Termoelektrické generátory: Radioizotop a další – Ogorod-365

Tepelné elektrárny jsou ve světě uznávány jako nejlevnější možnost získávání energie. Existuje ale alternativa k této metodě, která je šetrná k životnímu prostředí – termoelektrické generátory (TEG).

Co je to?

Termoelektrický generátor je zařízení, jehož úkolem je přeměnit tepelnou energii na elektřinu pomocí soustavy tepelných prvků.

Pojem „tepelná“ energie není v tomto kontextu interpretován zcela správně, protože teplo znamená pouze způsob přeměny této energie.

TEG je termoelektrický jev, který poprvé ilustroval německý fyzik Thomas Seebeck ve 20. letech 19. století. Výsledek Seebeckova výzkumu je interpretován jako elektrický odpor v obvodu ze dvou různých materiálů, ale celý proces probíhá pouze v závislosti na teplotě.

Zařízení a princip činnosti

Princip činnosti termoelektrického generátoru, nebo, jak se také nazývá, tepelného čerpadla, je založen na přeměně tepelné energie na elektrickou energii pomocí polovodičových tepelných prvků, které jsou vzájemně propojeny paralelně nebo sériově.

Němečtí vědci během výzkumu vytvořili zcela nový Peltierův efekt, což naznačuje, že zcela odlišné polovodičové materiály při pájení umožňují detekovat teplotní rozdíly mezi jejich bočními body.

Ale jak můžeme pochopit, jak tento systém funguje? Všechno je docela jednoduché, tento koncept je založen na určitém algoritmu: když se jeden z prvků ochladí a druhý zahřeje, získáme energii proudu a napětí. Hlavním rysem, který odlišuje tuto konkrétní metodu od ostatních, je to, že zde lze použít všechny druhy zdrojů tepla., včetně nedávno vypnutého sporáku, lampy, ohně nebo dokonce šálku čerstvě nalitého čaje. No a chladícím prvkem je nejčastěji vzduch nebo obyčejná voda.

Jak tyto tepelné generátory fungují? Skládají se ze speciálních termobaterií, které jsou vyrobeny z vodivých materiálů, a výměníků tepla o heterogenních teplotách na spojích termočlánků.

Schéma elektrického obvodu vypadá takto: polovodičové termočlánky, obdélníkové vodivostní ramena typu n a p, spojené desky ze studených a horkých slitin a vysoké zatížení.

Mezi pozitivní aspekty termoelektrického modulu patří schopnost jej používat absolutně za všech podmínek, včetně na túrách, a také snadnost dopravy. Navíc nemají pohyblivé části, které mají tendenci se rychle opotřebovávat.

Mezi nevýhody ale patří zdaleka ne nízká cena, nízká účinnost (cca 2–3 %) a také důležitost jiného zdroje, který zajistí racionální teplotní rozdíl.

Je třeba poznamenat, že vědci aktivně pracují na vyhlídkách na zlepšení a odstranění všech chyb při získávání energie tímto způsobem. Experimenty a výzkum pokračují ve vývoji nejúčinnějších tepelných baterií, které pomohou zvýšit hodnotu účinnosti.

Je však poměrně obtížné určit optimálnost těchto možností, protože jsou založeny pouze na praktických ukazatelích, aniž by měly teoretické zdůvodnění.

Vezmeme-li v úvahu všechny nedostatky, jmenovitě nedostatečnost materiálů pro termočlánkové slitiny, je docela obtížné mluvit o průlomu v blízké budoucnosti.

Existuje teorie, že v současné fázi budou fyzici používat technologicky novou metodu nahrazování slitin účinnějšími, a to samostatně se zavedením nanotechnologie. Navíc je možné použít netradiční zdroje. Na Kalifornské univerzitě byl tedy proveden experiment, kde byly tepelné baterie nahrazeny syntetizovanou umělou molekulou, která fungovala jako spojovací materiál pro zlaté mikroskopické polovodiče. Podle experimentů vyšlo najevo, že účinnost současného výzkumu ukáže až čas.

Přehled typů

V závislosti na způsobech výroby elektřiny, zdrojů tepla a také V závislosti na typech použitých konstrukčních prvků se všechny termoelektrické generátory dodávají v několika typech.

Palivo. Přijímají teplo spalováním paliva, kterým je uhlí, zemní plyn a ropa, a také teplo získané spalováním pyrotechnických skupin (bloků).

Jaderné termoelektrické generátory, ve kterém je zdrojem teplo jaderného reaktoru (uran-233, uran-235, plutonium-238, thorium), často je zde tepelné čerpadlo – druhý a třetí stupeň přeměny.

Solární generátory generovat teplo ze solárních komunikátorů, které známe z každodenního života (zrcadla, čočky, tepelné trubice).

Využívání zařízení vyrábí teplo z různých zdrojů, čímž dochází k uvolňování odpadního tepla (výfukové plyny, spaliny atd.).

Radioizotop získávají teplo rozpadem a štěpením izotopů, tento proces se vyznačuje neovladatelností samotného štěpení a výsledkem je poločas rozpadu prvků.

Gradientní termoelektrické generátory jsou založeny na teplotních rozdílech bez jakéhokoli vnějšího zásahu: mezi prostředím a místem experimentu (speciálně vybavené zařízení, průmyslové potrubí atd.) s použitím původního startovacího proudu. Daný typ termoelektrického generátoru byl použit s využitím přijaté elektrické energie ze Seebeckova jevu k přeměně na tepelnou energii podle Joule-Lenzova zákona.

Сферы применения

Vzhledem k nízké účinnosti jsou termoelektrické generátory široce používány tam, kde nejsou k dispozici žádné jiné možnosti zdrojů energie, a během procesů s výrazným nedostatkem tepla.

Kamna na dřevo s elektrickým generátorem

Toto zařízení se vyznačuje přítomností smaltovaného povrchu, zdroje elektrické energie včetně ohřívače. Výkon takového zařízení může stačit k nabíjení mobilního zařízení nebo jiných zařízení pomocí zásuvky autozapalovače. Na základě parametrů můžeme usoudit, že generátor je schopen provozu bez normálních podmínek, konkrétně bez přítomnosti plynu, topného systému a elektřiny.

Termoelektrické generátory pro průmyslovou výrobu

BioLite představil nový model pro turistiku – přenosný vařič, který nejen ohřeje jídlo, ale také nabije vaše mobilní zařízení. To vše je možné díky termoelektrickému generátoru zabudovanému v tomto zařízení.

Toto zařízení vám dobře poslouží při turistice, rybaření nebo na jakémkoli místě vzdáleném od všech podmínek moderní civilizace. Provoz generátoru BioLite je charakterizován spalováním paliva, které je postupně přenášeno stěnami a generuje elektřinu. Výsledná elektřina vám umožní nabíjet telefon nebo rozsvítit LED diodu.

Radioizotopové termoelektrické generátory

V nich je zdrojem energie teplo, které vzniká v důsledku rozkladu mikroprvků. Potřebují stálý přísun paliva, a proto mají oproti jiným generátorům výhodu. Jejich významnou nevýhodou však je, že během provozu je nutné dodržovat bezpečnostní pravidla, protože dochází k záření z ionizovaných materiálů.

Navzdory skutečnosti, že provoz takových generátorů může být nebezpečný, a to i pro životní prostředí, je jejich použití zcela běžné. Například, jejich recyklace je možná nejen na Zemi, ale i ve vesmíru. Je známo, že radioizotopové generátory se používají k nabíjení navigačních systémů, nejčastěji v místech, kde nejsou komunikační systémy.

Tepelné mikroelementy

Tepelné baterie fungují jako převodníky a jsou konstruovány také jako elektrické měřicí přístroje kalibrované ve stupních Celsia. Chyba v takových zařízeních je obvykle rovna 0,01 stupně. Je však třeba poznamenat, že tato zařízení jsou navržena pro použití v rozsahu od minimální absolutní nuly do 2000 stupňů Celsia.

Tepelné elektrické generátory si v poslední době získaly širokou oblibu při práci na těžko přístupných místech, která zcela postrádají komunikační systémy. Mezi tato místa patří také vesmír, kde se tato zařízení stále více používají jako alternativní zdroje energie na palubách kosmických lodí.

V souvislosti s rozvojem vědeckého a technologického pokroku, stejně jako s hloubkovým výzkumem ve fyzice, se stává populární využití termoelektrických generátorů ve vozidlech k rekuperaci tepelné energie za účelem recyklace látek extrahovaných z výfukových systémů vozidel.

Následující video poskytuje přehled moderního tepelného generátoru elektřiny pro pěší turistiku, BioLite energy všude.

Alexandr Berezin
Příspěvky 125

Začněme s našimi gadgety – to bude užitečné konkrétně pro ně. Není žádným tajemstvím, že díky nabití různými programy a aplikacemi baterie nevydrží dlouho, a to je zvláště patrné, když jsme mimo domov. S největší pravděpodobností jste už ale slyšeli o možnosti vyrobit si vlastníma rukama termoelektrický generátor, který poslouží jako jakýsi záchranář baterie vašich chytrých hodinek, telefonu nebo tabletu, když vyrazíte do přírody.

Vybereme potřebné prvky

Toto zařízení je základem termogenerátoru.
Zdroj electricschool.info

Chcete-li sestavit termoelektrický generátor vlastníma rukama, musíte si nejprve zakoupit několik dílů, které jsou k dispozici k prodeji v obchodech nebo v opravnách počítačů. V každém případě vám internetové obchody vždy dokážou poskytnout vše, co potřebujete.

Připravte si následující položky:

• Peltierův prvek;
• dva hliníkové radiátory pro PC různých velikostí;
• napájecí modul stejnosměrný měnič do 5 V;
• tepelná pasta a lepidlo jako „Secunda“;
• alkohol jako zdroj tepla.

Každý PC je má.
Zdroj 5×86.ru

Než začnete s montáží, ujistěte se, že jste připravili všechny potřebné díly. Například jsem zvolil nejjednodušší cestu: šel jsem za kamarádem, který opravuje počítačové vybavení, požádal jsem ho o téměř všechny díly z tohoto seznamu a řekl jsem mu, co s nimi chci dělat. A když jsem chtěl zaplatit za to, co jsem dostal, odpověděl, že už jsem zaplatil svým příběhem o konstrukci generátoru, který by se mu také hodil.

Lze jej zakoupit v rádiovém zboží
Zdroj erg.com.ua

Začneme sestavovat

Hned bych řekl, že při výrobě vlastních elektrických termogenerátorů můžete použít jiné díly, například místo PC radiátorů připájet hliníkové nebo měděné pásy na desky z homogenního kovu. Samozřejmě můžete použít pouze jednu desku, ale nezapomeňte, že žebra zde zvýší účinek zahřívání kovu. Lze se obejít i bez teplovodivé pasty, která sice sníží kvalitu vytvořeného zařízení, ale bez Peltierova prvku a stejnosměrného měniče není možné takové zařízení vyrobit.

Teplotní rozdíl mezi teplou a studenou stranou Peltierova modulu může dosáhnout 70 °C
Zdroj mypractic.ru

Použijme výše uvedený náčrt jako vodítko – takto velmi rychle sestavíme fungující termogenerátor vlastníma rukama. Nejprve vezměte Peltierův článek, natřete na něj rovnoměrnou vrstvu teplovodivé pasty a po okrajích nalijte lepidlo z tuby. Přilepte zařízení k hladkému povrchu většího radiátoru tak, aby bylo uprostřed a lehce jej přitlačte rukou – to bude stačit. Poté naneste pastu a lepidlo na menší radiátor a přitiskněte jej také k prvku. Konstrukce, kterou sestavíte, díky čínskému lepidlu ztvrdne během pár sekund. Na dráty Peltierova prvku připájejte zvyšovací DC převodník na 5 V (proud si vyberete sami z toho, co máte), který bude zároveň sloužit jako bod pro připojení vašeho gadgetu přes USB port.

Pokud nevíte, kde teplovodivou pastu sehnat, obraťte se na někoho, kdo opravuje počítače.
Zdroj youtube.com

V zásadě je tepelný elektrický generátor již připraven, zbývá pro něj pouze vymyslet stojan. Nejprve jsem chtěl najít staré hliníkové držáky na záclonové tyče ve formě trubek, které se hojně používaly za SSSR, protože jsem kdysi nějaké měl. Z jednoho držáku by se dal vyrobit krásný a pohodlný stojan, ale ukázalo se, že je moje žena vyhodila. Na stojan by se velmi hodil široký hliníkový pásek, ale ani takový doma nebyl.

Děrované páskové věšáky na sádrokartonové profily
Zdroj remontcap.ru

Zašel jsem tedy do nejbližšího železářství a koupil (v záloze) pár děrovaných lištových věšáků, které se používají na sádrokartonové rámy (říká se jim také „P-tvar“). Z jednoho takového prvku je velmi snadné vyrobit písmeno „P“ a poté ohnout okraje svislic, jako natištěnou omega „Ω“, pouze obrácené vzhůru nohama. Pokud máte obavy o stabilitu, lze držák přišroubovat příčkou písmene „U“ k nějakému druhu překližky nebo OSB stojanu.

Poznámka: Zařízení, které jste sestavili, musí být instalováno na stojan malým radiátorem směrem dolů, ale tak, aby radiátor i těleso byly uvnitř, mezi nohami písmene „P“.

Je připojeno zařízení pro měření výstupního proudu
Zdroj youtube.com

Závěr

Pokud se chystáte do přírody, je nejvhodnější použít jako palivo do nabíječky suchý líh. Poslouží ale i lékařská lahvička – koupíte ji v lékárně. Uzávěr láhve je kovový a je perfektní jako topeniště. Naplňte ji alkoholem, umístěte do středu stojanu pod generátor a zapalte. Gadget se začne nabíjet, jakmile se radiátor zahřeje, a to bude trvat jen několik sekund. Užijte si to ve zdraví!

• #DIY termoelektrický generátor
• #DIY termogenerátor
• Přidat do záložek
• download