать солнечные батареи, то в дальнем космосе от них толка нет. В качестве источников тепла в термогенераторах начали использовать ядерные изотопы. Такие генераторы называются «РИТЭГ» (радиоизотопный термоэлектрический генератор). Изотоп хорош тем, что долгие годы может выдавать стабильно высокую тепловую мощность. Снижение отдачи менее 1% в год. В космических аппаратах используется изотоп Плутоний-238 со сроком полураспада 88 лет. Он считается самым безопасным из всех изотопов.

Посмотрите на это фото.

Девушка проверяет работу термогенератора без всяких защитных костюмов. Единственный минус — запредельная стоимость Плутония-238. Такие РИТЭГи уже 44 года работают на американских спутниках VOYAGER, улетевшие за пределы солнечной системы, обеспечивающие электроэнергией и теплом научную аппаратуру.

В наземных РИТЭГах использовали другой изотоп Стронций-90. Он очень дешёвый, но требует более массивную защитную оболочку. Также у него ниже срок службы: период полураспада — 29 лет.

Термогенераторы широко использовали в СССР для энергосбережения маяков и удаленных систем радионавигации. В начале 70-ых годов было принято решение создать необслуживаемый ядерный термогенератор большой мощности для обеспечения электричеством, отоплением и горячей водой удаленные населенные пункты.

В 1981 году проект станции с романтическим названием «Елена» был готов.

Атомная термоэлектрическая станция была полностью необслуживаемой. Конструкция в собранном виде представляла цилиндр, закапываемый в землю. В конструкции не было никаких механизмов, насосов, двигателей. Поэтому могла работать без обслуживания до 30 лет, генерируя до 100 тыс кВт электрической и до 3 тыс кВт тепловой энергии. Это вполне могло хватить для отопления целого поселка.

Для подтверждения точности расчетов была построена опытная станция «Гамма» в институте им. Курчатова.

Станция проработала положенные 30 лет без единого происшествия. Причем, учёные искусственно создавали критические режимы работы вплоть до полного короткого замыкания на входе. И «Гамма» выдержала все испытания.

Ссылка на источник

В поисках высокоэффективных термоэлектрических генераторов для извлечения электроэнергии из отходящего тепла

  • Р. Йорк, Нац. Клим. Изменение 2, 441. (2012).

    Google ученый

  • М.Д. Стейплз, Р. Малина и С.Р.Х. Барретт, , нац. Энергия 2, 16202. (2017).

    Google ученый

  • Г.Дж. Снайдер и Э.С. Toberer, в Materials for Sustainable Energy (совместно с Macmillan Publishers Ltd, Великобритания, 2010 г.), стр.101–110.

  • Х. Рох, И. Ким и Д. Ким, Nano Energy 70, 104515. (2020).

    Google ученый

  • CB Williams и RB Yates, Proceedings of the International Solid-State Sensors and Actuators Conference — TRANSDUCERS ’95 1 , 369 (n.d.).

  • Ф. Йылдыз и К.Л. Куглер, J. Eng. Технол. 34, 8. (2017).

    Google ученый

  • Х.Лу, Ю. Сюй, Г. Цяо, К. Гао, С. Чжан, Т. Ченг и З.Л. Ван, Nano Energy 72, 104726. (2020).

    Google ученый

  • Л. Хуан, С. Линь, З. Сюй, Х. Чжоу, Дж. Дуань, Б. Ху и Дж. Чжоу, Adv. Матер. 32, 14. (2020).

    Google ученый

  • Н. Ван Тоан, M.M.I.M. Хаснан, Д. Удагава, Н. Иномата, М. Тода, С.М. Саид, М.Ф.М. Сабри и Т.Оно, Energy Convers. Управление 199, 111979. (2019).

    Google ученый

  • Д.М. Роу, Продлить. Энергия 16, 1251. (1999).

    Google ученый

  • Р. Ахиска, Х. Мамур и И.Э.Т. Renew, Power Gener 7, 700. (2013).

    Google ученый

  • Исмаил, И. Ахмед и В.H, в (Benthan Science Publisher, 2009), стр. 27–39.

  • S. Riffat и X. Ma, Appl. Терм. англ. 23, 913. (2003).

    Google ученый

  • Х. Ким, Ю. Тадесс и С. Прия, Energy Harvesting Technologies (Springer, Boston, MA, 2009), стр. 3–39.

    Google ученый

  • Д. Энеску, в Green Energy Advances (IntechOpen, 2019).

  • А. Шакури, Год. Преподобный Матер. Рез. 41, 399. (2011).

    Google ученый

  • Э. Ло, С. Уль, Л. Жандюпё, П.П. López, P. Sanglard, E. Vanoli, R. Marti и H. Keppner, J. Electron. Матер. 47, 3193. (2018).

    Google ученый

  • З.-Г. Шен, Л.-Л. Тянь и С. Лю, Energy Convers. Управление 195, 1138.(2019).

    Google ученый

  • А.Х. Казим, А.С. Бушаги, С.Т. Стивенс и Б.А. Кола, Сустейн. Energy Fuels 1, 1381. (2017).

    Google ученый

  • Р. Зевенховен и А. Бейен, Energy 36, 3754. (2011).

    Google ученый

  • Э.Х. Ван, Х.Г. Чжан, Б.Ю. Фан, М.Г. Оуян, Ю. Чжао и К.Х. Mu, Energy 36, 3406. (2011).

    Google ученый

  • А.Р.М. Сиддик, С. Махмуд и Б. Ван Хейст, Renew. Поддерживать. Energy Rev. 73, 730. (2017).

    Google ученый

  • Д.К. Асвал, Р. Басу и А. Сингх, Energy Convers. Управление 114, 50. (2016).

    Google ученый

  • Т.М. Тритт, Х. Бёттнер и Л. Чен, MRS Bull. 33, 366. (2008).

    Google ученый

  • Д. Чжан, Ю. Ван и Ю. Ян, Малый 15, 1805241. (2019).

    Google ученый

  • Х.С. Ким, В. Лю, Г. Чен, К.-В. Чу и З. Рен, Proc. Натл. акад. науч. 112, 8205. (2015).

    Google ученый

  • А.Мухамад Зухуд, Ф. Мочаммад и В. Видаят, Web Conf 73, 01009. (2018).

    Google ученый

  • О.Г. Андо Джуниор, А.Л.О. Maran и NC Henao, Renew. Поддерживать. Energy Rev. 91, 376. (2018).

    Google ученый

  • D. Champier, Energy Convers. Управление 140, 167. (2017).

    Google ученый

  • Х.Чжан и Л.-Д. Чжао, J. Материал. 1, 92. (2015).

    Google ученый

  • С.К. Сурапараю, Г. Картик, Г.В. Сунил Редди и С.К. Натараджан, IOP Conf. сер. Земная среда. науч. 312, 012013. (2019).

    Google ученый

  • CB Vining, Nat. Матер. 8, 83. (2009).

    Google ученый

  • М.А. Алгул, С.А. Шахахмади, Б. Егане, Н. Асим, А.М. Эльбреки, К. Сопян, С.К. Тионг и Н. Амин, Energy Convers. Управление 174, 138. (2018).

    Google ученый

  • A. P. David J, in 21–22 сентября 2017 г. Себу (Филиппины) Назад RTET-17, CABES-17, LBECSR-17 и ALHSS-17 (URUAE, 2017).

  • З.-Х. Ге, Л.-Д. Чжао, Д. Ву, С. Лю, Б.-П. Чжан, Ж.-Ф. Ли и Дж. Хе, Mater. Сегодня 19, 227.(2016).

    Google ученый

  • Р.Ю. Nuwayhid, A. Shihadeh и N. Ghaddar, Energy Convers. Управление 46, 1631. (2005).

    Google ученый

  • М.Э. Кизироглу, С.В. Райт, Т.Т. Тох, П.Д. Митчесон, Т. Беккер и Э. М. Йетман, IEEE Trans. Инд. Электрон. 61, 302. (2014).

    Google ученый

  • С.Аминорроая Ямини, Х. Ван, З.М. Гиббс, Ю. Пей, Д.Р.Г. Митчелл, С.С. Доу и Г.Дж. Снайдер, Acta Mater. 80, 365. (2014).

    Google ученый

  • А. Д. Лалонд, Ю. Пей, Х. Ван и Г. Джеффри Снайдер, Mater. Сегодня 14, 526. (2011).

    Google ученый

  • Д. Паркер и Д.Дж. Сингх, Solid State Commun. 182, 34. (2014).

    Google ученый

  • С.Chen, L. Zhang, J. Li, F. Yu, D. Yu, Y. Tian и B. Xu, J. Alloys Compd. 699, 751. (2017).

    Google ученый

  • А.Т. Дуонг, В.К. Нгуен, Г. Дувжир, В.Т. Дуонг, С. Квон, Дж.Ю. Сонг, Дж.К. Lee, JE Lee, S. Park, T. Min, J. Lee, J. Kim и S. Cho, Nat. коммун. 7, 13713. (2016).

    Google ученый

  • К. Чжан, Э.К. Шере, Ю. Ван, Х.С. Ким, Р. Хе, Ф. Цао, К. Дахал, Д. Бройдо, Г. Чен и З. Рен, Nano Energy 22, 572. (2016).

    Google ученый

  • Р. Нунна, П. Цю, М. Инь, Х. Чен, Р. Ханус, К. Сонг, Т. Чжан, М.-Ю. Чоу, М.Т. Агне, Дж. Хе, Г.Дж. Снайдер, X. Ши и Л. Чен, Energy Environ. науч. 10, 1928. (2017).

    Google ученый

  • М.К. Барма, М. Риаз, Р. Саидур и Б.Д. Лонг, Energy Convers. Управление 98, 303. (2015).

    Google ученый

  • С. Рюле, М. Шалом и А. Забан, ChemPhysChem 11, 2290. (2010).

    Google ученый

  • Х. Охта, К. Сугиура и К. Комото, Неорган. хим. 47, 8429. (2008).

    Google ученый

  • Б.Чен, К. Угер, Л. Иорданидис и М.Г. Канацидис, Хим. Матер. 9, 1655. (1997).

    Google ученый

  • Н. Чжао, Т.П. Оседач, Л.-Ю. Чанг, С.М. Гейер, Д. Вангер, М.Т. Бинда, А.К. Аранго, М.Г. Бавенди и В. Булович, ACS Nano 4, 3743. (2010).

    Google ученый

  • Д.М. Фрейк, И.К. Юрчишин, В.Ю. Потяк, Прикарпатский национальный ун-т им. 1, 65. (2014).

    Google ученый

  • C. Твомбли, Изучение термоэлектрических свойств графеновых материалов, 2015.

  • А.Х. Решак, RSC Adv. 6, 72286. (2016).

    Google ученый

  • Решак А.Г., RSC Adv. 6, 92887. (2016).

    Google ученый

  • Ю.Пей, С. Ши, А. Лалонд, Х. Ван, Л. Чен и Г.Дж. Снайдер, Nature 473, 66. (2011).

    Google ученый

  • Дж. П. Хереманс, В. Йовович, Э.С. Тоберер, А. Сарамат, К. Куросаки, А. Чароенпхакди, С. Яманака и Г.Дж. Снайдер, Science 321, 554. (2008).

    Google ученый

  • J.P. Heremans, B. Wiendlocha и A.M. Шамуар, Энергетическая среда.науч. 5, 5510. (2012).

    Google ученый

  • Э.С. Тоберер, А.Ф. Мэй и Г.Дж. Снайдер, хим. Матер. 22, 624. (2010).

    Google ученый

  • Ю.И. Равич, Б.А. Ефимова, И.А. Смирнов, Полупроводниковые халькогениды свинца (Springer, Boston, 1970).

    Google ученый

  • А.В. Пауэлл, J. Appl. физ. 126, 100901. (2019).

    Google ученый

  • А.А. Шерченков, Ю.И. Штерн, М.Ю. Штерн, М.С. Рогачев, Нанотехн. Россия 11, 387. (2016).

    Google ученый

  • П. Цзун, Р. Ханус, М. Дилла, Ю. Тан, Дж. Ляо, К. Чжан, Г.Дж. Снайдер и Л. Чен, Energy Environ. науч. 10, 183. (2017).

    Google ученый

  • Вт.Дж. Се, Дж. Хе, С. Чжу, С.Л. Су, С.Ю. Ван, Т. Холгейт, Дж.В. Графф, В. Поннамбалам, С.Дж. Пун и X.F. Тан, Acta Mater. 58, 4705. (2010).

    Google ученый

  • Дж. Хе, М.Г. Канацидис, В.П. Дравид, мэтр. Сегодня 16, 166. (2013).

    Google ученый

  • И. Сил, С. Мукерджи и К. Бисвас, Environ. Науки о Земле. Рез. Дж. 4, 33.(2017).

    Google ученый

  • Д. Т. Морелли, в Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials (2017), стр. 1–1.

  • Ю.-Л. Пей, Дж. Хе, Ж.-Ф. Ли, Ф. Ли, К. Лю, В. Пан, К. Баррето, Д. Берардан, Н. Драго и Л.-Д. Чжао, NPG Asia Mater. 5, е47. (2013).

    Google ученый

  • Дж. П. Хереманс, К.М. Траш и Д.Т. Морелли, Phys. Ред. В 70, 115334. (2004).

    Google ученый

  • A. Popescu, A. Datta, GS Nolas и LM Woods, J. Appl. физ. 109, 103709. (2011).

    Google ученый

  • С.В. Фалеев, Леонар Ф., , Phys. Ред. В 77, 214304. (2008).

    Google ученый

  • Р.Кречмар и Д.Р. Уилки, Proc. Р. Соц. Лонд. Б биол. науч. 190, 315. (1975).

    Google ученый

  • Ю. Ву, С.В. Finefrock и H. Yang, Nano Energy 1, 651. (2012).

    Google ученый

  • Г.Д. Махан и Дж.О. Софо, Proc. Натл. акад. науч. 93, 7436. (1996).

    Google ученый

  • Дж.Мартинс, Л. М. Гонсалвес, Дж. Антунес и Ф. П. Брито, в (2011).

  • Т. Хендрикс и В. Т. Чоут, Предварительное инженерно-техническое исследование систем термоэлектрических генераторов для утилизации тепла промышленных отходов (2006).

  • Г.Дж. Снайдер и Э.С. Toberer, Materials for Sustainable Energy (совместно с Macmillan Publishers Ltd, Великобритания, 2010 г.), стр. 101–110.

    Google ученый

  • Г.S. Nolas, J. Sharp и HJ Goldsmid, Thermoelectrics (Springer, Berlin, 2001).

    МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Л.-Д. Чжао, С.-Х. Ло, Ю. Чжан, Х. Сун, Г. Тан, К. Ухер, К. Волвертон, В.П. Дравид и М.Г. Канацидис, Nature 508, 373. (2014).

    Google ученый

  • Y. Yin, K. Baskaran, and A. Tiwari, Phys. Стат. Сол. (А) 216, 1800904.(2019).

    Google ученый

  • М. Вольф, Р. Хинтердинг и А. Фельдхофф, Entropy 21, 1058. (2019).

    Google ученый

  • В. Лю, С. Ян, Г. Чен и З. Рен, Nano Energy 1, 42. (2012).

    Google ученый

  • Решак А.Г., RSC Adv. 6, 54001. (2016).

    Google ученый

  • С. Ван, Дж. Р. Сальвадор, Дж. Ян, П. Вей, Б. Дуан и Дж. Ян, NPG Asia Mater. 8, е285. (2016).

    Google ученый

  • С. Чой, К. Куросаки, Г. Ли, Ю. Охиси, Х. Мута, С. Яманака и С. Маэсима, AIP Adv. 6, 125015. (2016).

    Google ученый

  • Ю.Лю, С. Ли, К. Чжан, Л. Чжан, Д. Ю, Б. Сюй и Ю. Тянь, Материалы 9, 257. (2016).

    Google ученый

  • Р. Акрам, Ю. Ян, Д. Ян, С. Ше, Г. Чжэн, С. Су и С. Тан, Intermetallics 74, 1. (2016).

    Google ученый

  • C. Fu, S. Bai, Y. Liu, Y. Tang, L. Chen, X. Zhao и T. Zhu, Nat. коммун. 6, 8144. (2015).

    Google ученый

  • J. Shen, C. Fu, Y. Liu, X. Zhao и T. Zhu, Energy Storage Mater. 10, 69. (2018).

    Google ученый

  • С. Саини, Х.С. Yaddanapudi, K. Tian, ​​Y. Yin, D. Magginetti, and A. Tiwari, Sci. 7, 44621. (2017).

    Google ученый

  • М. Биттнер, Л.Helmich, F. Nietschke, B. Geppert, O. Oeckler, and A. Feldhoff, J. Eur. Керам. соц. 37, 3909. (2017).

    Google ученый

  • Г. Тан, Л.-Д. Чжао, Ф. Ши, Дж.В. Доак, С.-Х. Ло, Х. Сан, К. Волвертон, В.П. Дравид, К. Угер и М.Г. Канацидис, J. Am. хим. соц. 136, 7006. (2014).

    Google ученый

  • Г. Тан, В. Вэй, Дж. Чжан, Ю. Ли, С.Ван, Г. Сюй, К. Чанг, З. Ван, Ю. Ду и Л.-Д. Чжао, Дж. Ам. хим. соц. 138, 13647. (2016).

    Google ученый

  • Д. Гинтинг, К.-К. Лин, Р. Лидия, Х.С. Так, Х. Ли, Дж. Хванг, В. Ким, Р. Аль Рахаль Аль Ораби и Дж.-С. Райи, Acta Mater. 131, 98. (2017).

    Google ученый

  • Т. Фу, С. Юэ, Х. Ву, С. Фу, Т. Чжу, С. Лю, Л. Ху, П. Ин, Дж.Он и X. Чжао, Дж. Материом. 2, 141. (2016).

    Google ученый

  • З.-Х. Ge, X. Liu, D. Feng, J. Lin и J. He, Adv. Энергия Матер. 6, 1600607. (2016).

    Google ученый

  • П. Пэн, З.Н. Гонг, Ф.С. Лю, М.Дж. Хуан, В.К. Ао, Ю. Ли и Дж.К. Li, Intermetallics 75, 72. (2016).

    Google ученый

  • А.К. Бора, Р. Бхатт, А. Сингх, Р. Басу, С. Бхаттачарья, К.Н. Мешрам, С. Ахмад, А.К. Дебнат, А.К. Чаухан, П. Бхатт, К. Шах, К. Бхоткар, С. Шарма, Д.К. Асваль, К.П. Muthe и S.C. Gadkari, Energy Convers. Управление 145, 415. (2017).

    Google ученый

  • Ю. Пан и Ж.-Ф. Ли, NPG Азия Матер. 8, е275. (2016).

    Google ученый

  • Х.Ян, В. Чжэн, Ф. Лю, С. Ян и З. Ван, Sci. 6, 37722. (2016).

    Google ученый

  • М. Хонг, Т.С. Хасапис, З.-Г. Чен, Л. Ян, М.Г. Канацидис, Г.Дж. Снайдер и Дж. Зоу, ACS Nano 10, 4719. (2016).

    Google ученый

  • B. Sun, X. Jia, D. Huo, H. Sun, Y. Zhang, B. Liu, H. Liu, L. Kong, B. Liu и H. Ma, J. Phys.хим. С 120, 10104. (2016).

    Google ученый

  • S. Deng, H. Liu, D. Li, J. Wang, F. Cheng, L. Shen и S. Deng, J. Electron. Матер. 46, 2662. (2017).

    Google ученый

  • B. Sun, X. Jia, D. Huo, H. Sun, Y. Zhang, B. Liu, H. Liu, L. Kong и H. Ma, Mod. физ. лат. Б 30, 1650087. (2016).

    Google ученый

  • Г.Дин, Ю. Ху, Д. Ли и С. Ван, , рез. физ. 15, 102631. (2019).

    Google ученый

  • К. Бисвас, Дж. Хе, И.Д. Блюм, К.-И. Ву, Т.П. Хоган, Д.Н. Сейдман, В.П. Дравид и М.Г. Канацидис, Nature 489, 414. (2012).

    Google ученый

  • М. Рулл-Браво, А. Мур, Х.Ф. Фернандес и М. Мартин-Гонсалес, RSC Adv. 5, 41653.(2015).

    Google ученый

  • Д. Нардуччи, Appl. физ. лат. 99, 102104. (2011).

    Google ученый

  • М. Дрессельхаус, в (2013), стр. 36–39.

  • К. А. Гулд, Н. Ю. А. Шаммас, С. Грейнджер и И. Тейлор, в 26-й Международной конференции по микроэлектронике , 2008 г., (IEEE, 2008), стр. 329–332.

  • Г.Мин и Д.М. Роу, IEEE Trans. Преобразование энергии. 22, 528. (2007).

    Google ученый

  • М. Коколоски, К. Эгер и Р. Маккарти, в Летнем исследовании ACEEE по энергоэффективности в промышленности (Omnipress, 2007), стр. 55–68.

  • H. Ikeda и F. Salleh, Appl. физ. лат. 96, 012106. (2010).

    Google ученый

  • Х.Мизуно, С. Мосса и Ж.-Л. Баррат, научн. 5, 14116. (2015).

    Google ученый

  • M. Verdier, K. Termentzidis и D. Lacroix, J. Appl. физ. 119, 175104. (2016).

    Google ученый

  • А.И. Хохбаум, Р. Чен, Р. Д. Дельгадо, В. Лян, Э. К. Гарнетт, М. Наджарян, А. Маджумдар и П. Ян, Nature 451, 163. (2008).

    Google ученый

  • Р. Маккарти, Дж. Электрон. Матер. 42, 1504. (2013).

    Google ученый

  • Т.М. Тритт и М.А. Субраманиан, MRS Bull. 31, 188. (2006).

    Google ученый

  • К. Гулд и Р. Маньяла, в в Руководстве по маломасштабным методам сбора энергии (2019).

  • Л.Д. Хикс и М.С. Дрессельхаус, Phys. Rev. B 47, 12727. (1993).

    Google ученый

  • П. Вакейру и А.В. Пауэлл, J. Mater. хим. 20, 9577. (2010).

    Google ученый

  • L.T. Хунг, Н. Ван Нонг, Л. Хан, Р. Бьорк, П.Х. Нган, Т.С. Холгейт, Б. Балке, Г.Дж. Снайдер, С. Линдерот и Н. Прайдс, Energy Technol. 3, 1143. (2015).

    Google ученый

  • C. Wood, Rep. Prog. физ. 51, 459. (1988).

    Google ученый

  • А.Ф. Иоффе, Л.С. Стильбанс, Э.К. Иорданишвили, Т.С. Ставицкая, А. Гельбтух, Г. Винъярд, Phys. Сегодня 12, 42. (1959).

    Google ученый

  • Т.М. Тритт, год. Преподобный Матер. Рез. 41, 433. (2011).

    Google ученый

  • Ю. Пан, Ю.Р. Ли, Ю. Чжао и Д.Л. Акинс, J. Chem. Эд. 92, 1860. (2015).

    Google ученый

  • Л.-Д. Чжао, В.П. Дравид и М.Г. Канацидис, Energy Environment. науч. 7, 251. (2014).

    Google ученый

  • Дж.П. Хереманс, М.С. Дрессельхаус, Л.Э. Белл и Д. Т. Морелли, Nat. нанотехнологии. 8, 471. (2013).

    Google ученый

  • Л. Чен, Ф. Мэн и Ф. Сунь, Sci. Китайская технология. науч. 59, 442. (2016).

    Google ученый

  • И.А. de Castro Villela и JL Silveira, Appl. Терм. англ. 27, 840. (2007).

    Google ученый

  • Д.Samson, T. Otterpohl, M. Kluge, U. Schmid и T. Becker, J. Electron. Матер. 39, 2092. (2010).

    Google ученый

  • М. Ашраф и Н. Масуми, IEEE Trans. Очень крупномасштабная система интеграции. 24, 26. (2016).

    Google ученый

  • К. Уоткинс, Б. Шен и Р. Венкатасубраманян, в ICT 2005. 24-я Международная конференция по термоэлектрике, 2005. (IEEE, 2005), стр. 265–267.

  • Т. Торфс, В. Леонов, К. Ван Хоф и Б. Гизелинкс, в 2006 г. 5-я конференция IEEE по датчикам (IEEE, 2006), стр. 427–430.

  • Л. Матеу, К. Кодреа, Н. Лукас, М. Поллак и П. Спайс, в Международная конференция по сенсорным технологиям и приложениям, 2007 г. (SENSORCOMM 2007) (IEEE, 2007), стр. 366– 372.

  • Ю. Чжан, Ф. Чжан, Ю. Шахшир, Дж. Д. Сильвер, А. Клайнфелтер, М.Нагараджу, Дж. Боли, Дж. Пандей, А. Шривастава, Э.Дж. Карлсон, А. Вуд, Б.Х. Калхун и Б.П. Отис, IEEE J. Твердотельные схемы 48, 199. (2013).

    Google ученый

  • Дж. П. Кармо, Л. М. Гонсалвес и Дж. Х. Коррейя, IEEE Trans. Инд. Электрон. 57, 861. (2010).

    Google ученый

  • К. Зеб, С.М. Али, Б. Хан, К.А. Мехмуд, Н. Тарин, В.Дин, У. Фарид и А. Хайдер, Renew. Поддерживать. Energy Rev. 75, 1142. (2017).

    Google ученый

  • Т. Кусксу, Ж.-П. Бедекаррат, Д. Шампье, П. Пиньоле и К. Бриле, J. Power Sources 196, 4026. (2011).

    Google ученый

  • Н.Р. Кристиансен и Х.К. Нильсен, Дж. Электрон. Матер. 39, 1746. (2010).

    Google ученый

  • Н.Р. Кристиансен, Г.Дж. Снайдер, Х.К. Nielsen, and L. Rosendahl, J. Electron. Матер. 41, 1024. (2012).

    Google ученый

  • P. Aranguren, D. Astrain, A. Rodríguez и A. Martinez, Appl. Энергия 152, 121. (2015).

    Google ученый

  • Q. Luo, P. Li, L. Cai, P. Zhou, D. Tang, P. Zhai и Q. Zhang, J. Electron. Матер. 44, 1750.(2015).

    Google ученый

  • А. Дейт, А. Дейт, К. Диксон и А. Акбарзаде, Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 33, 371. (2014).

    Google ученый

  • М.Г. Молина, Л.Е. Хуанико и Г.Ф. Ринальде, Междунар. J. Hydrog Energy 37, 10057. (2012).

    Google ученый

  • Д. Кремер, К.Макинани, М. Кьеза и Г. Чен, 90 004 Sol. Энергия 86, 1338. (2012).

    Google ученый

  • Л.Л. Барановский, Г.Дж. Снайдер и Э.С. Тоберер, Энергетическая среда. науч. 5, 9055. (2012).

    Google ученый

  • Д. Кремер, Б. Пудель, Х.-П. Фэн, Дж. К. Кейлор, Б. Ю, С. Ян, Ю. Ма, С. Ван, Д. Ван, А. Муто, К. Макинани, М. Кьеза, З. Рен и Г.Чен, Нац. Матер. 10, 532. (2011).

    Google ученый

  • М.Т. Де Леон, Х. Чонг и М. Крафт, Proc. англ. 47, 76. (2012).

    Google ученый

  • М.Л. Олсен, Э.Л. Уоррен, П.А. Парилла, Э.С. Тоберер, К.Э. Кеннеди, Г.Дж. Снайдер, С.А. Фирдосий, Б. Несмит, А. Закутаев, А. Гудрич, К.С. Турчи, Дж. Неттер, М.Х. Грей, П.Ф. Ндионе, Р. Тирават, Л.L. Baranowski, A. Gray и D.S. Ginley, Energy Proc. 49, 1460. (2014).

    Google ученый

  • Л.В. Оллмен, Г. Байль, Т. Беккер, Ж.-Д. Декотинье, М.Э. Кизироглу, К. Леру, П.Д. Митчесон, Дж. Мюллер, Д. Пиге, Т. Т. То, А. Вайссер, С. У. Райт и Э. М. Йетман, IEEE Trans. Инд. Электрон. 64, 7284. (2017).

    Google ученый

  • Т.Чоу, К. Ли и З. Лин, в Материалы солнечной энергии и солнечные элементы (2010), стр. 212–220.

  • Л. Франциозо, К. Де Паскали, И. Фарелла, К. Мартуччи, П. Крети, П. Сицилиано и А. Перроне, в 2010 IEEE Sensors (IEEE, 2010), стр. 747– 750.

  • MD Estes, J. Yang, B. Duane, S. Smith, C. Brooks, A. Nordquist и F. Zenhausern, Analyst 137, 5510. (2012).

    Google ученый

  • М.Комори, К. Комия, Т. Сиракава, Т.Дж. Морикава и Т. Йошимура, , анал. Биоанал. хим. 411, 3789. (2019).

    Google ученый

  • J. Xie, C. Lee и H. Feng, J. Microelectromech. Сист. 19, 317. (2010).

    Google ученый

  • Дж. Ян и Т. Кайлат, MRS Bull. 31, 224. (2006).

    Google ученый

  • В.Вальдес и М. Берана, Proceedings of the World Congress on Engineering (WCE, Лондон, Великобритания, 2017 г.).

  • X. Niu, J. Yu и S. Wang, J. Power Sources 188, 621. (2009).

    Google ученый

  • Э.Ф. Тэчер, Б.Т. Helenbrook, M.A. Karri, and C.J. Richter, Proc. Инст. мех. англ. DJ Автомат. англ. 221, 95. (2007).

    Google ученый

  • С.-Т. Хсу, Д.-Дж. Яо, К.-Дж. Е, и Б. Ю., J. Renew. Поддерживать. Энергия 2, 013105. (2010).

    Google ученый

  • J. Fleming, W. Ng и S. Ghamaty, J. Aircr. 41, 674. (2004).

    Google ученый

  • S. Yu, Q. Du, H. Diao, G. Shu и K. Jiao, Appl. Энергия 138, 276. (2015).

    Google ученый

  • Вт.Лю, К. Цзе, Х.С. Ким и З. Рен, Acta Mater. 87, 357. (2015).

    Google ученый

  • Р. Саидур, М. Резаи, В.К. Музаммил, М.Х. Хассан, С. Париа и М. Хасануззаман, Renew. Поддерживать. Energy Rev. 16, 5649. (2012).

    Google ученый

  • М. Хамид Эльшейх, Д.А. Шнава, М.Ф.М. Сабри, С.Б.М. Саид, М. Хаджи Хасан, М.Б. Али Башир и М.Мохамад, Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 30, 337. (2014).

    Google ученый

  • Х.Ф. Чжэн, C.X. Лю, Ю.Ю. Ян и К. Ван, Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 32, 486. (2014).

    Google ученый

  • Л.Э. Белл, Science 321, 1457. (2008).

    Google ученый

  • р.Кишор и С. Прия, Materials 11, 1433. (2018).

    Google ученый

  • С. Вейл, Л. Хебер, П. Дж. Коэльо и К. М. Сильва, Преобразователь энергии. Управление 133, 167. (2017).

    Google ученый

  • Х.Б. Гао, Г.Х. Хуанг, Х.Дж. Ли, З.Г. Qu и YJ Zhang, Appl. Терм. англ. 96, 297. (2016).

    Google ученый

  • А.H. Reshak, J. Alloys Compd. 670, 1. (2016).

    Google ученый

  • Решак А.Г., Матер. Рез. Бык. 94, 22. (2017).

    Google ученый

  • О. Бубнова, З.У. Хан, А. Мальти, С. Браун, М. Фальман, М. Берггрен и X. Криспин, Nat. Матер. 10, 429. (2011).

    Google ученый

  • А.Х. Решак, Дж. Магн. Магн. Матер. 422, 287. (2017).

    Google ученый

  • Дж. Тан, Х.-Т. Ван, Д.Х. Ли, М. Фарди, З. Хо, Т.П. Рассел и П. Ян, Nano Lett. 10, 4279. (2010).

    Google ученый

  • C. Wang, F. Chen, K. Sun, R. Chen, M. Li, X. Zhou, Y. Sun, D. Chen и G. Wang, Rev. Sci. Инструм. 89, 101501. (2018).

    Google ученый

  • G. Zhang, Q. Yu и X. Li, Dalton Trans. 39, 993. (2010).

    Google ученый

  • O. Yamashita, S. Tomiyoshi и K. Makita, J. Appl. физ. 93, 368. (2003).

    Google ученый

  • Земсков В., Белая А., Белуй Ю., Кожемякин Г., Ж.Кристалл. Рост 212, 161. (2000).

    Google ученый

  • Г.Дж. Снайдер, М. Кристенсен, Э. Нишибори, Т. Кайлат и Б. Б. Иверсен, Nat. Матер. 3, 458. (2004).

    Google ученый

  • З. Тиан, С. Ли и Г. Чен, Annu. Рев. Теплопередача. 17, 425. (2014).

    Google ученый

  • А.Y. Faraji, A. Date, R. Singh и A. Akbarzadeh, Energy Proc. 57, 2112. (2014).

    Google ученый

  • R. Yang, and G. Chen, Phys. Ред. B 69, 195316. (2004).

    Google ученый

  • Н. Джазири, А. Бугамура, Дж. Мюллер, Б. Мезгани, Ф. Тунси и М. Исмаил, Energy Rep. 6, 264. (2020).

    Google ученый

  • Дж.Прадип, С. Кришнакумар и М. Совмия, IOP Conf. сер. Матер. науч. англ. 923, 012077. (2020).

    Google ученый

  • С.К. Саху, А.К. Бора, П.Г. Абичандани, А. Сингх, С. Бхаттачарья, Р. Бхатт, Р. Басу, П. Саркар, С.К. Гупта, К.П. Muthe и SC Gadkari, Mater. науч. Энергетика. 2, 429. (2019).

    Google ученый

  • Б. Шен, Р.Хендри, Дж. Канчиварам, К. Уоткинс, М. Мантини и Р. Венкатасубраманян, в ICT 2005. 24-я Международная конференция по термоэлектрике, 2005. (IEEE, 2005), стр. 529–531.

  • Э.Дж. Карлсон, К. Струнц и Б.П. Отис, IEEE J. Твердотельные схемы 45, 741. (2010).

    Google ученый

  • А. Параскевас и Э. Кутрулис, Energy Convers. Управление 108, 355. (2016).

    Google ученый

  • С.Юн, С. Карреон-Баутиста и Э. Санчес-Синенсио, IEEE Trans Circuits Syst. II Express Briefs 65, 1974. (2018).

    Google ученый

  • Д.П. Дубаль, Н.Р. Чоданкар, Д.-Х. Ким и П. Гомес-Ромеро, Chem. соц. Ред. 47, 2065. (2018).

    Google ученый

  • М.Ю. Аль-Хайк, А.А. Алотман и М. Р. Хадж, Energy Harvest. Сист. 5, 73.(2018).

    Google ученый

  • W. Zhu, C. Xie, Y. Shi, W. Li и Z. Tang, Energy Sci. англ. 8, 3717. (2020).

    Google ученый

  • R. J. Parise, in Сборник технических документов. 35-я Межобщественная инженерная конференция и выставка по преобразованию энергии (IECEC) (Cat. No.00Ch47022) (American Inst. Aeronaut. & Astronautics, nd.), стр. 120–127.

  • W. Guan, S. Long, M. Liu, Z. Li, Y. Hu и Q. Liu, J. Phys. Д Применить. физ. 40, 2754. (2007).

    Google ученый

  • C. Sargentis, K. Giannakopoulos, A. Travlos и D. Tsamakis, Phys. E Низкие измерения. Сист. Наноструктур. 38, 85. (2007).

    Google ученый

  • М.Ю. Хайк, А.И. Айеш, Т. Абдулрехман и Ю.Хайк, мэтр. лат. 124, 67. (2014).

    Google ученый

  • А. Сулейман, М.К. Розамонд, М. Альба Мартин, А. Айеш, А. Аль Гафери, А.Дж. Галлант, М.Ф. Мабрук и Д.А. Zeze, Appl. физ. лат. 100, 023302. (2012).

    Google ученый

  • Р.К. Гупта, Д.Ю. Кусума, П.С. Ли и М.П. Шринивасан, мэтр. лат. 68, 287. (2012).

    Google ученый

  • С. Калиаппан и Н. Сарвесваран, Междунар. J. Sci. Рез. 2, 265. (2013).

    Google ученый

  • Р. Сингх, С. Танди и А. Акбарзаде, Сол. Энергия 85, 371. (2011).

    Google ученый

  • К. Картик, С. Суреш, Г.К. Джой и Р. Дханускоди, Energy Sustain.Девел. 48, 107. (2019).

    Google ученый

  • К.Э. Кинселла, С.М. О’Шонесси, М.Дж.Дизи, М.Даффи и А.Дж. Робинсон, Appl. Энергия 114, 80. (2014).

    Google ученый

  • Ю.-С. Но, Ж.-И. Сео, В.-Дж. Чой, Дж.-Х. Ким, Х. Ван Фуок, Х.-С. Ким и С.-Г. Lee, in 2021 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) (IEEE, 2021), стр.266–268.

  • Б.С. Йилбас и А.З. Шахин, Energy 35, 5380. (2010).

    Google ученый

  • З.-Г. Chen, G. Han, L. Yang, L. Cheng и J. Zou, Prog. Нац. науч. Матер. Междунар. 22, 535. (2012).

    Google ученый

  • Термоэлектрические генераторы – Fireside Science

    Поскольку потребности в энергии быстро растут, поскольку развивающиеся страны, такие как Китай и Индия, продолжают индустриализацию, потребность в экологически чистых источниках энергии больше, чем когда-либо.В дополнение к технологиям, с которыми вы, вероятно, знакомы, таким как ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия и биомасса, вы, возможно, не слышали о термоэлектричестве. Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) могут превращать тепло в электричество без каких-либо движущихся частей. В приведенном ниже видео от Naked Scientists хорошо объясняется, что такое ТЭГ, как они работают и почему они могут быть чрезвычайно полезными.

    Если у вас нет времени смотреть видео, вот ключевая информация:

    Когда вы нагреваете термоэлектрический материал неравномерно, положительные или отрицательные заряды (в зависимости от материала) перемещаются, создавая напряжение, поэтому, если вы соедините несколько таких материалов вместе, вы можете сделать электрический генератор, показанный на рисунке ниже.Эти генераторы можно использовать для рекуперации отработанного тепла практически от всего, что вы можете себе представить: от больших вещей, таких как электростанции, автомобили и космические корабли НАСА, а также от небольшой электроники, такой как часы и сотовые телефоны.

    Автомобили

     – это, вероятно, место, где вы, скорее всего, увидите их появление в ближайшие несколько лет. Они являются отличным кандидатом для ТЭГ по нескольким причинам. Во-первых, как показано на изображении ниже, не так много энергии вашего двигателя уходит на реальное движение автомобиля вперед.Любая энергия, потерянная на тепло, которая может быть восстановлена, будет большим подспорьем для вашего расхода бензина. Кроме того, выхлопная труба автомобиля является идеальным местом для ТЭГ. Одна сторона может обогреваться выхлопом, а другая охлаждаться окружающим воздухом.

    Проблема в том, что ТЭГ, как правило, не очень эффективны, а стоимость материалов слишком высока, чтобы сделать их широкое использование экономически выгодным, учитывая такую ​​низкую эффективность. Один из способов сделать ТЭГ более эффективным — это очень тщательное проектирование материалов в масштабе нанометров — в 6000 раз меньше, чем клетка крови человека, или примерно в 5-10 раз больше, чем атом.Действительно трудно понять, насколько малы структуры, о которых я говорю, поскольку они так далеки от того, что мы можем видеть в нашей повседневной жизни. Изображение ниже — хорошая попытка представить этот масштаб в контексте: если бы наночастица была размером с футбольный мяч, киви был бы размером с мир. Однако большинство инструментов, которые измеряют термоэлектрические свойства материалов — например, коэффициент пропорциональности между разницей температур и величиной получаемого напряжения — измеряются в миллиметрах, что в миллион раз больше нанометра.

    Таким образом, нам нужны более точные инструменты, чтобы понять сложную физику, происходящую в таком маленьком масштабе. Это мотивация для моего небольшого, но фундаментального вклада в создание высокоэффективных ТЭГ. Я разрабатываю и использую приборы, которые могут измерять этот коэффициент пропорциональности в нанометровом масштабе, чтобы вы могли наметить, как он меняется в различных наноструктурах в материале, и попытаться объяснить результаты с помощью физических законов. Лучшее понимание этих свойств в малом масштабе может помочь инженерам понять, какой тип конструкций нужно сделать для повышения эффективности ТЭГ.

    Надеюсь, скоро вы увидите ТЭГ на своем автомобиле или услышите о том, что они используются на вашей местной электростанции, а пока вы действительно можете купить (или построить!) свой собственный термоэлектрический генератор. Например, они очень полезны в кемпинге; приведенное ниже видео о том, как TEG используется на небольшой плите для питания USB-соединения, которое, конечно же, может затем питать фонарик, iPhone или любое другое USB-устройство.

    Родственные

    Термоэлектрические генераторы в геотермальном поле

     

    Это научно-исследовательский проект, в рамках которого будет построен и испытан новый полевой термоэлектрический генератор (ТЭГ) на нашей геотермальной установке Bottle Rock Power недалеко от Кобба, Калифорния.ТЭГ производят электроэнергию, когда на генераторе существует достаточно сильная разница температур (явление, известное как эффект Зеебека). Это будет первая ТЭГ, разработанная специально для производства электроэнергии из геотермальных ресурсов с целью повышения конкурентоспособности возобновляемой геотермальной электроэнергии на рынке. Этот проект не только докажет возможность использования материалов TEG с геотермальным ресурсом, но и разработает, как эту технологию можно установить на действующем поле.Этот проект поддерживается щедрым грантом от программы Electric Program Investment Charge (EPIC) Калифорнийской энергетической комиссии.

    Эта работа необходима для доведения геотермальных ТЭГ-технологий до коммерческой стадии. Этот проект поддержит будущую разработку демонстрационного проекта для оценки эксплуатационных и эксплуатационных характеристик и финансовых рисков проектов геотермальной ТЭГ коммунального масштаба. Этот проект направлен на расширение разработки неиспользованных и локализованных геотермальных ресурсов.Рост геотермальной промышленности сдерживается потребностью в крупных и дорогостоящих электростанциях и крупномасштабной инфраструктуре для производства геотермальной электроэнергии в экономичных масштабах. Как правило, геотермальный проект не может экономично производить электроэнергию в масштабе менее 5 МВт, а для проектов мощностью более 30 МВт существует очень большая экономия за счет масштаба. Однако технологии TEG могут производить геотермальную электроэнергию без всей инфраструктуры — турбин, паропроводов и т. д.– таким образом, делая маломасштабное производство и микроэлектросети с использованием геотермальных источников практичными и доступными. Небольшие (<5 МВт) геотермальные проекты могут предоставить потребителям ту же гибкость распределения электроэнергии, что и солнечная и ветровая энергия, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что они являются более надежным источником электроэнергии для базовой нагрузки.

    Поддержка операций Bottle Rock поможет Калифорнии выполнить свою квоту на использование возобновляемых источников энергии. Этот проект предоставит дополнительные возможности для развития геотермальных объектов, а также жилой и коммерческой застройки, предоставив больше рабочих мест и домов для калифорнийцев.

    Печатные термоэлектрические генераторы для производства электроэнергии — ScienceDaily

    Термоэлектрические генераторы, сокращенно ТЭГ, преобразуют тепло окружающей среды в электроэнергию. Они обеспечивают необслуживаемое, экологически чистое и автономное питание постоянно растущего числа датчиков и устройств для Интернета вещей (IoT) и рекуперацию отработанного тепла. Ученые из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали трехмерную архитектуру компонентов на основе новых термоэлектрических материалов, пригодных для печати.Это может стать важной вехой на пути к использованию недорогих ТЭГ.

    «Термоэлектрические генераторы напрямую преобразуют тепловую энергию в электрическую. Эта технология позволяет использовать автономные датчики для Интернета вещей или в носимых устройствах, таких как умные часы, фитнес-трекеры или цифровые очки без батареек», — говорит профессор Ули Леммер, руководитель Институт светотехники (ЛТИ) КИТ. Кроме того, они могут использоваться для рекуперации отработанного тепла в промышленности и системах отопления или в секторе геотермальной энергетики.

    Новые процессы печати благодаря специальным чернилам

    «Обычные ТЭГ приходится собирать из отдельных компонентов с использованием относительно сложных производственных методов, — говорит Леммер. «Чтобы избежать этого, мы изучили новые материалы для печати и разработали два инновационных процесса и чернила на основе органических и неорганических наночастиц». Эти процессы и чернила можно использовать для производства недорогих ТЭГ с трехмерной печатью.

    В первом процессе используется трафаретная печать для нанесения 2D-рисунка на ультратонкую гибкую фольгу-основу с использованием термоэлектрических печатных красок.Затем с помощью техники оригами складывается генератор размером с кубик сахара. Этот метод был разработан совместно исследователями KIT, Гейдельбергской инновационной лабораторией и дочерним предприятием KIT. Второй процесс заключается в печати 3D-каркаса, на поверхности которого наносятся термоэлектрические чернила.

    Снижение затрат за счет технологий печати

    Леммер убежден, что масштабируемые производственные процессы, такие как трафаретная печать с рулона на рулон или современное аддитивное производство (3D-печать), являются ключевыми технологиями.«Новые производственные процессы не только обеспечивают недорогое масштабируемое производство этих ТЭГ. Технологии печати также позволяют адаптировать компонент к приложениям. Сейчас мы работаем над коммерциализацией печатной термоэлектрической системы.

    Источник истории:

    Материалы предоставлены Karlsruher Institut für Technologie (KIT) . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

    Термоэлектрические генераторы

    Термоэлектрические генераторы

    Джеффри М.Weisse


    24 октября 2010 г.

    Представлено в качестве курсовой работы по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

    Рис. 1: Конфигурация термоэлектрического Модуль.

    Рост цен на нефть, концерты о климате, и истощение наших природных ресурсов привлекли большое внимание к технология возобновляемой энергии. В 2007 году мир потреблял около 500 квадриллион БТЕ энергии и, как ожидается, увеличится на 1.4% в год. [1] Около 90% этой энергии было получено за счет ископаемого топлива. сгорания с типичным КПД 30-40%. Остальные 60-70% энергия была потеряна в окружающую среду через выхлопные газы автомобилей, промышленные процессы и многое другое. [2] Крайне желательно использовать отводимое тепло для повышения общей эффективности преобразования энергии. То энергия потерянного тепла может быть собрана и преобразована в электричество через термоэлектрический прибор.

    Что такое термоэлектрик?

    Термоэлектрики – твердотельные тепловые двигатели с свойства материалов, которые позволяют им преобразовывать отработанное тепло в электричество.Их фундаментальный принцип основан на носителях заряда: электроны в материалах N-типа и дырки в материалах P-типа имеют способность свободно перемещаться в металлах и полупроводниках. в при наличии градиента температуры носители заряда диффундируют от горячих к холодным, пока не установится равновесие между диффузионным потенциалом и потенциал электростатического отталкивания, приводящий к накоплению заряда носители, известные как эффект Зеебека. [3] Типичные термоэлектрические устройства состоят из чередующихся полупроводников P- и N-типа, соединенных электрически последовательно, а термически параллельно (рис.1). Это позволяет дырки и электроны текут в противоположных направлениях, образуя электрический ток для выработки электроэнергии. [4]

    КПД термоэлектрического устройства близко связанные со свойствами полупроводникового материала. В идеале хороший термоэлектрический прибор должен вести себя как «фононное стекло», минимизируя теплопроводность для поддержания высокого температурного градиента, но и как «электрический кристалл», максимизирующий электропроводность и Коэффициент Зеебека [3].Термоэлектрическая эффективность часто описывается его добротностью ZT, которая является безразмерной единицей в зависимости от коэффициента Зеебека (α), абсолютной температуры (T), электропроводность (σ) и теплопроводность (κ): [3]

    Рис. 2: Термоэлектрический КПД как функции ZT и температуры источника по сравнению с конкурентными тепловые двигатели. [7]

    Чтобы термоэлектрическое устройство было конкурентоспособным с текущими методами производства электроэнергии, которым он должен обладать на ZT отлично, чем 3.Однако за последние пять десятилетий комнатная температура ZT материалов с нашей наилучшей доступной технологией лишь немного увеличился с 0,6 до примерно 1,0. [5] Существуют материалы с «фононным стеклом». или свойства «электрического кристалла», однако получая оба этих одновременно является вызовом. Возникают вопросы, что Зеебек коэффициентом, а также свойствами тепло- и электропроводности. осуществляется потоком электронов, который проводит как тепло, так и заряд. Простое увеличение электропроводности одновременно с уменьшением коэффициент Зеебека и увеличивает теплопроводность, ограничивая потенциальное улучшение ZT для сыпучих материалов.Лучшее выступление материалы для оптимизации ZT, как правило, представляют собой сильно легированные полупроводники. [4]

    Современные термоэлектрические исследования исследуя новые материалы, чтобы независимо адаптировать эти свойства. Теоретические улучшения ZT существуют при развязке коэффициента Зеебека. от электропроводности с использованием инженерных гетероструктур и независимое снижение теплопроводности при высоком атомном весе и наноструктурные материалы. [3,5] Отчеты показывают, что как 100-кратное снижение теплопроводности кремниевых нанопроволок, тем самым открывая дверь для значительных улучшений в ZT.[2,6] Несмотря на все эти усилия, было только три сообщения о дает ZT больше 2, включая лучший ZT примерно 3,5 при 575 ° К. Переход от этих лабораторных результатов к собственно приборам не представляется вероятным в ближайшем будущем. [7]

    Термоэлектрический рынок

    К сожалению, термоэлектрический КПД (электрический мощность, производимая на отработанном тепле в) в настоящее время составляет лишь около 1/6 от максимальная эффективность Карно. Как показано на рис. 2, сравнение термоэлектрический КПД в зависимости от ZT и рабочего температура сравнивается с несколькими распространенными тепловыми двигателями.Для термоэлектрики борются с технологиями крупномасштабного производства энергии (> 1000 кВт), например, для солнечного теплового двигателя потребуется ZT от 8 до 20, что не может быть конкурентоспособным в любое время скоро. [7] Кроме того, помимо низкой эффективности, стоимость ватта мощность, генерируемая современными термоэлектриками, была относительно слишком высокой. даже помочь в крупномасштабном производстве энергии. [4]

    Рис.3: Влияние КПД на мощность размер поколения. [7]

    Хотя маловероятно, что термоэлектрический устройства будут играть роль в крупномасштабном производстве энергии, они действительно некоторые преимущества перед современными технологиями. Их твердотельная технология предлагает несколько больших преимуществ по сравнению с другими технологиями. Они производят электрическую энергию без движущихся частей, что делает их бесшумными и очень надежны, а также сокращают эксплуатацию, техническое обслуживание и потенциально капитальные затраты.Это позволяет размещать их в суровых или удаленные среды, где надежность оправдывает их более низкую эффективность и более высокие затраты [4]. Однако самым большим преимуществом, которое Преимуществом термоэлектрических устройств является их масштабируемость. Типичный уголь или другие механические двигатели значительно теряют эффективность, поскольку они уменьшены в размерах или уровне мощности, как схематично показано на рис. 3. Тем не менее, термоэлектрики сохраняют свою эффективность независимо от уровня мощности. даже на милливаттном уровне. Это приводит к точке пересечения, где термоэлектрические устройства на самом деле более эффективны.Увеличение ЗТ только расширит область применения термоэлектриков. более эффективным. [7]

    Рекуперация отработанного тепла автомобиля, по-видимому, наибольший потенциал для реализации термоэлектрических генераторов, улучшающих топливо экономики и сохранения природных ресурсов. [4] Внутреннее сгорание двигатель типичных транспортных средств довольно неэффективен, используя около 25% энергия, вырабатываемая в процессе сгорания топлива. [8] Остальное энергия теряется в виде отработанного тепла через трение, охлаждающую жидкость и выхлопные газы. газ.Около 40% можно собрать, так как он выходит из выпускного коллектора на средняя температура выше 600 °К. Термоэлектрический прибор с ZT 1.25 будет иметь КПД около 10% и может использоваться для генерации полезную мощность непосредственно на работу транспортного средства. [4] Это может увеличить эффективность использования топлива до 16%.

    Пассажирские перевозки в 2007 г. (5,75 х 10 19 джоулей, или 54,5 квадриллиона БТЕ) приходится примерно 30% всего мирового потребления жидкого топлива (1.92 х 10 20 джоулей, или 182,3 квадриллиона БТЕ) [1]. Ожидается, что к 2035 г. расход топлива на пассажирские перевозки увеличится до примерно 70,6 квадриллиона БТЕ [1]. Если бы каждое транспортное средство реализовало 10% эффективные термоэлектрические генераторы, это уменьшит пассажиропоток расход транспортного топлива на 16%. В будущем, если термоэлектрические смогли достичь ZT больше, чем 4 они должны были бы КПД около 30%, что сравнимо с солнечной энергией. Если бы это были установленные на каждом транспортном средстве, они приведут к 50% снижение расхода топлива пассажирским транспортом.

    Заключение

    Термоэлектрические генераторы — интригующий способ генерировать возобновляемую энергию непосредственно из отработанного тепла. Однако их эффективность ограничена из-за их тепловых и электрических свойств находясь в зависимости друг от друга. Тем не менее, их твердотельные масштабируемые технология делает их привлекательными и даже более эффективными в селективной Приложения. Внедрение термоэлектрических генераторов на выхлопных газах автомобилей коллекторы помогут снизить расход топлива, что, в свою очередь, поможет сохранить мировые природные ресурсы и сократить выбросы углерода.

    © Джеффри М. Вайс. Автор предоставляет разрешение копировать, распространять и отображать эту работу в неизменном виде, со ссылкой на автора, только в некоммерческих целях. Все другие права, включая коммерческие права, сохраняются за автор.

    Каталожные номера

    [1] International Energy Outlook 2010 , (США) Управление энергетической информации, 2010 г.).

    [2] А. И. Хохбаум, «Расширенный термоэлектрический Производительность необработанных кремниевых нанопроводов», Nature 451 , 163 (2007).

    [3] Г. Дж. Снайдер, «Сложные термоэлектрические материалы». Природные материалы 7 , 105 (2008).

    [4] Л. Э. Белл, «Охлаждение, обогрев, генерация энергии, и рекуперация отработанного тепла с помощью термоэлектрических систем», Science 321 , 1457 (2008 г.).

    [5] А. Маджумдар, «Термоэлектричество в полупроводниковых наноструктуры», Наука 303 , 777 (2004).

    [6] А. И. Букай, «Кремниевые нанопроволоки как эффективные Термоэлектрические материалы», Nature 451 , 168 (2008).

    [7] CB Vining, «Неудобная правда о Термоэлектрики», Nature Materials 8 , 83 (2009).

    .

    [8] С. Ю. «Термоэлектрические автомобильные отработанные тепловые электростанции. Восстановление энергии с использованием отслеживания точки максимальной мощности», «Преобразование энергии». и Управление 50 , 1506 (2009).

    Термоэлектрические генераторы, работающие на перегретом паре

    РЕКОМЕНДАЦИИ При выборе термоэлектрического прибора просим вас внимательно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации изделия и рекомендациями по его использованию.Это необходимое требование для долгосрочного и эффективного использования нашей продукции.

    Заказ товаров со склада

    ВНИМАНИЕ Все иностранные заказы требуют таможенного оформления, что приводит к дополнительным расходам. Точный размер этих затрат можно будет узнать только после поставки продукции. Для получения дополнительной информации обратитесь в региональное отделение DHL.

    КАК ЗАКАЗАТЬ Вы можете заказать доступные продукты на сайте.Выберите нужный товар, добавив его в корзину, заполните форму своими личными данными и отправьте ее. В ближайшее время мы отправим на Вашу электронную почту счет на оплату.

    ОПЛАТА 100% предоплата является обязательным условием отгрузки нашей продукции. Вы должны произвести оплату в соответствии с условиями в счете. Требуемые продукты будут зарезервированы на 5 дней, пока мы будем ждать вашего платежа.

    УСЛОВИЯ Ваш заказ будет готов к отправке в течение не более 10 рабочих дней после того, как мы получим ваш платеж на наш счет.Ориентировочный срок доставки до терминала DHL в Ваш регион — 4-6 дней.

    ДОСТАВКА Стоимость доставки определяется на этапе оформления заказа в корзину Стоимость доставки рассчитывается согласно тарифам DHL для доставки в регионы. Все налоги и сборы включены в стоимость доставки, за исключением предполагаемых расходов на таможенное оформление при получении в вашем регионе.

    ГАРАНТИЯ Гарантийный срок 12 месяцев с начала эксплуатации, но не более 18 месяцев с даты отгрузки.Средний срок службы термоэлектрических модулей составляет не менее 10 лет при соблюдении условий монтажа и эксплуатации. Гарантии не распространяются на изделия, вышедшие из строя из-за нарушений условий хранения, транспортировки, распаковки, сборки и эксплуатации.

    Заказ товара, которого нет в наличии

    ВНИМАНИЕ Все иностранные заказы требуют таможенного оформления, что приводит к дополнительным расходам. Точный размер этих затрат можно будет узнать только после поставки продукции.Для получения дополнительной информации обратитесь в региональное отделение DHL.

    КАК ЗАКАЗАТЬ Вы можете заказать любой товар, представленный на сайте, заполнив форму обратной связи, отправив нам письмо по электронной почте или по телефону +78125008997.

    ОПЛАТА 100% предоплата является обязательным условием отгрузки нашей продукции. Вы должны произвести оплату в соответствии с условиями в счете. Для постоянных клиентов возможна доставка с отсрочкой платежа.

    СРОКИ Срок поставки составит от 6 до 12 недель в зависимости от количества (минимальный заказ 100 штук) и дополнительных опций требуемого товара.Если необходимые продукты в настоящее время есть на складе, ваш заказ будет готов к отправке в течение не более 10 рабочих дней после того, как мы получим ваш платеж на наш счет.

    ДОСТАВКА Стоимость доставки определяется на этапе оформления заказа в корзину Стоимость доставки рассчитывается согласно тарифам DHL для доставки в регионы. Все налоги и сборы включены в стоимость доставки, за исключением предполагаемых расходов на таможенное оформление при получении в вашем регионе.

    ГАРАНТИЯ Гарантийный срок 12 месяцев с начала эксплуатации, но не более 18 месяцев с даты отгрузки. Средний срок службы термоэлектрических модулей составляет не менее 10 лет при соблюдении условий монтажа и эксплуатации. Гарантии не распространяются на изделия, вышедшие из строя из-за нарушений условий хранения, транспортировки, распаковки, сборки и эксплуатации.

     

    Разработка микротермоэлектрических генераторов высокой плотности мощности

    Аннотация

    Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) перспективны для утилизации отработанного тепла благодаря способности напрямую преобразовывать тепло в электричество.Несмотря на относительно низкую эффективность преобразования энергии, ТЭГ имеют множество преимуществ, включая высокую надежность, длительный срок службы и экологичность. В частности, по сравнению с обычными тепловыми двигателями ТЭГ компактны, масштабируемы и могут легко управляться небольшими перепадами температур. Потенциальные области применения ТЭГ включают тепловое зондирование, управление температурным режимом и сбор тепловой энергии для питания беспроводных датчиков и микроэлектронных устройств, таких как носимые медицинские датчики и наручные часы.В данной диссертации представлена ​​моя работа по разработке негибких и гибких микро-ТЭГ с высокой удельной мощностью для сбора тепловой энергии в окружающей среде. Микро-ТЭГ разрабатываются с использованием восходящего подхода, объединяющего процессы гальванического покрытия и микрообработки. Импульсное гальванопокрытие в основном применяется для осаждения термоэлектрических материалов при изготовлении устройств. Во-первых, я сотрудничал с доктором Чжоу в нашей лаборатории и систематически изучал влияние параметров осаждения на состав, микроструктуру и термоэлектрические свойства гальванических тонких пленок Bi2Te3 и Sb2 Te3.Мы продемонстрировали, что термоэлектрические свойства как пленок Bi2Te3, так и пленок Sb2Te3 можно улучшить, настроив соотношение между импульсами. После фундаментального исследования условий осаждения, морфологии и термоэлектрических свойств материалов с гальваническим покрытием мы изготовили кросс-плоскостной микро-ТЭГ с высокой плотностью мощности на подложке SiO2/Si путем интеграции импульсного гальванопокрытия с процессами микрообработки. Всего ТЭГ состоит из 127 пар термоэлектрических столбиков Bi2Te3 n-типа и Sb2Te3 p-типа, встроенных в матрицу SU-8 для повышения общей механической прочности устройства.Как нижнее, так и верхнее электрические соединения формируются гальванопокрытием, что выгодно из-за простоты и низкой стоимости изготовления и низкого паразитного электрического сопротивления. Прибор демонстрирует максимальную мощность 2990 мВт при разнице температур 52,5 К, что соответствует плотности мощности до 9,2 мВт/см2. Плотность мощности нашего устройства более чем в два раза превышает самое высокое значение, указанное в литературе для гальванических микро-ТЭГ, что можно объяснить низким внутренним сопротивлением и высокой плотностью упаковки термоэлектрических столбиков.Основываясь на моей работе над негибкими микро-ТЭГ, я дополнительно модифицировал процесс изготовления устройства и разработал сверхлегкий гибкий микро-ТЭГ с высокой удельной мощностью. Гибкий ТЭГ демонстрирует превосходную гибкость. После 600-кратного изгиба до кривизны всего 5 мм не наблюдалось явного изменения электрического сопротивления. Разработанный нами гибкий микро-ТЭГ демонстрирует максимальную мощность 1,5 мВт при перепаде температур 50,7 К, что соответствует плотности мощности 4,5 мВт/см2. Что еще более важно, гибкий ТЭГ является сверхлегким, и достигается беспрецедентно высокая мощность на единицу массы 60 мВт/г, что может быть выгодно для носимых технологий.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.