Termoelektromos generátor

A termoelektromos generátor  egy műszaki eszköz ( villamos generátor ), amelyet arra terveztek, hogy a hőenergiát közvetlenül elektromos árammá alakítsa termoelemek ( termoelektromos anyagok ) felhasználásával .

A termoelektromos generátorok találmányának története

1821- ben Thomas Johann Seebeck német fizikus felfedezte, hogy két különböző vezető között kialakuló hőmérsékleti gradiens képes elektromosságot termelni. Kísérleteinek eredményeit 1822- ben publikálta a Porosz Tudományos Akadémia jelentéseiben megjelent "Egyes fémek és ércek hőmérséklet-különbség körülményei között keletkező mágneses polarizációjának kérdéséről" című cikkében. [1] A termoelektromos Seebeck-effektus azon a tényen alapul, hogy a vezetőképes anyag hőmérsékleti gradiense hőáramlást okoz; ez töltéshordozók átadásához vezet. A töltéshordozók áramlása a meleg és hideg régiók között pedig potenciálkülönbséget hoz létre.

Jean-Charles Peltier 1834 - ben fedezte fel a fordított hatást , amelyben hő szabadul fel vagy nyel el, amikor elektromos áram halad át két különböző vezető érintkezésén. [2]

A használt termoelektromos generátorok típusai

Félvezető anyagok közvetlen energiaátalakításhoz

A termoelektromos generátorokhoz félvezető termoelektromos anyagokat használnak, amelyek a hő elektromos árammá alakításának legmagasabb együtthatóját biztosítják. A termoelektromos tulajdonságokkal rendelkező anyagok listája meglehetősen nagy (több ezer ötvözet és vegyület), de ezek közül csak néhány használható hőenergia átalakítására. [3] A modern tudomány folyamatosan új és új félvezető összetételeket keres, és ezen a területen nem annyira az elmélet, mint inkább a gyakorlat biztosítja a fejlődést, a termoelektromos anyagokban végbemenő fizikai folyamatok összetettsége miatt. Határozottan elmondható, hogy ma már nincs olyan termoelektromos anyag, amely a maga tulajdonságaival maradéktalanul kielégítené az ipart, és egy ilyen anyag létrehozásának fő eszköze a kísérletezés. A termoelektromos generátorok félvezető anyagának legfontosabb tulajdonságai a következők:

A fejlesztés és a hatékonyság növelésének módjai

Különféle termoelektromos generátorok és alkatrészeik hatásfoka [4] :
A termoelektromos generátorok típusai és a generátoregységek fő alkatrészei 1965 1970 1975 1980 Carnot.
Napenergia koncentráció nélkül 0.8 0,85 0.9 0,92 0,96
Napenergia koncentrációval 0,65 0.7 0,75 0.8 0.9
Gázégők 0.5 0.6 0,65 0.7 0.8
Gázkemencék 0,75 0.8 0,85 0.9 0,92
izotópok 0.8 0,85 0.9 0,95 1.00
Atomreaktorok 0,75 0.8 0,85 0,95 1.00
Alacsony hőmérsékletű termoelektromos anyagok 0,06 0,08 0.1 0.12 0.5
Közepes hőmérsékletű termoelektromos anyagok 0,04 0,06 0,08 0.1 0,35
Magas hőmérsékletű termoelektromos anyagok 0,04 0,05 0,06 0,07 0.23
Kaszkád hőelemek 0.12 0.14 0.18 0,20 0,77
Kapcsoló hőcső 0.9 0,93 0,95 0,98 0,99
Thermopil szigetelés 0.9 0,92 0,95 0,97 1.00
Termikus érintkezés 0.9 0,93 0,95 0,97 0,99
hűtőfolyadék 0.9 0,92 0,93 0,94 0,98
Talajhűtő bordák 0,55 0.6
Térhűtő bordák 0.8 0,85
Szolártér termoelektromos generátor koncentrátor nélkül 0,016 0,025 0,035 0,045 0.16
Napelemes tér termoelektromos generátor koncentrátorral 0,017 0,029 0,043 0,061 0,25
Napelemes föld termoelektromos generátor koncentrátorral 0,029 0,044 0,088 0,145 0,59
Gáz termoelektromos generátor bordákkal 0,013 0,023 0,030 0,043 0,20
Gáz termoelektromos generátor hőhordozóval 0,02 0,035 0,073 0,175 0,57
Radioizotópos termoelektromos generátor bordákkal 0,021 0,032 0,049 0.12 0,36
Radioizotópos termoelektromos generátor hűtőfolyadékkal 0,032 0,075 0,129 0.24 0,71
Reaktortér termoelektromos generátor 0,016 0,023 0,044 0,113 0,36
Reaktor földelt termoelektromos generátor 0,03 0,047 0,121 0.24 0,71
Gőzkazán típusú termoelektromos generátor 0,226 0,66

A táblázatból a hatékonyság jelentős növekedése figyelhető meg, elsősorban az anyaggyártási technológiák alapos fejlesztésének, a szerkezetek ésszerű kivitelezésének, valamint az anyagtudomány fejlődésének köszönhetően a termoelektromos területen .

A termoelektromos generátorok alkalmazási területei

A radioizotópos termoelektromos generátorokat a Naprendszer Naptól távoli régióinak tanulmányozására tervezett űrhajók fedélzeti tápegységeként használják. Különösen a plutónium fűtőelemek hőjét használó generátorokat telepítenek a Cassini és a New Horizons űrhajókra. Korábban a Földön is alkalmaztak ilyen eszközöket navigációs jelzőfényekben, rádiós jelzőlámpákban, meteorológiai állomásokban és hasonló berendezésekben, amelyeket olyan területekre telepítettek, ahol műszaki vagy gazdasági okok miatt nem lehetséges más energiaforrást használni.

Az elmúlt években az autóiparban termoelektromos generátorokat használnak hőenergia visszanyerésére, például a kipufogórendszer elemeiből származó hő visszanyerésére.

Irodalom

Jegyzetek

  1. ↑ Termoelektromosság, Peltier-effektus, Seebeck-effektus  (elérhetetlen link)
  2. ↑ Peltier. [ [1]  a Google Booksban Nouvelles expériences sur la caloricité des courants électrique (Új kísérletek az elektromos áramok hőhatásairól)]  (fr.)  // Annales de Chimie et de Physique :magazin. - 1834. - Kt. 56 . - P. 371-386 .
  3. ↑ Anatychuk L.I. , Bulat L.P. Félvezetők extrém hőmérsékleti körülmények között. - Szentpétervár, Nauka, 2001. - Példányszám 1500 példány. — c. 179
  4. ↑ MHD generátorok és termoelektromos energiatechnika. Kijev. „Tudományos gondolat”, 1983.
  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban