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:

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Подвесной робот Stringman для уборки комнаты 10.09.2026

Домашняя робототехника в основном развивается вокруг двух привычных направлений: роботов-пылесосов и многофункциональных гуманоидных машин. Но далеко не все задачи требуют колесной платформы или сложного человекоподобного механизма. Инженер Натаниэль Нифонг (Nathaniel Nifong), основатель стартапа Newfangled, предложил необычную альтернативу - подвесного робота Stringman, способного перемещаться над полом и самостоятельно собирать разбросанные предметы. Вместо того чтобы передвигаться по поверхности помещения, Stringman использует принцип, знакомый по тросовым системам камер Spidercam, применяемым на стадионах. В четырех верхних углах комнаты устанавливаются натяжные блоки, от которых к центральному рабочему модулю идут тонкие, но прочные тросы. Изменяя их натяжение, система может перемещать манипулятор практически в любую точку обслуживаемого пространства. Такое решение позволяет обойти некоторые ограничения традиционных роботов на колесах. Подвесной механизм не сталкивается с пр ...>>

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Случайная новость из Архива Безрамочный смартфон со встроенной солнечной батареей 12.08.2019 Компания Xiaomi подала во Всемирную организацию интеллектуальной собственности патентную заявку на разработку смартфона с солнечной батареей. На прилагаемых в документе изображениях показано мобильное устройство, переднюю панель которого целиком занимает экран без вырезов и отверстий. Фронтальной камеры не видно, выдвижного модуля тоже нет, но камера может быть спрятана под дисплеем - соответствующая технология сейчас разрабатывается. Самое интересное находится на задней панели, где размещается солнечная батарея. Помимо двойной камеры со вспышкой, дизайн которой идентичен аппаратам Xiaomi Mi 8 и Redmi Note 6 Pro, смартфон оснащен солнечной панелью, которая занимает большую часть корпуса. При этом такая конструкция не делает устройство толще, на изображениях видно, что модуль камеры выступает даже больше, чем эта батарея. Пока не ясно, действительно ли Xiaomi намерена выпустить смартфон с солнечной батареей, но китайская компания может стать первым производителем, кто это сделает. Хотя идея не нова и была уже реализована с помощью отдельных модулей. Так, например, в 2010 году LG выпустила аксессуар-накладку для телефона LG Pop GD510 с солнечной батареей, а в прошлом году бренд Caviar выпустил iPhone X Tesla со встроенной панелью.

Другие интересные новости:

▪ Модель протуберанца

▪ Эко-пакеты для долгосрочного хранения арбуза

▪ Альтернатива пенопласту

▪ Ночное зрение доступно каждому

▪ Кто вкуснее для комара

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья Огонь по штабам! Крылатое выражение

▪ статья От какого животного произошло слово кожа? Подробный ответ

▪ статья Ориентирование по следам пешеходов. Советы туристу

▪ статья Об искажениях частотных характеристик малогабаритных акустических систем и глубоких басах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Экономичный стабилизатор с малым падением напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026