1821-ben egy híres Johann Seebeck nevű tudós újjáélesztette a két különböző vezető között kialakított termikus gradiens koncepcióját, amely villamos energiát képes előállítani. A termoelektromos hatással kapcsolatban van egy olyan koncepció, amelyet hőmérsékleti gradiensnek nevezünk a vezető anyagban, amely hőt és ezt az eredményt a töltőanyag-diffúzióban termeli. Ez a hő áramlik a forró és a hűvös anyagok között feszültség különbség. Tehát ez a forgatókönyv felfedezte a készüléket hőelektromos generátor , és ma cikkünk a működéséről, előnyeiről, korlátairól és a kapcsolódó fogalmakról szól.
Mi a termoelektromos generátor?
A hőelektromos név az elektromos és a termo szavak kombinációja. Tehát a név azt jelzi, hogy a hő megfelel a hőenergiának, az elektromosság pedig az elektromos energiának. És a hőelektromos generátorok azok az eszközök, amelyeket a két szakasz között keletkező hőmérséklet-különbség az energia elektromos formája . Ez az alap termoelektromos generátor meghatározása .
Ezek az eszközök a hőelektromos hatásoktól függenek, amelyek érintkeznek a hőáramlás és a szilárd alkatrészeken keresztüli villamos energia közötti interfésszel.
Építkezés
A termoelektromos generátorok olyan eszközök, amelyek szilárdtest hőelemek, két alapvető csomópontból építve, amelyek p és n típusúak. A P típusú csomópontban megnövekedett + ve töltés, az n típusú csomópontban pedig megnövekedett a -ve töltésű elemek koncentrációja.
A p-típusú komponenseket olyan állapotban adalékolják, hogy több pozitív töltésű hordozó vagy lyuk legyen, így pozitív Seebeck-együtthatót biztosítanak. Hasonló módon adnak hozzá n típusú komponenseket, hogy több negatív töltésű hordozójuk legyen, ezáltal negatív típusú Seeback-együtthatót adva.
Termoelektromos generátor működik
A két csomópont közötti elektromos kapcsolat áthaladásával minden pozitív töltésű hordozó elmozdul az n-elágazáshoz, és hasonlóan negatív töltésű vivőelem a p-elágazáshoz. Ban,-ben termoelektromos generátor felépítése , a legjobban megvalósított elem az ólom-tellurid.
Ez az a komponens, amelyet tellúrból és ólomból építenek, és minimális mennyiségben tartalmaz nátriumot vagy bizmutot. Ezen túlmenően a készülék felépítésében használt egyéb elemek a bizmut-szulfid, az ón-tellurid, a bizmut-tellurid, az indium-arsenid, a germánium-tellurid és még sokan mások. Ezekkel az anyagokkal termoelektromos generátor tervezés meg lehet csinálni.
A termoelektromos generátor működési elve
Az termoelektromos generátor működik a Seeback-hatástól függ. Ennek eredményeként egy hurok, amely a két különböző fém között jön létre, emf keletkezik, amikor a fém csatlakozásokat különböző hőmérsékleti szinteken tartják. E forgatókönyv miatt ezeket Seeback áramtermelőknek is nevezik. Az termoelektromos generátor blokkdiagramja a következőképpen jelenik meg:
Blokk diagramm
A hőelektromos generátort általában olyan hőforrással együtt szállítják, amelyet magas hőmérsékleten tartanak, és hűtőbordát is tartalmaz. Itt a hűtőborda hőmérsékletének alacsonyabbnak kell lennie, mint a hőforrásé. A hőforrás és a hűtőborda hőmérsékleti értékeinek változása lehetővé teszi az áramló áramot a terhelési szakaszon.
Ebben a fajta energiaátalakításban nem léteznek olyan átmeneti energiaátalakítások, amelyek különböznének a többi energiaátalakítási típustól. Emiatt közvetlen energiaátalakulásnak nevezik. A Seeback-effektus miatt létrehozott teljesítmény egyfázisú DC típusú és I-ként van ábrázolvakétRLahol az RL megfelel az ellenállás értékének terhelésnél.
A kimeneti feszültség és teljesítményértékek kétféleképpen növelhetők. Az egyik a meleg és a hideg szélek közötti hőmérséklet-ingadozás növelésével, a másik pedig a hőelektromos áramfejlesztőkkel való soros kapcsolat kialakítása.
Ennek a TEG-eszköznek a feszültségét V = αΔ T adja meg,
Ahol az „α” megfelel a Seeback-együtthatónak, és „Δ” a hőmérséklet-változás a két csomópont között. Ezzel az áramáramot az adja
I = (V / R + RL)
Ebből a feszültségegyenlet az
V = αΔT / R + RL
Ebből a terhelés szakaszon át áramló áram az
P terhelésnél = (αΔT / R + RL)két(RL)
A teljesítménynév akkor nagyobb, ha R eléri az R értéketL, azután
Pmax = (αΔT)két/ (4R)
Áramáramlás lesz addig az időig, amikor hőellátás történik a forró peremig, és eltávolítja a hőt a hideg peremből. És a kifejlesztett áram DC formában van, és átalakítható AC típusúvá inverterek . A feszültségértékek a transzformátorok megvalósításával jobban növelhetők.
Ez a fajta energiaátalakítás akkor is visszafordítható, ha az energiaáramlás útja visszaállítható. Ha mind az egyenáramot, mind a terhelést eltávolítják az élekről, akkor a hő egyszerűen elvihető a hőelektromos generátorokból. Szóval, ez az termoelektromos generátor elmélet munka mögött.
Termoelektromos generátor hatékonysági egyenlete
Ennek az eszköznek a hatékonysága az ellenállás terhelésnél keletkező teljesítményének és a terhelési ellenálláson átáramló hőmennyiség arányának felel meg. Ez az arány a következőképpen van ábrázolva
Hatékonyság = (Generált teljesítmény RL-nél) / („Q” hőáram)
= (IkétRL) / Q
Hatékonyság = (αΔT / R + RL)két(RL) / Q
Így lehet kiszámolni a termoelektromos generátor hatékonyságát.
Termoelektromos generátor típusok
A TEG eszköz mérete, a hőforrás fajtája és a hűtőborda forrása, a teljesítmény képessége és az alkalmazás célja alapján a TEG-eket főként három típusba sorolják, és ezek a következők:
- Fosszilis üzemanyag-generátorok
- Nukleáris üzemű generátorok
- Nap forrásgenerátorok
Fosszilis üzemanyag-generátorok
Ezt a típusú generátort úgy tervezték, hogy kerozint, földgázt, butánt, fát, propánt és sugárhajtású tüzelőanyagokat használjon hőforrásként. Kereskedelmi alkalmazások esetén a kimenő teljesítmény 10-100 watt. Az ilyen típusú termoelektromos generátorokat távoli helyeken alkalmazzák, például navigációs segédeszközökben, információgyűjtésben, kommunikációs hálózatokban és katódbiztonságban, így elkerülhető az elektrolízis a fémes csövek és a tengeri rendszerek pusztításában.
Nukleáris üzemű generátorok
A radioaktív izotópok bomlott komponensei felhasználhatók magasabb hőmérsékletű hőforrás biztosítására a TEG készülékek számára. Mivel ezek az eszközök ennek megfelelően érzékenyek a nukleáris emisszióra, és a hőforrás elem hosszú ideig használható, ezeket a nukleáris üzemű hőelektromos generátorokat távoli alkalmazásokban alkalmazzák.
Napenergia-generátorok
A napelemes termoelektromos generátorokat kevés eredmény birtokában alkalmazták az öntözőszivattyúk minimális teljesítményének biztosítására távoli helyeken és fejletlen területeken. A napelemes termoelektromos generátorok villamos energiát szolgáltatnak a keringő űrhajók számára.
A hőelektromos generátorok előnyei és hátrányai
Az a termoelektromos generátor előnyei vannak:
- Mivel az ebben a TEG-eszközben használt összes alkatrész szilárdtest állapotú, megnövelt megbízhatóságúak
- Az üzemanyagforrások szélső tartománya
- A TEG eszközök úgy vannak kialakítva, hogy az mW teljesítményéhez minimális és KW-nál nagyobb teljesítményt nyújtsanak, ami azt jelenti, hogy hatalmas skálázhatósággal rendelkeznek
- Ezek közvetlen energiaátalakító eszközök
- Némán működtetve
- Minimális méret
- Ezek még a gravitációs erők szélső és nulla tartományában is működhetnek
Az a termoelektromos generátor hátrányai vannak:
- Ezek kicsit drágábbak, mint más típusú generátorok
- Ezek minimális hatékonysággal bírnak
- Minimális termikus tulajdonságok
- Ezeknek az eszközöknek nagyobb kimeneti ellenállásra van szükségük
Termoelektromos generátor alkalmazások
- Az autók üzemanyag-teljesítményének javítása érdekében leginkább a TEG eszközt használják. Ezek a generátorok a jármű működése során keletkező hőt használják fel
- A Seebeck áramtermelést az űrhajó áramellátására használják.
- A megvalósított hőelektromos generátorok energiát szolgáltatnak a távoli állomások számára, például időjárási rendszerek, reléhálózatok és mások számára
Tehát, ez a termoelektromos generátorok részletes koncepciójáról szól. Összességében, mivel a generátorok óriási jelentőséggel bírnak, sok területen sok alkalmazásban széles körben használják őket. Ezen összefüggő fogalmakon kívül a másik itt egyértelműen ismert fogalom az, ami
