Penjana Termoelektrik: Radioisotop Dan Lain-lain. Prinsip Operasi Penjana Tenaga Untuk Kegunaan Industri. Peranti Mereka

2024 Pengarang: Beatrice Philips | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 05:52

Loji tenaga termal diiktiraf di dunia sebagai pilihan termurah untuk menjana tenaga. Tetapi ada alternatif untuk kaedah ini, yang mesra alam - penjana termoelektrik (TEG).

Apa ini?

Penjana termoelektrik adalah alat yang tugasnya adalah menukar tenaga termal menjadi elektrik dengan menggunakan sistem elemen termal.

Konsep tenaga "termal" dalam konteks ini ditafsirkan dengan tidak betul, kerana haba hanya bermaksud kaedah menukar tenaga ini.

TEG adalah fenomena termoelektrik yang pertama kali digambarkan oleh ahli fizik Jerman Thomas Seebeck pada 20-an abad ke-19 . Hasil penyelidikan Seebeck ditafsirkan sebagai rintangan elektrik dalam rangkaian dua bahan yang berbeza, tetapi keseluruhan proses hanya bergantung pada suhu.

Peranti dan prinsip operasi

Prinsip operasi penjana termoelektrik, atau, seperti yang disebut juga, pam haba, didasarkan pada penukaran tenaga haba menjadi tenaga elektrik menggunakan elemen terma semikonduktor, yang disambungkan secara selari atau bersiri.

Dalam penyelidikan, kesan Peltier yang baru dibuat oleh seorang saintis Jerman , yang menunjukkan bahawa bahan semikonduktor yang sama sekali berbeza semasa pematerian memungkinkan untuk mengesan perbezaan suhu antara titik sisi mereka.

Tetapi bagaimana anda memahami bagaimana sistem ini berfungsi? Semuanya cukup mudah, konsep seperti itu berdasarkan algoritma tertentu: apabila salah satu elemen disejukkan, dan yang lain dipanaskan, maka kita mendapat tenaga arus dan voltan. Ciri utama yang membezakan kaedah khusus ini dari yang lain adalah bahawa semua jenis sumber haba dapat digunakan di sini ., termasuk kompor, lampu, api atau cawan yang baru saja dimatikan dengan teh yang hanya dituangkan. Baiklah, elemen penyejuk selalunya udara atau air biasa.

Bagaimana penjana terma ini berfungsi? Mereka terdiri daripada bateri termal khas, yang dibuat dari bahan konduktor, dan penukar haba dari suhu yang berlainan dari persimpangan termopile.

Gambarajah litar elektrik kelihatan seperti ini: termokopel semikonduktor, kaki segi empat kekonduksian jenis n dan p, plat bersambung aloi sejuk dan panas, serta beban tinggi.

Di antara aspek positif modul termoelektrik, kemungkinan penggunaan sepenuhnya dalam semua keadaan diperhatikan ., termasuk kenaikan, dan selain itu, kemudahan pengangkutan. Selain itu, tidak ada bahagian yang bergerak di dalamnya, yang cenderung cepat usang.

Kelemahannya termasuk jauh dari kos rendah, kecekapan rendah (kira-kira 2-3%), serta pentingnya sumber lain yang akan memberikan penurunan suhu yang rasional.

Perlu diingatkan bahawa saintis secara aktif mengusahakan prospek untuk memperbaiki dan menghilangkan semua kesalahan dalam mendapatkan tenaga dengan cara ini … Eksperimen dan penyelidikan sedang dijalankan untuk membangunkan bateri terma paling cekap yang akan membantu meningkatkan kecekapan.

Walau bagaimanapun, agak sukar untuk menentukan optimum pilihan ini, kerana ia hanya berdasarkan petunjuk praktikal, tanpa asas teori.

Mengingat semua kekurangan, iaitu, kekurangan bahan untuk aloi termopile, agak sukar untuk membicarakan kejayaan dalam masa terdekat.

Terdapat teori bahawa pada tahap ini ahli fizik akan menggunakan kaedah teknologi baru untuk menggantikan aloi dengan yang lebih cekap, secara berasingan dengan pengenalan nanoteknologi . Lebih-lebih lagi, pilihan untuk menggunakan sumber bukan tradisional adalah mungkin. Oleh itu, di University of California, eksperimen dilakukan di mana bateri termal digantikan dengan molekul buatan yang disintesis, yang bertindak sebagai pengikat bagi semikonduktor mikroskopik emas. Menurut eksperimen yang dijalankan, menjadi jelas bahawa hanya masa yang akan memberitahu keberkesanan penyelidikan semasa.

Gambaran keseluruhan jenis

Bergantung pada kaedah menjana elektrik, sumber haba, dan semua penjana termoelektrik terdiri daripada beberapa jenis bergantung kepada jenis elemen struktur yang terlibat.

Bahan api . Haba diperoleh dari pembakaran bahan bakar, iaitu arang batu, gas asli dan minyak, serta haba yang diperolehi oleh pembakaran kumpulan piroteknik (pemeriksa).

Penjana termoelektrik atom , di mana sumbernya adalah haba reaktor atom (uranium-233, uranium-235, plutonium-238, thorium), selalunya di sini pam termal adalah tahap penukaran kedua dan ketiga.

Penjana solar menjana haba dari komunikator suria yang diketahui oleh kita dalam kehidupan seharian (cermin, lensa, paip haba).

Kilang kitar semula menghasilkan haba dari pelbagai sumber, mengakibatkan pembebasan haba sisa (ekzos dan gas serombong, dll.).

Radioisotop haba diperolehi dengan kerosakan dan pemisahan isotop, proses ini dicirikan oleh pengawalan pemisahan yang tidak terkawal, dan hasilnya adalah separuh hayat unsur-unsur.

Penjana termoelektrik gradien didasarkan pada perbezaan suhu tanpa gangguan luar: antara persekitaran dan tempat eksperimen (peralatan yang dilengkapi khas, saluran paip industri, dll.) menggunakan arus permulaan. Jenis penjana termoelektrik yang diberikan digunakan dengan penggunaan tenaga elektrik yang diperoleh dari efek Seebeck untuk penukaran menjadi tenaga termal menurut hukum Joule-Lenz.

Permohonan

Kerana kecekapannya yang rendah, penjana termoelektrik banyak digunakan di mana tidak ada pilihan lain untuk sumber tenaga, serta semasa proses dengan kekurangan haba yang ketara.

Kompor kayu dengan penjana elektrik

Peranti ini dicirikan oleh adanya permukaan enamel, sumber elektrik, termasuk pemanas. Kekuatan peranti sedemikian mungkin cukup untuk mengecas peranti mudah alih atau peranti lain menggunakan soket pemantik rokok untuk kereta . Berdasarkan parameter tersebut, dapat disimpulkan bahawa generator mampu beroperasi tanpa keadaan normal, iaitu, tanpa adanya gas, sistem pemanasan dan elektrik.

Penjana Thermoelectric Industri

BioLite telah mempersembahkan model baru untuk mendaki - dapur mudah alih yang bukan sahaja akan memanaskan makanan, tetapi juga mengecas peranti mudah alih anda. Semua ini dapat dilakukan berkat penjana termoelektrik yang terdapat di dalam peranti ini.

Peranti ini akan melayani anda dengan berjalan kaki dengan pantas, memancing atau di mana sahaja jauh dari semua keadaan peradaban moden. Kerja penjana BioLite dicirikan oleh pembakaran bahan bakar, yang secara berurutan dihantar di sepanjang dinding dan menghasilkan elektrik. Tenaga elektrik yang dihasilkan akan membolehkan anda mengecas telefon atau menyalakan LED.

Penjana termoelektrik radioisotop

Di dalamnya, sumber tenaga adalah haba, yang terbentuk akibat kerosakan mikroelemen. Mereka memerlukan bekalan bahan bakar yang berterusan, jadi mereka mempunyai kelebihan berbanding penjana lain . Namun, kelemahan ketara mereka adalah bahawa semasa operasi perlu mematuhi peraturan keselamatan, kerana ada radiasi dari bahan terionisasi.

Walaupun pelancaran generator seperti itu boleh membahayakan, termasuk untuk keadaan persekitaran, penggunaannya sangat biasa. Sebagai contoh, pelupusannya mungkin bukan sahaja di Bumi, tetapi juga di angkasa . Telah diketahui bahawa penjana radioisotop digunakan untuk mengecas sistem navigasi, paling sering di tempat-tempat di mana tidak ada sistem komunikasi.

Unsur surih terma

Bateri termal bertindak sebagai penukar, dan reka bentuknya terdiri dari alat ukur elektrik yang dikalibrasi dalam Celsius. Kesalahan pada peranti sedemikian biasanya disamakan dengan 0,01 darjah . Tetapi harus diperhatikan bahawa peranti ini dirancang untuk digunakan dalam jarak dari garis minimum sifar mutlak hingga 2000 darjah Celsius.

Penjana kuasa termal baru-baru ini mendapat populariti luas ketika bekerja di tempat yang sukar dijangkau yang sama sekali tidak mempunyai sistem komunikasi. Lokasi-lokasi ini merangkumi Ruang, di mana peranti ini semakin banyak digunakan sebagai bekalan kuasa alternatif pada kenderaan ruang angkasa.

Sehubungan dengan perkembangan kemajuan ilmiah dan teknologi, serta penelitian mendalam dalam bidang fizik, penggunaan generator termoelektrik dalam kenderaan untuk pemulihan tenaga panas semakin popular untuk memproses bahan yang diekstraksi dari sistem ekzos kereta.