Термоэлектрогенераторы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Термоэлектрический генератор - устройство для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. Термоэлектрических генераторов изготовляют на основе термоэлементов. Наиболее эффективны термогенераторы с использованием сложных полупроводниковых соединений; их мощность может достигать нескольких десятков ВТ, кпд - 20% (при перепаде температур горячих и холодных спаев термоэлементов - около 1000 К). Т.г. особенно эффективны при использовании тепла, выделяющегося при работе ракетных двигателей, ядерных реакторов, доменных печей и др.

Термоэлектрогенератор предназначен для питания различной радиоаппаратуры, средств связи, освещения и подзарядки аккумуляторов. Преобразует тепло бытовых источников (керогаза, примуса, газовой горелки, печки, костра) в электрическую энергию.

1. Термоэлектрогенераторы на твердом топливе

ТЭГ, работающий на древесном угле и охлаждаемый водой или воздухом. Конструктивная схема показана на рис. 7.3. Их основные характеристики указаны в табл. 7.1.

Рис.7.3. Конструктивная схема термоэлектрогенератора на твердом топливе

Таблица 7.1. Характеристики ТЭГ на древесном угле

ТЭГ с нагревом горячих спаев за счет сжигания древесного угля и охлаждением холодных спаев кипящей водой (см. рис. 7.4, 7.5) имеет чугунную топку 6, в которой происходит горение угля, загружаемого в бункер 4 через горловину 1. Продукты сгорания уходят через трубу 2. В пространстве между внутренним кожухом 3 и наружным кожухом 5 находится кипящая вода, которая поддерживает температуру холодных спаев ТЭЭЛ около 100°C. Термоэлементы 8 электрически изолированы от конструкции установки тонкими слоями слюды. Тепловой контакт между кожухом 3 и ТЭЭЛ осуществляется легкоплавким сплавом, залитым между ними.

Рис.7.4. ТЭГ с водяным охлаждением: 1 - горловина бункера; 2 - дымовая труба; 3 - внутренний кожух; 4 - бункер для топлива; 5 - наружный кожух: 6 - топка; 7 - чугунный корпус топки; в - ТЭЭЛ; 9 - вывод тока; 10 - зольник; 11 - чугунный коллектор охлаждения; 12 - кольцевая полость для воды

В ТЭГ имеются две независимо работающие батареи ТЭЭЛ: одна для питания цепей накала, другая - для питания (с помощью вибропреобразователя) анодных и сеточных цепей. Недостатки такого ТЭЭЛ: сложность осуществления теплового контакта между ТЭЭЛ и холодильником, наличие кипящей воды и трудность управления угольной топкой.

Рис.7.5. ТЭГ с воздушным охлаждением: 1 - заслонка в дымовой трубе; 2 - люк для засыпки топлива; 3 - наружный кожух бункера; 4  - внутренний кожух бункера; 5 - стержень для рыхления топлива; 6 - ребро воздушного охлаждения; 7 - уплотнение между бункером и топкой; 8 - коллектор охлаждения ТЭЭЛ; 9 - ТЭЭЛ; 10 - холодный контактный слой; 11 - вывод тока: 12 - низ топки (зольник)

ТЭГ на дровах и угле

Дальнейшее развитие ТЭГ на твердом топливе привело к созданию еще нескольких моделей более крупных ТЭГ мощностью до 500 Вт и более. Эти агрегаты представляли собой печи, использующие уголь или дрова, с термобатареями, вмонтированными в стенки.

В качестве примера приведем генераторы, разработанные для Дальнего Севера на 200 и 500 Вт, работающие на любом топливе - дровах, угле, нефти. Генератор мощностью 200 Вт потреблял около 2 кг дров за 1 ч.

Он предназначался для получения электроэнергии, горячей воды или пара, используемых в животноводстве. Однако работа ТЭГ на угле неустойчива из-за трудностей обеспечения равномерной подачи топлива. Очередной пуск ТЭГ требовал предварительной чистки топки, выход на мощность занимал много времени и т.п. Поэтому дальнейшее развитие ТЭГ пошло по пути использования жидкого топлива.

Промежуточные ТЭГ на твердом и жидком, топливе

Преимущества жидкого топлива вызвали появление промежуточных конструкций, пригодных для работы, как на жидком, так и на твердом топливе. К таким конструкциям относится показанная на рис. 7.6 схема установки ТЭГ по американскому патенту.

Рис.7. 6. Схема ТЭГ по американскому патенту: 1 - холодные концы ТЭЭЛ; 2 - горячие концы ТЭЭЛ; 3 - изоляционные диски из фибергласа; 4 - спиртовая лампа; 5 - стойка треножника; 6 - корпус из бакелита

Здесь 145 термоэлектрических элементов из проволоки диаметром 0,5 мм заделаны холодными концами в дно бакелитового стакана диаметром 5 см, поддерживаемого треножником. Горячие концы элементов нагреваются пламенем обычной спиртовой горелки. Одна ветвь ТЭЭЛ из константана, другая - из сплава никеля (91%) с молибденом (9%). Выходное напряжение генератора 6 В.

Эта схема очень напоминает схему ТЭГ-1, но в другом конструктивном исполнении: с металлическими ТЭЭЛ и заменой костра спиртовой горелкой.

2. Термоэлектрогенераторы на жидком топливе

ТЭГ на керосине типа ТГК-1, ТГК-3 и ТГК-2-2-ТЭГ на керосине основаны на применении в качестве источника тепла обычных осветительных керосиновых ламп и наряду с получением электроэнергии являются источниками света. Конструктивные схемы ТГК-1, ТГК-3 и ТГК-2-2 одинаковы: раскаленные продукты сгорания керосина нагревают горячие спаи ТЭЭЛ из SbZn и константана, холодные спаи имеют ребра воздушного охлаждения. Мощность ТГК-1 около 1,6 Вт, ТГК-3 около 3 Вт. Основные характеристики ТГК-3 указаны в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Рис.7.7. Тепловая труба- ТЭГ ТГК-3.1 - рассеиватель горячих газов, 2 - труба для вывода продуктов сгорания; 3 - ребра охлаждения; 4 - клеммовая колодка; 5 - цепи; 6 - труба с ребрами для нагрева ТЭЭЛ;7 - ламповое стекло; 8 - резервуар для керосина; 9 - нижний держатель лампы

На рис. 7.7 показан генератор ТГК-3, который по своей основной конструктивной схеме мало отличается от ТГК-1, но имеет большую мощность. В этом ТЭГ применена 20-линейная кругло-фитильная керосиновая лампа 8 и 7, а металлическая тепловая труба. 2 и 6, показанная на рис. 7.7, имеет 14 граней для ТЭЭЛ. Каждый блок ТЭЭЛ охлаждается одним самостоятельным двойным ребром 3, как и в ТГК-1. Высота ТГК-3 от нижнего среза лампы 8 до кольца 1 около 1 м, диаметр радиатора 300 мм. Однократной заправки лампы хватает примерно на 10 ч работы.

Генерируемой ТГК-3 энергии вполне достаточно для питания различных радиоприемников и других устройств, потребляющих напряжение 1 - 2 В при токе 0,3 - 0,5 А и напряжение 90 - 120 В при токе 8 - 11 мА.

3. ТЭГ на газообразном топливе

Использование газа упрощает регулирование подводимого тепла (легко осуществляется регулированием давления газа в горелке), обеспечивает хорошее сгорание топлива при различных температурах и не сопровождается накоплением шлаков. Все это создает условия для длительной и устойчивой работы ТЭГ. В частности, пятидесятые годы характеризуются строительством трубопроводов для доставки природного газа и нефти на большие расстояния к центрам потребления. С этим связано и начало у нас широкого использования ТЭГ на газообразном топливе для катодной защиты газопроводов и других трубопроводов от коррозии (в районах, не имеющих электростанций), для обеспечения сохранности трубопроводов при минимальных затратах, а также для других целей.

Газопроводы, находящиеся в поле блуждающих токов или в агрессивных грунтах, быстро выходят из строя в результате появления раковин, свищей и других повреждений в тех местах, где нарушена изоляция трубопроводов.

Станция катодной защиты трубопроводов представляет собою источник постоянного тока мощностью до 0,5 - 1 кВт при 10 - 20 В, отрицательный полюс которого присоединен с помощью изолированного кабеля к газопроводу, а положительный заземлен.

Для катодной защиты в России создано несколько типов ТЭГ мощностью от 10 до 300 Вт, в том числе ТГГ-10 и ТГГ-16. Они имеют по одной батарее ТЭЭЛ и работают на газовом топливе. Батареи состоят из отдельных секций. Горячий спай прижат к силуминовому теплопередатчику, холодный - к охлаждающим алюминиевым ребрам. Батарея представляет собою цилиндр, в нижней части которого помещена газовая горелка (ПБ-40-4), к которой газ поступает под избыточным давлением около 0,015 атм. В установке ТЭГ имеется электромагнитный клапан, способный отсекать подачу топлива. Обычно газ подается к ТЭГ от газопроводов, подведенных к домам ремонтников-обходчиков.

Генератор ТГГ-10 в основном не отличается по принципу действия от генераторов общего назначения, в нем лишь вместо керосиновой лампы используется газовая горелка. В ТЭГ ТГГ-16 применен усовершенствованный способ отвода тепла от горячих газов с помощью перфорированных дисков. Схема этого ТЭГ показана на рис. 7.8.

Указанные генераторы разогреваются до рабочей температуры менее чем за 30 мин. Расход газа (7000 - 8000 ккал/м) составляет 0,1 - 0,2 м3/ч. Низкий тепловой к.п.д. в этих установках несуществен, так как расход газа ничтожен, главное - надежность и простота, низкие эксплуатационные расходы.

Рис.7.8. Схема ТЭГ типа ТГТ-16: 1 - термобатарея; 2 - теплопередатчик; 3 - охлаждающее ребро; 4 - диски теплопередатчика; 5 - асбестовый фланец; 6 - газовая горелка; 7 - газопровод

3. Термоэлектрогенераторы на солнечной энергии

Солнечный ТЭГ для космических целей. ТЭГ, схема которого представлена на рис. 7.9 основан на использовании ТЭЭЛ малых размеров объемом около 2,5 мм3, размещенных между двумя параллельными пластинами (например, металлической фольги) в количестве около 3000 шт. на 1 м2; ТЭЭЛ изолированы от пластин и соединены последовательно-параллельно. В космическом пространстве одна пластина, обращенная к Солнцу, нагревается до 300°C, другая (холодные спаи) - при этом имеет температуру около 70°C. Каждый ТЭЭЛ в этой конструкции может производить мощность около 10 МВт с к. п. д. около 2%. 1 м2 термоэлектрической панели модели весит 10 кГ и может выдавать приблизительно 30 - 40 Вт/м электроэнергии. Изготовлен такой солнечный генератор для космического корабля в виде кассеты поверхностью 30 см с 12 рядами ТЭЭЛ, по 12 ТЭЭЛ в каждом ряду. Он характеризовался выдачей 2 Вт электроэнергии при нагревании Солнцем в космическом пространстве.

Солнечные ТЭГ с плоскими поверхностями нагрева не позволяют получить хороший к. п. д. ТЭЭЛ (особенно в земных условиях) из-за малых перепадов температуры между горячими и холодными спаями. Лучшие результаты можно получить, используя концентраторы солнечной энергии, хотя это усложняет конструкцию.

Рис.7.9. Панель ТЭГ на солнечной энергии: 1 - холодная панель; 2 - ТЭЭЛ; 3 - горячая панель; 4 и 5 - выводы тока

4. Термоэлектрогенераторы с концентраторами солнечной энергии

Как уже отмечалось, к. п. д. ТЭЭЛ растет пропорционально разности температур горячего и холодного спаев а, кроме того, и абсолютной температуре горячего спая. Поэтому заметное повышение тепловой экономичности ТЭГ достигается применением концентраторов солнечной энергии, дающих возможность увеличения температуры горячего спая ТЭЭЛ до 1000°C.

Термоэлектрический гелиогенератор с концентратором представляет собою термобатарею, установленную в фокальной зоне сфероидального или цилиндрического зеркала рис 7.10. Солнечные лучи, собранные зеркалом, направляются на поверхность горячих спаев и нагревают их. Холодные спаи охлаждаются воздухом, водяными радиаторами или через лучеиспускание.

Разработаны различные модели солнечных ТЭГ с концентраторами тепла, в том числе с большими и малыми концентраторами, и с аккумуляторами тепла. Серьезный недостаток солнечных ТЭГ с концентраторами энергии - большая стоимость самих концентраторов.

1 - параболический рефлектор; 2 - приемник солнечного тепла; 3 - ТЭЭЛ; 4 - теплоотвод

Термоэлектрогенераторы с некоторыми другими источниками тепла

Возможность использования других источников тепла, как с большим, так и с малым перепадом температуры для получения электроэнергии с помощью ТЭЭЛ (геотермальные воды, тепло человеческого тела, отработанные газы ракетных установок и т. п.) нашла свою реализацию в ряде своеобразных конструкций ТЭГ. Для них наиболее подходящие термоэлектрические материалы с высокой добротностью при низких температурах. К таким материалам можно отнести теллурид свинца с добавкой 0,1% натрия, добротность которого равна 0,8-10^-3 (град)^-1 при 200°C и 1,410^-3 (град)^-1 при 0°C.

Большое практическое значение может иметь использование тепла геотермальных вод. Созданы экспериментальные образцы ТЭГ, пригодные для использования тепла природных горячих источников. Недостаточно высокая тепловая экономичность такой термоэлектрической геотермальной электростанции может быть скомпенсирована простотой и надежностью ТЭГ, способностью работать без обслуживающего персонала.

Тепло человеческого тела также может быть использовано для создания разности температур между горячим и холодным спаями ТЭЭЛ. Такие ТЭГ из хороших ТЭМ способны обеспечить получение мощности 0,01 Вт и более, если перепад температуры порядка 40 - 50°C. Несколько десятков миниатюрных ТЭЭЛ образуют гибкий браслет, надеваемый на запястье руки. Такой ТЭГ может обеспечить питание транзисторного приемника и передатчика, в особенности в районах с холодным климатом.

Другой пример устройств этого типа - японский полупроводниковый радиоприемник, не нуждающийся в гальванических батареях или аккумуляторах. Здесь имеется термоэлектрическое устройство, которое дает необходимый электрический ток, если термопластинку надеть на руку.

Автор: Магомедов А.М.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Горькие продукты улучшают работу мозга 08.11.2025

Как выяснили японские ученые, горький вкус флаванолов играет важную роль в стимуляции центральной нервной системы. Даже при минимальном усвоении этих веществ организм получает сигнал к повышению активности нейромедиаторов и улучшению когнитивных функций, что делает натуральные продукты с горьким вкусом потенциально полезными для мозга и общей физиологии. В поисках способов улучшить работу мозга ученые все чаще обращаются к натуральным соединениям, содержащимся в привычных продуктах питания. Одним из таких веществ являются флаванолы, присутствующие в какао, красном вине и ягодах. Исследователи из Технологического института Сибаура в Японии выяснили, что горький и вяжущий вкус этих соединений способен активировать мозг через вкусовые рецепторы, способствуя улучшению памяти, внимания и способности к обучению. Ранее было известно, что флаванолы защищают нейроны и поддерживают когнитивные функции, однако их биодоступность - доля вещества, поступающая в кровь - крайне низка. Это вызвал ...>>

Дождевой электрогенератор 08.11.2025

Группа разработчиков Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики представила дождевой электрогенератор, который превращает дождевые капли в источник электричества, используя саму воду как структурный и электрический элемент. В отличие от традиционных капельных генераторов, где электричество создается на твердых диэлектрических пленках с металлическими электродами, новое устройство плавает непосредственно на поверхности воды. Вода одновременно выполняет роль опоры и проводника, что позволило снизить вес системы на 80%, а стоимость уменьшить почти наполовину, сохранив при этом мощность до 250 вольт на каждую каплю. "Мы позволили воде одновременно выполнять структурную и электрическую функции, создав легкую, доступную и масштабируемую систему", - объяснил профессор Ванлин Гуо, ведущий автор исследования. Такая концепция открывает путь к созданию гидровольтаических систем, которые могут работать в водоемах без использования суши, дополняя солнечные и ветровые технологии. П ...>>

Климат влияет на длительность беременности 07.11.2025

Беременность традиционно воспринимается как естественный биологический процесс с предсказуемыми сроками, однако современные исследования все чаще доказывают, что на ее продолжительность влияют факторы, выходящие далеко за пределы медицины. Среди них особое место занимают климат и окружающая среда - именно эту взаимосвязь впервые подробно изучили ученые из Университета Кертина в Австралии. Их работа раскрывает, что экстремальные погодные условия способны не только вызывать преждевременные роды, но и, напротив, удлинять срок беременности. Команда исследователей проанализировала данные почти 400 тысяч новорожденных, появившихся на свет в Западной Австралии. Результаты оказались неожиданными: климатические колебания заметно влияли на организм будущих матерей, особенно у тех, кто рожал после 41-й недели беременности. По словам доктора Сильвестра Додзи Ньядана из Школы народного здоровья Университета Кертина, проблема перенашивания долгое время оставалась в тени, хотя ее последствия могут ...>>

Случайная новость из Архива Перспективы генной терапии в борьбе с врожденной глухотой 10.04.2024 Врожденная глухота - это серьезное состояние, ставящее под угрозу качество жизни людей, ищущих средства восстановления слуха. Исследователи из Орегонского университета обнаружили новый подход к лечению этого расстройства с использованием генной терапии. Давайте погрузимся в детали этого новаторского исследования. Врожденная глухота остается серьезной медицинской проблемой, находясь в фокусе внимания многих исследователей, стремящихся найти эффективные методы лечения. Исследователи из Орегонского университета сделали шаг вперед, обнаружив ключевой элемент для генной терапии, который может помочь в восстановлении слуха у людей с этим нарушением. Глухота является проблемой, сталкивающейся сотни тысяч людей по всему миру. Особенно острая становится врожденная глухота, которая связана с генетическими мутациями и часто приводит к тому, что пациенты не могут воспринимать звуковые волны вообще. Исследователи из Орегонского университета сосредоточились на гене, ответственном за производство белка отоферлина, который играет важную роль в функционировании внутреннего уха. Изучение мутаций этого гена и их влияния на развитие глухоты привело к поиску новых методов лечения. Команда под руководством доцента кафедры биохимии и биофизики Орегонского университета, Джона Колена, сфокусировалась на укороченной версии гена отоферлина. Исследование, проведенное аспирантом Ааюши Манчандой, выявило, что этот укороченный вариант должен содержать определенный участок гена, известный как трансмембранный домен, который играет важную роль в развитии сенсорных клеток уха. Открытие укороченной версии гена отоферлина представляет собой важный шаг в разработке генной терапии для лечения врожденной глухоты. Этот прорыв может стать основой для разработки новых методов лечения, способных вернуть слух миллионам людей по всему миру, страдающим от этого серьезного нарушения.

Другие интересные новости:

▪ Зрительная память голубя

▪ Социология пересадки органов

▪ Кто на видеозаписи наружного наблюдения

▪ WD создала самый тонкий жесткий диск

▪ Происхождение домашней кошки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Узлы радиолюбительской техники. Подборка статей

▪ статья Ад кромешный. Крылатое выражение

▪ статья Зачем давил мух деревенский старожил из Евгения Онегина? Подробный ответ

▪ статья Гафельный узел. Советы туристу

▪ статья Конструкции на транзисторах разной структуры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Блок питания для мультиметра DT-182. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025