Vuonna 1821 kuuluisa tiedemies nimeltä Johann Seebeck toi eloon kahden eri johtimen väliin kehitetyn lämpögradientin, joka voi tuottaa sähköä. Lämpösähköisen vaikutuksen suhteen on käsite, jota kutsutaan lämpötilagradientiksi johtavassa aineessa, joka tuottaa lämpöä ja tätä lopputulosta varauksen kantajan diffuusiossa. Tämä lämmön virtaus kehittyneiden kuumien ja viileiden aineiden välillä Jännite ero. Joten tämä skenaario on löytänyt laitteen lämpösähköisen generaattori , ja tänään artikkelimme on sen toiminnasta, eduista, rajoituksista ja niihin liittyvistä käsitteistä.

Mikä on lämpösähkögeneraattori?

Lämpösähkö on nimi, joka on yhdistelmä sanoja sähkö ja termo. Joten nimi tarkoittaa, että lämpö vastaa lämpöenergiaa ja sähkö vastaa sähköenergiaa. Ja lämpösähkögeneraattorit ovat laitteita, jotka toteutetaan muunnettaessa lämpötilaosuus, joka syntyy kahden osan välillä sähköinen energiamuoto . Tämä on perusta termosähkögeneraattorin määritelmä .

Nämä laitteet ovat riippuvaisia lämpösähköisistä vaikutuksista, joihin liittyy rajapinta, joka tapahtuu lämmön virtauksen ja kiinteiden komponenttien kautta tapahtuvan sähkön välillä.

Rakentaminen

Lämpösähkögeneraattorit ovat laitteita, jotka ovat kiinteän olomuodon lämpökomponentteja, jotka on rakennettu kahdesta oleellisesta liitoksesta, jotka ovat p- ja n-tyypin. P-tyypin risteyksessä on lisääntynyt + ve-varauksen pitoisuus ja n-tyypin risteyksessä -ve-varautuneiden elementtien pitoisuus.

P-tyyppiset komponentit seostetaan olosuhteissa, joissa on enemmän positiivisesti varautuneita kantajia tai reikiä, jolloin saadaan positiivinen Seebeck-kerroin. Samalla tavalla n-tyyppiset komponentit seostetaan siten, että niillä on enemmän negatiivisesti varautuneita kantajia, jolloin saadaan negatiivinen Seeback-kerroin.

Lämpösähkögeneraattori toimii

Kahden liitoksen välisen sähköliitännän kulkiessa jokainen positiivisesti varautunut kantaja siirtyy n-risteykseen ja samalla tavoin negatiivisesti varautunut kantaja siirtyy p-risteykseen. vuonna lämpösähkögeneraattorin rakenne , eniten käytetty elementti on lyijytelluridi.

Se on komponentti, joka on valmistettu telluurista ja lyijystä ja joissa on minimaalisia määriä joko natriumia tai vismuttia. Tämän lisäksi muita elementtejä, joita käytetään tässä laiterakenteessa, ovat vismuttisulfidi, tinatelluridi, vismuttitelluridi, indiumarsenidi, germaaniumtelluridi ja monet muut. Näiden materiaalien avulla lämpösähkögeneraattorin suunnittelu voidaan tehdä.

Lämpösähkögeneraattorin toimintaperiaate

lämpösähkögeneraattori toimii riippuu Seeback-vaikutuksesta. Tässä vaikutuksessa silmukka, joka muodostuu kahden eri metallin väliin, tuottaa emf: n, kun metalliliitoksia pidetään eri lämpötilatasoilla. Tämän skenaarion takia niitä kutsutaan myös Seeback-sähköntuottajiksi. lämpösähkögeneraattorin lohkokaavio näkyy seuraavasti:

Lohkokaavio

Lämpösähkögeneraattori sisältyy yleensä lämmönlähteeseen, jota ylläpidetään korkeilla lämpötila-arvoilla, ja mukana on myös jäähdytyselementti. Tällöin jäähdytyselementin lämpötilan on oltava pienempi kuin lämmönlähteen lämpötila. Lämmönlähteen ja jäähdytyselementin lämpötila-arvojen muutos sallii virtaavan virran kuormitusosan yli.

Tällaisessa energian muunnoksessa ei ole siirtymävaiheen energiamuunnoksia, jotka olisivat samanlaisia kuin muut energian muunnostyypit. Tämän vuoksi sitä kutsutaan suoraksi energian muunnokseksi. Tämän Seeback-vaikutuksen takia tuotettu teho on yksivaiheista DC-tyyppiä ja sitä edustaa I^kaksiR_Lmissä RL vastaa kuormituksen vastusarvoa.

Lähtöjännite- ja tehoarvoja voidaan nostaa kahdella tavalla. Yksi on lisäämällä lämpötilan vaihtelua, joka nousee kuumien ja kylmien reunojen välillä, ja toinen on muodostaa sarjayhteys lämpösähkögeneraattoreiden kanssa.

Tämän TEG-laitteen jännite saadaan V = αΔ T,

Jos ’α’ vastaa Seeback-kerrointa ja ’Δ’ on lämpötilan vaihtelu kahden risteyksen välillä. Tämän avulla nykyinen virtaus saadaan

I = (V / R + R_L)

Tästä jänniteyhtälö on

V = aT / R + R_L

Tästä syystä tehovirta kuormitusosassa on

P kuormitettuna = (αΔT / R + R_L)^kaksi(R_L)

Teholuokitus on enemmän, kun R saavuttaa arvon R_Lsitten

Pmax = (αΔT)^kaksi/ (4R)

Virtaa virtaa siihen asti, kun kuumaan reunaan syötetään lämpöä ja lämpö poistetaan kylmästä reunasta. Ja kehitetty virta on DC-muodossa ja se voidaan muuntaa AC-tyypiksi invertterit . Jännitearvoja voidaan lisätä muuntajien avulla.

Tällainen energian muuntaminen voi olla myös palautuva, jos energian virtausreitti voidaan muuttaa takaisin. Kun sekä tasavirta että kuorma poistetaan reunoista, lämpö voidaan yksinkertaisesti ottaa pois lämpösähkögeneraattoreista. Joten tämä on lämpösähkögeneraattorin teoria työn takana.

Lämpösähkögeneraattorin hyötysuhdeyhtälö

Tämän laitteen hyötysuhde on esitetty vastuksen kuormitusosassa syntyvän tehon osuutena lämmön virtaukseen kuormitusvastuksen poikki. Tämä suhde on esitetty

Tehokkuus = (Tuotettu teho RL: llä) / (Lämpövirta Q)

= (I^kaksiR_L) / Q

Tehokkuus = (αΔT / R + R_L)^kaksi(R_L) / Q

Näin voidaan laskea lämpösähkögeneraattorin hyötysuhde.

Lämpösähkögeneraattorityypit

TEG-laitteen koon, lämmönlähteen ja jäähdytyselementin, tehokyvyn ja käyttötarkoituksen perusteella TEG-laitteet luokitellaan pääasiassa kolmeen tyyppiin, ja ne ovat:

Fossiilisten polttoaineiden generaattorit
Ydinvoimalat
Aurinko lähdegeneraattorit

Fossiilisten polttoaineiden generaattorit

Tämän tyyppinen generaattori on suunniteltu hyödyntämään kerosiinia, maakaasua, butaania, puuta, propaania ja suihkepolttoaineita lämmönlähteinä. Kaupallisissa sovelluksissa lähtöteho vaihtelee välillä 10-100 wattia. Tämän tyyppisiä lämpösähkögeneraattoreita käytetään syrjäisissä paikoissa, kuten navigointiavustuksissa, tiedonkeruussa, tietoliikenneverkoissa ja katodisessa turvallisuudessa, jolloin vältetään elektrolyysin tuhoamasta metalliputkia ja merijärjestelmiä.

Ydinpolttoainegeneraattorit

Radioaktiivisten isotooppien hajoavia komponentteja voidaan käyttää tarjoamaan korkeamman lämpötilan lämmönlähde TEG-laitteille. Koska nämä laitteet ovat vastaavasti järkeviä ydinpäästöille ja lämmönlähde-elementtiä voidaan käyttää pitkään, näitä ydinpolttoainetta käyttäviä lämpösähkögeneraattoreita käytetään etäsovelluksissa.

Aurinkolähteen generaattorit

Aurinkolämpösähkögeneraattoreita on käytetty muutamalla saavutuksella, jotta kastelupumppujen teho olisi mahdollisimman pieni syrjäisissä paikoissa ja alikehittyneillä alueilla. Aurinkolämpösähkögeneraattorit on rakennettu syöttämään sähköä kiertäville avaruusaluksille.

Lämpösähkögeneraattoreiden edut ja haitat

lämpösähkögeneraattorin edut ovat:

“joka on esimerkki suprajohtimesta ”

Koska kaikki tässä TEG-laitteessa käytetyt komponentit ovat puolijohdetuotteita, niillä on parannettu luotettavuus
Äärimmäinen valikoima polttoainelähteitä
TEG-laitteet on rakennettu toimittamaan tehoa, joka ei ole pienin kuin mW ja suurempi kuin KW, mikä tarkoittaa, että niillä on valtava skaalautuvuus
Nämä ovat suoria energianmuunnoslaitteita
Käytetään hiljaa
Pienin koko
Ne voivat toimia myös painovoimien äärimmäisillä ja nolla-alueilla

lämpösähkögeneraattorin haitat ovat:

Nämä ovat vähän kalliita verrattuna muihin generaattoreihin
Näillä on minimaalinen tehokkuus
Minimaaliset lämpöominaisuudet
Nämä laitteet tarvitsevat enemmän lähtövastusta

Lämpösähkögeneraattorisovellukset

Autojen polttoainetehokkuuden parantamiseksi käytetään enimmäkseen TEG-laitetta. Nämä generaattorit käyttävät lämpöä, joka syntyy ajoneuvon käytön aikana
Seebeckin sähköntuotantoa käytetään virran tuottamiseen avaruusalukselle.
Toteutetut lämpösähkögeneraattorit tarjoavat virtaa etäasemille, kuten sääjärjestelmille, releverkoille ja muille

Joten tässä on kyse lämpösähkögeneraattoreiden yksityiskohtaisesta käsitteestä. Kaiken kaikkiaan, koska generaattoreilla on valtava merkitys, niitä käytetään laajalti monissa sovelluksissa monilla aloilla. Näiden asiaan liittyvien käsitteiden lisäksi toinen tässä selvästi tiedossa oleva käsite on se, mikä on