Термоэлектрический генератор
Содержание:
- Сфера применения
- ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
- Конструктивные особенности
- Термогенератор
- Кавитационный термогенератор работает следующим образом
- Устройство и принцип работы
- Выбор оборудования для частного дома
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
- Альтернативная замена отоплению или вынужденная мера
- Пути развития и повышения КПД
- Плюсы и минусы
- Термоэлектрический генератор
- Обзор моделей
- Классификация теплоэлектрогенератора
- Примечания
Сфера применения
В большинстве случаев теплогенераторы используют для обогрева помещений в зимний период времени. Причем это могут быть как жилые (квартиры, дома), так и подсобные помещения (склады, производственные цеха). Они незаменимы в тех местах, где площадь помещения велика. Не используя при работе теплоноситель, воздух, проходя через нагревательный элемент, распространяется по всей площади помещения. Искусственная вентиляция позволяет в кратчайшие сроки обогреть воздух и стены, как жилой комнаты, так и складского помещения.
Для бытового использования необходимы модели с небольшой и даже маленькой мощностью, поскольку для обогрева жилого пространства в 30 кв.м. потребуется всего 15-20 минут. Заводские помещения, склады и промышленные цеха, квадратура которых на порядок выше, требуют более мощных агрегатов. Промышленные теплогенераторы, питающиеся от сети, позволяют поддерживать комфортную температуру воздуха, а также производят нагрев очень быстро, чего не скажешь про газовые котлы или системы водяного отопления.
Также теплогенераторы популярны и широко используются в следующих ситуациях:
- на стройке;
- в теплицах;
- в торговых залах;
- для обогрева складов и подсобных помещений;
- в животноводстве для обогрева ферм;
- в промышленных цехах.
ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
К.т.н. Кусков Александр Иванович
ФГБНУ ВИЭСХ
Территория России огромна, а заселена не равномерно. Исходя из
этого, централизованно обеспечить электроэнергией отдельные анклавы
проживания населения и производств просто нереально и дорого.
Строили сверхмощные электростанции, тысячекилометровые ЛЭП, повышающие и понижающие подстанции и другие распределительные устройства.
Но, наступил новый порядок жизни. Затраты на энергообеспечение повысились. Оказалось, что для отдельных анклавов рассредоточенного проживания и работы населения, где отсутствует и не предвидится централизованное энергообеспечение, целесообразно иметь распределенное энергообеспечение. При этом организовывать распределенное энергообеспечение будет дешевле.
Основой распределенной генерации являются дизельные установки небольшой мощности. Но, в российской малой энергетике появились импортные микротурбинные установки (МТУ) как генераторные установки, которые при распределенном энергообеспечении пытаются конкурировать с дизельными.
Иностранные компании используют для этого имеющийся опыт и свои технические наработки. А из-за отсутствия российского опыта, своих технологий и технических средств российские заказчики вынуждены финансировать иностранные проекты и приобретать иностранные энергоустановки за хорошие деньги.
Когенерационная микротурбина Capstone Энергетический цикл микротурбин Capstone Схема работы микротурбины Когенерационная микро-турбинная установка с рекуператором тепла отходящих газов.
Её непременным атрибутом также является бойлер-утилизатор.
Конструктивные особенности
Главной особенностью конструкции теплогенератора является отсутствие теплоносителя, на который тратиться энергия, вырабатываемая генератором. Электрический теплогенератор состоит из следующих конструктивных частей:
- вентилятор – осуществляет циркуляцию воздуха;
- нагревательный элемент – состоит из тенов, соединенных между собой, которые подогревает воздух.
Внешний вид агрегата чаще всего представляется в виде турбины, которая при работе осуществляет циркуляцию и нагрев воздуха. Принцип работы достаточно прост: воздух при помощи лопастей вентилятора нагнетается и проходит через разогретые тены. После этого осуществляется естественная конвекция воздуха, позволяя обогреть помещение любой площади.
Существует множество моделей, напольных и подвесных, стационарных и передвижных, маломощных и промышленных. Конструктивные отличия в основном диктуются сферой применения.
Термогенератор
Соединительная трубка 19 предназначена для предохранения термогенератора от попадания в него горячего конденсата, образующегося в паровой импульсной трубке. Термостат и окружающая его ребристая рубашка установлены наклонно; верхний конец термостатной трубки соединен с паровым пространством, а нижний — с водяным пространством барабана котла, вследствие чего верхний конец термостатной трубки заполнен паром, а остальная часть — водой.
Применение каскадных термоэлементов позволяет улучшить характеристики солнечного термогенератора. При перепаде температуры 380 С КПД установки составляет 6 5 % при мощности генератора 200 Вт. Электрическая энергия используется для питания центробежного насоса.
Французская программа предусматривает разработку нескольких прототипов термогенераторов космического назначения на полонии-210 и стронции-90. Комиссариатом по атомной энергии Франции организованы работы по получению радиоактивных изотопов из продуктов деления урана применительно к производству генераторов космического назначения.
Термистор — см. Термосопротивление Термическая плазма 40 Термогенератор полупроводниковый 250 Термодинамика растворов 513 Термодинамические функции, статистич.
АН СССР был создан первый в мире термогенератор на полупроводниках. СССР созданы научные основы разработки и применения полупроводниковых термогенераторов.
Характеристики термогенератора.| Диаграмма распределения тепловых потоков в термогенераторе. |
Следует отметить, что напряжение на клеммах термогенератора и его мощность, как и для обычного электрического генератора, изменяются с изменением силы тока / или нагрузки R на генератор.
Полупроводниковая термопара. а — включение в режиме термогенератора. б — включение с внешним источником питания. в — тепловая характеристика. г — ВАХ.| Структура кремниевого фотоэлеме нта. |
Термопара может использоваться в двух режимах: термогенератора и теплового насоса. При наличии перепада температур & Т — Тт-Ti возникает термо — ЭДС Е а ( Тг — — Гх), где а — — коэффициент термо — ЭДС; Тг, Т — температуры горячего и холодного спаев.
Зависимость ТЭДС Т1Те от температуры. |
Использование ядерных источников тепла в сочетании с термогенератором налагает на термоэлектрический материал некоторые условия, определяемые действием ядерных излучений на вещество.
Однако имея большое сходство с обычным теплообменником, термогенератор отличается от него тем, что при неизменных параметрах теплоносителей его тепловое сопротивление и тепловой поток могут меняться при изменении электрической нагрузки. Перепад температур на спаях термоэлементов зависит не только от перепада температур между теплоносителями, но и от отношения тепловых сопротивлений конструкции RK и полупроводникового слоя Ry, Величина kT, входящего в Ry, зависит от электрического режима работы ТЭГ.
Совершенно ясна нецелесообразность их применения в сочетании с термогенератором из-за большой потери в них мощности. Изготовление термобатарей для непосредственного питания анодных цепей на напряжении порядка 100 — 130 в сопряжено с большими технологическими трудностями. Для такой батареи необходимо последовательно соединить несколько тысяч термоэлементов очень малого сечения.
Вследствие указанных ограничений количество пригодных для использования в термогенераторе изотопов невелико ( табл. X. Дополнительные ограничения на возможность применения изотопов накладывают их температурная и химическая стойкость и выделение газов при радиоактивном распаде.
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, 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.
Кавитационный термогенератор работает следующим образом
Насос 2 подает жидкость (воду) под избыточным давлением в циклон 1 по каналу, выполненному по спирали (например, по спирали Архимеда). Канал, обращенный во внутреннюю полость по касательной к ее цилиндрической поверхности, закручивает поток и направляет его одновременно по спирали к торцевой стенке камеры. Потоку в периферийной зоне сообщается значительная кинетическая энергия и он частично нагревается за счет трения о стенку корпуса 3. Обладая большой кинетической энергией, закрученный поток образует на внутренней поверхности дна корпуса 3 водоворотную зону с пониженным давлением в центре. Это разрежение давления в жидкости является необходимым условием для зарождения в ней множества кавитационных пузырьков. Понижение давления в центре у отверстия 5 способствует эжекции через него вспомогательного потока жидкости из бака 6. В зависимости от скорости потока и диаметра отверстия происходит дополнительно образование кавитационных пузырьков.
На границе взаимодействия основного и вспомогательного потоков (граница, согласно чертежу, имеет поверхность усеченного конуса), имеющих различную скорость и давление, возникает образование и дальнейшее схлопывание кавитационных пузырьков, кинетическая энергия переходит в тепловую, что приводит к интенсивному нагреву жидкости. При этом наличие кольцевого тормозного элемента 9 на выходном сопле 4, соотношение его геометрических размеров позволяют стабилизировать рабочий процесс и компенсировать потерю скорости выходящего потока жидкости. Нагретая жидкость из бака 6 поступает потребителю на нагрузку 7, откуда по всасывающей линии после потери части тепловой энергии насосом возвращается в циклон 1.
Создание кавитирующей зоны в приосевом потоке и сохранение высокой скорости движения жидкости вдоль его оси за счет прямоточной конструкции позволило повысить эффективность его работы (теплоотдачу). Одновременно с этим кавитирующая зона была смещена в приосевой поток, что позволило существенно уменьшить вредное влияние (эрозию) кавитации на элементы термогенератора. Кроме того, предлагаемый термогенератор прост по своей конструкции, компактен, обладает малой массой и технологичен в изготовлении.
Перечень позиций к заявке «Кавитационный термогенератор»
1 — циклон
2 — насос центробежный
3 — корпус
4 — сопло выходное
5 — отверстие (для эжекции вспомогательного потока)
6 — бак-накопитель (для горячей воды)
7 — нагрузка
8 — рабочий объем
9 — элемент тормозной
Устройство и принцип работы
Газовый теплогенератор для воздушного отопления выступает в качестве нагревателя теплоносителя системы, и устроен следующим образом:
- Вентилятор, захватывает холодный воздух и пускает его дальше, к горелкам.
- Газовые горелки — в них топливо сгорает и дает огонь в камеру сгорания.
- Камера сгорания позволяет сохранить полученное от предыдущего этапа тепло и пустить его дальше.
- Теплообменник — сюда поступает тепло и холод, тут происходит основной и самый сложный процесс для обогревания помещения. За счет пересечения с холодным воздухом не страдает камера горения, а воздух из камеры выходит уже приятной температуры, кроме того, он там еще на некоторое время оседает в случае, если внешний холодный воздух таковым не является и имеет схожую температуру.
- Воздуховод — система ввода-вывода нагретого воздуха из теплообменника.
Устройство и принцип работы газового теплогенератора
И только на первый взгляд система строения теплогенератора системы отопления кажется сложной, на деле же она разделяется на три простых этапа:
- Холодный воздух с улицы или помещения, в зависимости от системы, попадает в механизм.
- В камере для сгорания происходит естественная физическая реакция в результате чего выделяется большое количество тепла.
- Пробирается по воздуховоду с учетом разницы обогрева и выплескивает свое тепло в пространство — это последний этап обогрева, и именно за счет него происходит отопление помещения, обогрев гаража и т. д.
Стоит отметить, что воздушную систему отопления дома делает более выгодной и использование воздуха, вместо воды или масла. Так как этот механизм не нужно дополнительно обрабатывать, прочищать и заменять детали, ибо портить его нечему.
Также, немаловажным фактом является и то, что в случае прорыва воздухоносной трубы, ничего внутри помещения не пострадает, так как это всего лишь воздух, при том не обжигающий и не горячий.
Выбор оборудования для частного дома
Бываю случаи, когда владельцы домов самостоятельно пытаются определить, какое же оборудование для воздушного отопления дома необходимо для их отопительной системы. К сожалению, незнание отдельных правил и несоблюдение требований приводит к тому, что приобретается недостаточно мощное оборудование – и тогда система работает некачественно.
Стационарный газовый теплогенератор
Для того чтобы подобрать наиболее подходящую модель нагревателя, требуется высчитать такой показатель, как наименьшая мощность, необходимая для качественного прогрева имеющегося помещения. Чтобы определить теплоемкость помещения, следует воспользоваться формулой
Р=VхΔTхk/860
В ней V (м3) — это номинальная площадь здания. ΔT (°C) – разница, между температурой внутри здания и вне его. k- показатель теплоизоляции здания. В случае если он неизвестен, данную информацию можно получить из специального справочника. 860 – коэффициент, который позволяет килокалорий в киловатты.
Пример
Рассчитаем, какое оборудование необходимо для отапливания частного дома, площадь которого 100 м2. При этом известны такие показатели – высота потолка – 3 м, требуемая температура в помещении 20 °C, а температура воздуха на улице -20°C. Здание сложено из ряда кирпича, то есть коэффициент k= 2,3. Производим расчеты по указанной формуле:
Р = 100x3x40x2,3/860 = 32,09 кВт
В соответствии с полученным показателем мощности и подбираем наиболее подходящую модель теплогенератора. Для того чтобы узнать мощность той или иной модели, достаточно просто внимательно просмотреть характеристики устройства.
Для этого используется система вентиляции, выполняющая одновременно несколько функций. Прежде всего, с ее помощью происходит всасывание кислорода, необходимого для поддержания процесса горения топлива, в систему. Кроме того, вентиляционная система способствует быстрому отводу излишков горения и углекислого газа, используя воздушный клапан для системы отопления.
Система вентиляции и воздушного отопления
Для наиболее безопасной работы системы рекомендуется следить за тем, чтоб уровень чистого воздуха в вентиляционной системе не опускался ниже показателя в 17-20%. Техника безопасности (равно, как и санитарные нормы) требует, чтоб на 1 кВт мощности нагревательного элемента приходилось 30 м3 нагнетаемого воздуха.
Так, на 1 кВт мощности должно приходится 0,003 м2 площади отверстия. В случае если нет возможности создания вентиляционной системы, в помещениях должны быть постоянно открыты окна и форточки. При этом их площадь должна составлять не менее 1 м2на 10кВт мощности теплогенератора.
Примеры коэффициентов теплоизоляции:
- 2-2,9 – обычная конструкция (один слой кирпича);
- 3-4 – профилированный лист или деревянные панели;
- 1-1,9 – двойной слой кирпича;
- 0,6-0,9 – современные дома, качественные стены и новые окна.
Можно с уверенностью сказать, что применение газовых теплогенераторов в современных воздушных отопительных системах – прекрасное, экономичное и высокоэффективное решение. Надежность такого оборудования, наряду с простотой эксплуатации и высокой безопасностью, делает использование газовых теплогенераторов допустимым как для жилых домов, так и для больших промышленных помещений.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Термогенератор, содержащий теплосъемное устройство с грунтовым трубопроводом, воздушным теплообменником, циркуляционным насосом, датчиками температур, вентилями и трубопроводами, золотниковым переключателем потока теплоносителя, отличающийся тем, что теплосъемное устройство термогенератора содержит солнечный коллектор, состоящий из двойного остекления, утеплителя, лучепоглощающей поверхности, солнечного нагревателя, термогенератор снабжен двигательным механизмом, содержащим утепленный сравнительный силовой гидробак с рабочей жидкостью, гидроцилиндры, соединенные между собой последовательно в группу, суммарное передвижение штоков которых передается на общий вал, содержащий рычажно-храповой механизм, соединенный с цепной передачей и зубчатой передачей первого передаточного механизма, содержащего повышающую число оборотов зубчатую передачу, накопительным механизмом, состоящим из грузовых элементов, вращающихся независимо на одной оси, подвижных храповых колес, неподвижного храпового колеса, вторым передаточным механизмом, состоящим из упругой муфты на входном валу, повышающей число оборотов зубчатой передачи, центробежной муфты, ременной передачи, исполнительным механизмом, состоящим из генератора и блока контрольного и зарядного, механизмом, переключающим поток жидкости, состоящим из следящего гидропривода с силовыми гидробаками, автоматически корректирующими момент переключения в зависимости от установившейся природной разности температур, штанги с упорами и пружинами, устройством автоматического управления работой электрических блоков термогенератора, состоящим из устройства визуального контроля и ввода заданных параметров, блока анализа природных температур и положений гидрораспределителей, программного блока, блока автоматического управления, контрольного блока вводных параметров и нагрузки инвертором и аккумуляторной батареей.
2. Термогенератор по п.1, отличающийся тем, что вращательное движение от двигательного механизма передается непосредственно через повышающую число оборотов зубчатую передачу и ременную передачу на исполнительный механизм, например генератор электрического тока, и штоки гидроцилиндров двигательного механизма, соединенные последовательно с цилиндрами других гидроцилиндров, при этом цилиндр первого гидроцилиндра закреплен со станиной, а шток последнего гидроцилиндра соединен с подвижным звеном, который при этом перемещается на величину суммарного перемещения всех штоков, а результатом такого перемещения может быть знакопеременное вращательное движение приводного вала или знакопеременное поступательное движение цепи или зубчатой рейки, в механизме, переключающем поток жидкости, имеются компенсационные пружины, и положение всего переключающего механизма изменяется автоматически при одновременном автоматическом переключении гидрораспределителей с помощью следящих гидроцилиндров, при этом поток теплоносителя, проходящий через воздушный теплообменник, меняет свое направление и проходит через солнечный нагреватель, в котором установлен силовой гидробак.
3. Термогенератор по п.1, отличающийся тем, что в гидроцилиндрах имеется подвижная опора в виде поршня, которая имеет отверстия, соединяющие полости в цилиндре над опорой и под ней.
4. Термогенератор по п.1, отличающийся тем, что шток выполнен телескопическим, причем внутренняя часть штока закреплена одним концом к цилиндру, а внутри второй части штока имеется уплотнение.
5. Термогенератор по п.1, отличающийся тем, что для привода циркуляционного насоса использована механическая энергия термогенератора, а в периоды времени отсутствия механической энергии циркуляционный насос приводится в движение электрическим двигателем, причем необходимые команды на включение и выключение подает специальный следящий механизм, содержащий тахогенератор, блок автоматического управления, мультипликатор, обгонную муфту и маховик, причем обгонная муфта осуществляет механическое разъединение работающего электродвигателя с циркуляционным насосом от других механизмов.
6. Термогенератор по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде отдельно стоящего здания, а теплосъемное устройство расположено на конструкциях этого здания и в прилегающем грунте.
Альтернативная замена отоплению или вынужденная мера
С момента эксплуатации теплогенераторов появились как сторонники такого способа обогрева, так и ярые противники. Вызвано это неоднозначностью самого прибора, который с одной стороны, простой, легкий и быстрый, а с другой – довольно дорогостоящий (так как питается от электричества, которое в несколько раз дороже газа). Изначально планировалось, что теплогенераторы будут использоваться в ангарах и крупногабаритных помещениях, которые нужно быстро обогреть. Хотя за последние 5 лет теплогенераторы нашли себя в полноценной системе отопления, постепенно вытесняя водяное и газовое отопление из-за их дороговизны монтажа и самого оборудования.
Рентабельность использования теплогенератора в качестве основного источника отопления появляется только в том случае, когда:
- нет альтернативы;
- большая квадратура отапливаемого помещения;
- требуется обогреть помещение быстро.
Некоторые фирмы и компании, которые не имеют газового снабжения, разрабатывают систему отопления от теплогенераторов, которые располагаются в подсобном помещении (обычно цокольный этаж). Теплый воздух перемещается по специальным воздуховодам, которые подведены к каждой комнате.
Это удобно и практично, нежели использовать обогреватель или конвектор в каждой комнате.
Пути развития и повышения КПД
- Эффективный и совместимый с теплообменником .
- Расширение использования высококачественной керамики в конструкции ТЭГ.
- Унификация узлов, приспособленных для разных случаев применения.
- Предельное повышение энергоплотности ТЭГов до уровня автомобильных и авиационных двигателей и выше.
Типы термоэлектрогенераторов и основных составляющих генераторных узлов | 1965 год. | 1970 год. | 1975 год. | 1980 год. | Карно. |
---|---|---|---|---|---|
Солнечная энергия без концентрации | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,92 | 0,96 |
Солнечная энергия с концентрацией | 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,8 | 0,9 |
Газовые горелки | 0,5 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,8 |
Газовые топки | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,92 |
0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1,00 | |
Атомные реакторы | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,95 | 1,00 |
Низкотемпературные | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,12 | 0,5 |
Среднетемпературные | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,35 |
Высокотемпературные | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,23 |
Каскадные | 0,12 | 0,14 | 0,18 | 0,20 | 0,77 |
Коммутация термоэлектрических батарей | 0,9 | 0,93 | 0,95 | 0,98 | 0,99 |
Изоляция термоэлектрических батарей | 0,9 | 0,92 | 0,95 | 0,97 | 1,00 |
Тепловой контакт | 0,9 | 0,93 | 0,95 | 0,97 | 0,99 |
0,9 | 0,92 | 0,93 | 0,94 | 0,98 | |
Охлаждающее оребрение наземное | 0,55 | 0,6 | |||
Охлаждающее оребрение космическое | 0,8 | 0,85 | |||
Солнечный космический термоэлектрогенератор без концентратора | 0,016 | 0,025 | 0,035 | 0,045 | 0,16 |
Солнечный космический термоэлектрогенератор с концентратором | 0,017 | 0,029 | 0,043 | 0,061 | 0,25 |
Солнечный наземный термоэлектрогенератор с концентратором | 0,029 | 0,044 | 0,088 | 0,145 | 0,59 |
Газовый термоэлектрогенератор с оребрением | 0,013 | 0,023 | 0,030 | 0,043 | 0,20 |
Газовый термоэлектрогенератор с теплоносителем | 0,02 | 0,035 | 0,073 | 0,175 | 0,57 |
0,021 | 0,032 | 0,049 | 0,12 | 0,36 | |
0,032 | 0,075 | 0,129 | 0,24 | 0,71 | |
Реакторный космический термоэлектрогенератор | 0,016 | 0,023 | 0,044 | 0,113 | 0,36 |
Реакторный наземный термоэлектрогенератор | 0,03 | 0,047 | 0,121 | 0,24 | 0,71 |
Термоэлектрогенератор типа парового котла | 0,226 | 0,66 |
Примечание: Коэффициент Карно = 1 соответствует 100 %.
Из таблицы заметен существенный рост КПД, связанный прежде всего с тщательным совершенствованием технологий изготовления материалов, рациональным исполнением конструкций, развитием материаловедения в области .
Плюсы и минусы
В сравнении с другими теплогенераторами, кавитационные агрегаты отличаются рядом преимуществ и недостатков.
К плюсам таких устройств следует отнести:
- Куда более эффективный механизм получения тепловой энергии;
- Расходует значительно меньше ресурсов, чем топливные генераторы;
- Может применяться для обогрева как маломощных, так и крупных потребителей;
- Полностью экологичен – не выделяет в окружающую среду вредных веществ во время работы.
К недостаткам кавитационных теплогенераторов следует отнести:
Сравнительно большие габариты – электрические и топливные модели имеют куда меньшие размеры, что немаловажно при установке в уже эксплуатируемом помещении;
Большая шумность за счет работы водяного насоса и самого кавитационного элемента, что затрудняет его установку в бытовых помещениях;
Неэффективное соотношение мощности и производительности для помещений с малой квадратурой (до 60м2 выгоднее использовать установку на газу, жидком топливе или эквивалентной электрической мощности с нагревательным тэном).\
Термоэлектрический генератор
Термоэлектрогенератор — устройство предназначено для непосредственного преобразования тепла в электрическую энергию . Принцип его действия основан на эффекте Зеебека — явлении возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между которыми находятся при разных температурах.
Рис. 2.3
Рис. 2.4
Современный термогенератор изготавливают из полупроводников. В полупроводниках кинетическая энергия теплового движения свободных электронов увеличивается пропорционально абсолютной температуре. Отсюда следует, что если в полупроводнике создать разность температур, то на горячем конце концентрация свободных электронов увеличится. Поэтому в полупроводнике начнется перемещение их (диффузия) в направлении от горячего конца к холодному; холодный конец полупроводника зарядится отрицательно, а горячий — положительно, поскольку он теряет часть электронов, переходящих к холодному концу (Рис. 2.4). В результате появится разность потенциалов между концами полупроводника. В дырочном полупроводнике горячий конец, наоборот, заряжает отрицательно а холодный — положительно. Процесс диффузии зарядов, вызванный наличием градиента температуры, будет продолжаться до тех пор, пока
возникшая разность потенциалов не будет компенсировать этот диффузионный поток электрическим током обратного направления. Это равновесие и определит возникшую термоэлектродвижущей силу.
Как правило, полупроводниковый термоэлемент состоит из двух полупроводников различного типа, соединенных металлической пластинкой (Рис. 2.5).
Рис. 2.5
В месте соединения полупроводники нагреваются, а другие концы их охлаждаются воздухом или другим способом и являются полюсами термоэлемента, в которых сочетается внешнюю цепь. С термоэлементов составляют термоэлектрические батареи.
Величина термоэлектродвижущей силы полупроводникового термоэлемента определяется по формуле о = (б1 + б2) (Т1-Т2), где о — термоэлектродвижущей сила, возникающая в городе соединения двух проводников, а б1, и б 2 — термоэлектродвижущей силы в каждом полупроводнике при разности температур на его концах 1 °С. Обычно один термоэлемент не может обеспечить достаточной электрической мощности. Поэтому современные термоэлектрические модули соединяют «змейчатым» способом и размещают в защитном корпусе Рис. 2.6.
Рис. 2.6
Рис. 2.7
Сам прибор в вертикальном разрезе должен иметь вид изображенный на рис. 2.6.
Он имеет вид цепи, звеньями которого являются термоэлектрический модуль китайского производства PELTIER2 (Рис. 2.7) размером 40х40 мм, рассчитанный на производство тока 6А при напряжении 15В, если разница температур между горячим и холодным спаями составляет 200 ° С.
Для увеличения силы тока модули имеют параллельное подключение. Звенья цепи механически соединены между собой скобой металлическими скобами.
Рис. 2.8
Из рисунка 2.9 видно, что генератор будет одеваться на выхлопную трубу.
Рис. 2.9
В разных автомобилей трубы глушителя имеют разный диаметр. Обычно максимальный диаметр труб 35 мм. Поэтому внутренний диаметр нашей насадки будет 40 мм. Полость между насадкой глушителем будет заполняться песком, так как он обладает высокой теплопроводностью, и затыкаться асбестовыми пробками, устойчивых к высоким температурам.
К устройству можно добавить охлаждающие пластины. Роль охлаждающих пластин состоит в следующем. Как нам ясно из формул раздела 2.1, теплоотдача напрямую зависит от площади поверхности по которой она осуществляется. Таким образом увеличив площадь поверхности теплоотдачи, мы снизим температуру холодного спая, приближая ее к температуре среды. Это и является одной из самых главных условий эффективности термогенератор, разница температур. На проводники что соединять генератор с электрическим оборудованием автомобиля будет установлен диод, который будет предотвращать разряда аккумулятора через генератор в то время когда система выключена. Такая разрядка возможна благодаря эффекту Пельтье, который является обратным эффекту Зеебека.
Таким образом, можно создать термогенератор который будет питать автомобильный аккумулятор и бортовую систему автомобиля.
Обзор моделей
Рассмотрим модели теплогенераторов, рассчитанных как на промышленное использование, так и на бытовое. Как уже говорилось выше, бытовые модели маломощны, а также имеют компактные габариты. Среди наиболее привлекательных и бюджетных можно выделить следующие:
- Луч-1200 – отечественный теплогенератор электрического типа, мощностью 1,2 кВт. Идеален для дома и квартиры, позволяя обогреть за 1 час до 120 кв.м. свободной площади. Масса устройства – 25 кг, в наличии имеется специальная конструкция, позволяющая самостоятельно регулировать направление потока нагретого воздуха. Его цена – 10 000 рублей.
- Industrial craft – используется в промышленности, для обогрева площади до 300 кв.м. Стационарный, в комплекте имеется подставка, позволяющая его транспортировать. Стоимость агрегата около 15 000 рублей.
- ТГК-2 – кавитационный теплогенератор, предназначенный для обогрева ангаров, теплиц и подсобных помещений, площадью более 300 кв.м. Купить его можно только на заказ, стоимость более 18 000 рублей.
- Master-2 – универсальный теплогенератор, который может использоваться как в быту, так и для обогрева подсобных помещений производства. В народе именуется «тепловой пушкой». Способен выдавать мощность около 2-3 кВт, что позволяет обогревать 25-50 кв.м. площади.
- Bora-2AM – компактный и удобный, легко транспортируется в руках. Имеет несколько вариантов крепления. Отличается длительным сроком эксплуатации, а также наличием гарантийного талона минимум на 2 года бесплатного обслуживания.
Кавитационный теплогенератор показан на видео
Подводя итог, можно отметить, что электрические теплогенераторы – это отличный способ обогрева, однако в некоторых случаях высокая стоимость электричества делает его использование нерентабельным.
Если же нет альтернативных способов отопления, агрегат пригодиться, обогрев любые площади в кратчайшие сроки. При этом, он полностью безопасен и экологически не токсичен, что позволяет использовать его дома и в местах нахождения людей. Отсутствие теплоносителя увеличивает КПД, доводя его до 100%, чем не может похвастаться ни один вид отопительной системы на твердом и жидком топливе. Разнообразие моделей и торговых марок дает возможность подобрать агрегат на все случаи жизни, будь-то квартира или офис, либо складское помещение.
Классификация теплоэлектрогенератора
Теплоэлектрогенераторы — полностью автоматизированные машины, собранные в единый контейнер, в основе которых — электрогенератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания.
Электрический генератор — это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.
Электрогенераторы в зависимости от вида преобразующейся энергии делятся на :
термоэлектрические (преобразуют тепловую энергию в электрическую);
электромеханические (механическая работа преобразуется в электрическую энергию);
химические источники тока (энергия протекающих химических реакций превращается в электрическую);
фотоэлемент (преобразует энергию фотонов в электрическую энергию);
магнитогидро(газо)динамические генераторы (энергия рабочего тела движущегося в магнитном поле, преобразуется в электрическую энергию).
Термоэлектрогенератор — это техническое устройство (электрический генератор), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).
Выделяют следующие типы применяемых термоэлектрогенераторов:
Топливные: тепло от сжигания топлива (природный газ, нефть, уголь) и тепло от горения пиротехнических составов (шашек).
Радиоизотопные: тепло от распада изотопов (распад не контролируется и работа определяется периодом полураспада).
Атомные: тепло атомного реактора (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), как правило, здесь термоэлектрогенератор — вторая и третья ступень преобразования.
Солнечные: тепло от солнечных коллекторов (зеркала, линзы, тепловые трубы).
Утилизационные: Тепло из любых источников, выделяющих сбросное тепло (выхлопные и печные газы и др).
Термоэлектрогенераторы подразделяются:
а) по интервалу рабочих температур — на низко-, средне — и высокотемпературные (диапазоны температур 20—300;300-600;600—1000 о С);
б) по области применения — на космические, морские, наземные и т. д.;
в) по типу источника тепла — на изотопные, солнечные, газовые и т. д.
Примечания
- Тимошенко, Алексей . gzt.ru (16 сентября 2010). Дата обращения 22 октября 2010.
- . Lenta.ru (26 июля 2010). Дата обращения 8 ноября 2010.
- (англ.). Oak Ridge Associated Universities (23 марта 2009). Дата обращения 15 января 2011.
- Bayles, John J.; Taylor, Douglas. (англ.). Department of Defense (1970). Дата обращения 15 января 2011.
- ↑
- (недоступная ссылка). Дата обращения 7 декабря 2014.
- ↑
- ↑
- ↑ А. Криворучек. . Известия (23 августа 2013). Дата обращения 15 сентября 2013.
- Р. Алимов. . НКО «Беллона» (2 апреля 2005). Дата обращения 5 июля 2013.
- ↑
- . Regnum (13 сентября 2007). Дата обращения 25 мая 2013.
- (недоступная ссылка). Администрация Чаунского муниципального района (28 мая 2012). Дата обращения 8 июля 2013.
- В. Литовка. (недоступная ссылка). информационный бюллетень «Кайра-вестник» (№4, сентябрь 2002). Дата обращения 15 сентября 2013.
- Алексей Рамм, Роман Крецул, Алексей Козаченко. . Известия (15 августа 2019). Дата обращения 17 августа 2019.