גנרטורים תרמיים. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

גנרטורים תרמיים. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מקורות אנרגיה חלופיים

גנרטור תרמי - מכשיר להמרה ישירה של אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית. גנרטורים תרמיים מיוצרים על בסיס תרמו-אלמנטים. התרמוגנרטורים היעילים ביותר משתמשים בתרכובות מוליכים למחצה מורכבות; הכוח שלהם יכול להגיע לכמה עשרות וואט, יעילות - 20% (עם הפרש טמפרטורה של צמתים חמים וקרים של תרמו-אלמנטים - כ 1000 K). השנה יעילים במיוחד כאשר משתמשים בחום המשתחרר במהלך הפעלת מנועי רקטות, כורים גרעיניים, תנורי פיצוץ וכו'.

הגנרטור התרמו-אלקטרי נועד להפעיל ציוד רדיו שונים, תקשורת, תאורה וטעינת סוללות. הוא ממיר את החום של מקורות ביתיים (קרוגז, כיריים, מבער גז, כיריים, אש) לאנרגיה חשמלית.

1. גנרטורים תרמו-חשמליים של דלק מוצק

TEG מתודלק על ידי פחם ומקורר על ידי מים או אוויר. התרשים המבני מוצג באיור. 7.3. המאפיינים העיקריים שלהם מוצגים בטבלה. 7.1.

גנרטורים תרמיים
איור.7.3. תרשים מבני של גנרטור תרמואלקטרי דלק מוצק

טבלה 7.1. מאפיינים של TEG על פחם

גנרטורים תרמיים

ל-TEG עם חימום של צמתים חמים על ידי שריפת פחם וקירור של צמתים קרים עם מים רותחים (ראה איור 7.4, 7.5) יש תנור ברזל יצוק 6 בו מתרחשת בעירה של פחם שהוטען בבונקר 4 דרך צוואר 1. תוצרי הבעירה יוצאים דרך צינור 2 ויוצאים דרך צינור 3 פנימה. אשר שומר על הטמפרטורה של צמתים קרים של TEEL כ-5 מעלות צלזיוס. אלמנטים תרמו 100 מבודדים חשמלית ממבנה ההתקנה על ידי שכבות דקות של נציץ. מגע תרמי בין מעטפת 8 ל-TEEL מתבצע על ידי סגסוגת ניתכת שנשפכת ביניהם.

גנרטורים תרמיים
איור.7.4. TEG עם קירור מים: 1 - צוואר בונקר; 2 - ארובה; 3 - מעטפת פנימית; 4 - בונקר לדלק; 5 - מעטפת חיצונית: 6 - תיבת אש; 7 - גוף ברזל יצוק של הכבשן; c - TEEL; 9 - פלט נוכחי; 10 - מחבת אפר; 11 - סעפת קירור מברזל יצוק; 12 - חלל טבעתי למים

ל-TEG יש שתי סוללות TEEL הפועלות באופן עצמאי: האחת להפעלת מעגלי החימום, השנייה להפעלת (בעזרת מתמר רעידות) את מעגלי האנודה והרשת. החסרונות של TEEL כזה: הקושי ליצור מגע תרמי בין ה-TEEL למקרר, הימצאות מים רותחים וקושי לשלוט בתנור הפחם.

גנרטורים תרמיים
איור.7.5. TEG עם קירור אוויר: 1 - מנחת בארובה; 2 - פתח למילוי דלק; 3 - מעטפת חיצונית של הבונקר; 4 - מעטפת פנימית של הבונקר; 5 - מוט לשחרור דלק; 6 - סנפיר קירור אוויר; 7 - חותם בין הבונקר לתנור; 8 - סעפת קירור TEEL; 9 - TEEL; 10 - שכבת מגע קרה; 11 - פלט זרם: 12 - תחתית הכבשן (מחבת אפר)

TEG על עץ ופחם

פיתוח נוסף של TEGs דלק מוצק הוביל ליצירת מספר דגמים נוספים של TEGs גדולים יותר עם הספק של עד 500 W או יותר. יחידות אלה היו תנורים באמצעות פחם או עץ, עם עמודי תרמו מובנים בקירות.

כדוגמה, אנו נותנים גנרטורים המיועדים לצפון הרחוק בהספקים של 200 ו-500 W, הפועלים על כל דלק - עץ, פחם, נפט. גנרטור 200 W צרך כ-2 ק"ג עצי הסקה בשעה.

הוא נועד לייצר חשמל, מים חמים או קיטור המשמשים לגידול בעלי חיים. עם זאת, פעולת TEG על פחם אינה יציבה עקב קשיים בהבטחת אספקת דלק אחידה. ההפעלה הבאה של ה-TEG דרשה ניקוי מקדים של התנור, הגעה להספק ארכה זמן רב וכו'. לכן, המשך הפיתוח של TEG הלך בדרך של שימוש בדלק נוזלי.

TEGs ביניים עבור דלקים מוצקים ונוזלים

היתרונות של דלק נוזלי הובילו להופעתם של עיצובי ביניים המתאימים להפעלה על דלק נוזלי ומוצק כאחד. מבנים אלה כוללים את המוצג באיור. תוכנית 7.6 של התקנת TEG לפי הפטנט האמריקאי.

גנרטורים תרמיים
איור 7. איור 6. ערכת TEG לפי הפטנט האמריקאי: 1 - קצוות קרים של TEEL; 2 - קצוות חמים של TEEL; 3 - דיסקים בידוד פיברגלס; 4 - מנורת אלכוהול; 5 - מעמד חצובה; 6 - גוף בקליט

כאן, 145 אלמנטים תרמו-אלקטריים עשויים חוט בקוטר 0,5 מ"מ משובצים בקצוות קרים בתחתית כוס בקליט בקוטר 5 ס"מ הנתמך בחצובה. הקצוות החמים של האלמנטים מחוממים על ידי הלהבה של מבער אלכוהול רגיל. ענף אחד של TEEL עשוי מקונסטנטן, השני עשוי מסגסוגת של ניקל (91%) עם מוליבדן (9%). מתח המוצא של הגנרטור הוא 6 וולט.

מעגל זה דומה מאוד למעגל TEG-1, אך בעיצוב שונה: עם תאי דלק מתכתיים והחלפת האש במבער אלכוהול.

2. גנרטורים תרמו-אלקטריים של דלק נוזלי

TEG על נפט מסוג TGK-1, TGK-3 ו-TGK-2-2-TEG על נפט מבוססים על שימוש במנורות נפט תאורה קונבנציונליות כמקור חום ויחד עם ייצור חשמל מהווים מקורות אור. תוכניות העיצוב של TGK-1, TGK-3 ו-TGK-2-2 זהות: מוצרי בעירה להט של צמתים חמים נפט של TEEL מ-SbZn ו-Constantan, לצמתים קרים יש סנפירי קירור אוויר. ההספק של TGC-1 הוא בערך 1,6 וואט, TGC-3 הוא בערך 3 וואט. המאפיינים העיקריים של TGK-3 מוצגים בטבלה. 7.2.

לוח 7.2

גנרטורים תרמיים

גנרטורים תרמיים
איור.7.7. צינור חום - TEG TGK-3.1 - מפזר גז חם, 2 - צינור לפלט של מוצרי בעירה; 3 - סנפירי קירור; 4 - בלוק מסוף; 5 - שרשראות; 6 - צינור עם צלעות לחימום TEEL; 7 - זכוכית מנורה; 8 - טנק עבור נפט; 9 - מחזיק מנורה תחתון

על איור. 7.7 מציג את גנרטור TGK-3, אשר בתוכנית העיצוב הבסיסית שלו, שונה מעט מה-TGK-1, אך יש לו יותר כוח. TEG זה משתמש במנורת נפט 20 ו-8 עם 7 קווים עגולים, וצינור חום מתכתי. 2 ו-6 המוצגים באיור. 7.7, יש 14 פרצופים עבור TEEL. כל בלוק TEEL מקורר על ידי צלע כפולה אחת עצמאית 3, כמו ב-TGC-1. גובה ה-TGC-3 מהקצה התחתון של מנורה 8 לטבעת 1 הוא כ-1 מ', קוטר הרדיאטור הוא 300 מ"מ. טעינה בודדת של המנורה מספיקה לכ-10 שעות פעולה.

האנרגיה שנוצרת על ידי TGK-3 מספיקה להפעלת מקלטי רדיו שונים והתקנים אחרים הצורכים מתח של 1 - 2 וולט בזרם של 0,3 - 0,5 A ומתח של 90 - 120 וולט בזרם של 8 - 11 mA.

3. TEG על דלק גזי

השימוש בגז מפשט את ויסות הכנסת החום (מושג בקלות על ידי ויסות לחץ הגז במבער), מבטיח בעירה טובה של הדלק בטמפרטורות שונות ואינו מלווה בהצטברות סיגים. כל זה יוצר תנאים לפעולה ארוכת טווח ויציבה של ה-TEG. במיוחד מאופיינות שנות החמישים בהקמת צינורות לאספקת גז טבעי ונפט למרחקים ארוכים למוקדי הצריכה. קשור לכך תחילתו של השימוש הנרחב ב-TEGs הפועלים על דלק גזי בארצנו להגנה קתודית על צינורות גז וצינורות אחרים מפני קורוזיה (באזורים ללא תחנות כוח), להבטחת בטיחות הצנרת בעלות מינימלית, וגם למטרות נוספות.

צינורות גז הממוקמים בשדה זרמים תועים או בקרקעות אגרסיביות נכשלים במהירות כתוצאה מהופעת קונכיות, פיסטולות ונזקים נוספים במקומות בהם נשבר בידוד הצנרת.

תחנת ההגנה הקתודית של הצינור היא מקור זרם ישר בהספק של עד 0,5 - 1 קילוואט ב-10 - 20 וולט, שהקוטב השלילי שלו מחובר לצינור הגז עם כבל מבודד, והקוטב החיובי מוארק.

להגנה קתודית, נוצרו ברוסיה מספר סוגים של TEG עם הספק של 10 עד 300 W, כולל TGG-10 ו-TGG-16. יש להם סוללת TEEL אחת לכל אחד ופועלים על דלק גז. סוללות מורכבות מחלקים נפרדים. הצומת החם נלחץ כנגד התקן העברת החום של סילומינ, והצומת הקר נלחץ כנגד סנפירי האלומיניום המקררים. הסוללה היא צילינדר שבחלקו התחתון מוצב מבער גז (PB-40-4) אליו מסופק גז בלחץ יתר של כ-0,015 אטמ'. ליחידת TEG יש שסתום סולנואיד המסוגל לנתק את אספקת הדלק. בדרך כלל, גז מסופק ל-TEG מצינורות גז המחוברים לבתים של אנשי קו.

הגנרטור TGG-10 בעצם אינו שונה עקרונית מגנרטורים לשימוש כללי, הוא משתמש רק במבער גז במקום מנורת נפט. ה-TEG TGG-16 משתמש בשיטה משופרת של הסרת חום מגזים חמים באמצעות דיסקים מחוררים. התוכנית של TEG זה מוצגת באיור. 7.8.

גנרטורים אלה מחוממים לטמפרטורת פעולה תוך פחות מ-30 דקות. צריכת הגז (7000 - 8000 קק"ל למטר) היא 0,1 - 0,2 מ"ק לשעה. יעילות תרמית נמוכה במתקנים אלה הוא חסר משמעות, מכיוון שצריכת הגז זניחה, העיקר הוא אמינות ופשטות, עלויות תפעול נמוכות.

גנרטורים תרמיים
איור.7.8. ערכת TEG מסוג TGT-16: 1 - thermopile; 2 - העברת חום; 3 - סנפיר קירור; 4 - דיסקים להעברת חום; 5 - אוגן אסבסט; 6 - מבער גז; 7 - צינור גז

3. גנרטורים טרמו-אלקטריים המופעלים באנרגיה סולארית

TEG סולארי לצורכי חלל. TEG, שהסכמה שלו מוצגת באיור. 7.9 מבוסס על שימוש ב-TEEL קטן בנפח של כ-2,5 מ"מ, המונח בין שתי לוחות מקבילים (לדוגמה, רדיד מתכת) בכמות של כ-3 חתיכות. לכל 3000 מ"ר; TEEL מבודדים מהצלחות ומחוברים בסדרה-מקביל. בחלל החיצון, לוח אחד הפונה לשמש מתחמם עד 1 מעלות צלזיוס, בעוד שלאחר (צמתים קרים) יש טמפרטורה של כ-2 מעלות צלזיוס. כל TEEL בעיצוב זה יכול להפיק הספק של כ-300 MW עם יעילות של כ-70%. 10 מ"ר של פאנל תרמו-אלקטרי של הדגם שוקל 2 ק"ג ויכול לייצר כ-1 - 2 W/m של חשמל. גנרטור סולארי כזה לחללית נעשה בצורה של קסטה עם משטח של 10 ס"מ עם 30 שורות TEEL, 40 TEEL בכל שורה. הוא התאפיין בהספק של 30 וואט חשמל כאשר הוא מחומם על ידי השמש בחלל החיצון.

TEG סולאריים עם משטחי חימום שטוחים אינם מאפשרים להשיג יעילות טובה של TEEL (במיוחד בתנאים יבשתיים) עקב הפרשי טמפרטורות קטנים בין צמתים חמים לקרים. את התוצאות הטובות ביותר ניתן להשיג באמצעות רכזי אנרגיה סולארית, אם כי זה מסבך את התכנון.

גנרטורים תרמיים
איור.7.9. פאנל TEG על אנרגיה סולארית: 1 - פאנל קר; 2 - TEEL; 3 - פאנל חם; 4 ו-5 - מובילים שוטפים

4. גנרטורים טרמו-אלקטריים עם רכזי אנרגיה סולארית

כפי שכבר צוין, היעילות של TEEL גדלה ביחס להפרש הטמפרטורות בין הצמתים החמים והקרים ובנוסף, לטמפרטורה המוחלטת של הצומת החם. לכן, עלייה ניכרת ביעילות התרמית של ה-TEG מושגת על ידי שימוש בריכוזי אנרגיה סולארית, המאפשרים להעלות את הטמפרטורה של הצומת החם של ה-TEEL עד ל-1000°C.

גנרטור סולארי תרמו-אלקטרי עם רכז הוא תרמופיל המותקן באזור המוקד של מראה כדורית או גלילית (איור 7.10). קרני השמש הנאספות על ידי המראה מופנות אל פני השטח של הצמתים החמים ומחממות אותם. צמתים קרים מקוררים על ידי אוויר, רדיאטורים מים או באמצעות קרינה.

פותחו דגמים שונים של TEG סולארי עם רכזי חום, כולל כאלו עם רכזים גדולים וקטנים ועם מצברי חום. חסרון רציני של TEG סולאריים עם רכזי אנרגיה הוא העלות הגבוהה של הרכזים עצמם.

גנרטורים תרמיים

1 - רפלקטור פרבולי; 2 - מקלט חום סולארי; 3 - TEEL; 4 - גוף קירור

גנרטורים תרמיים עם כמה מקורות חום אחרים

האפשרות להשתמש במקורות חום אחרים, הן בהפרשי טמפרטורה גדולים והן בהפרשי טמפרטורות קטנים, להפקת חשמל באמצעות TEEL (מים גיאותרמיים, חום גוף האדם, גזי פליטה ממשגרי רקטות וכו') מצאה את יישומו במספר תכנוני TEG ייחודיים. עבורם, החומרים התרמו-אלקטריים המתאימים ביותר עם גורם איכות גבוה בטמפרטורות נמוכות. חומרים כאלה כוללים טלוריד עופרת בתוספת של 0,1% נתרן, שגורם האיכות שלו הוא 0,8-10^-3 (דרגה)^-1 ב-200 מעלות צלזיוס ו-1,410^-3 (דרגה)^-1 ב-0 מעלות צלזיוס.

השימוש בחום ממים גיאותרמיים יכול להיות בעל חשיבות מעשית רבה. נוצרו דוגמאות ניסיוניות של TEG המתאימות לשימוש בחום של מעיינות חמים טבעיים. ניתן לפצות על היעילות התרמית הלא מספיק גבוהה של תחנת כוח גיאותרמית תרמו-אלקטרית כזו על ידי הפשטות והאמינות של ה-TEG, היכולת לפעול ללא אנשי תחזוקה.

ניתן להשתמש בחום של גוף האדם גם כדי ליצור הפרש טמפרטורה בין הצמתים החמים והקרים של ה-TEEL. TEGs כאלה העשויים מ-TEMs טובים מסוגלים לספק הספק של 0,01 W או יותר אם הפרש הטמפרטורות הוא בערך 40 - 50 מעלות צלזיוס. כמה עשרות TEELs מיניאטוריים יוצרים צמיד גמיש הנלבש על פרק כף היד. TEG כזה יכול לספק כוח למקלט ומשדר בעלי טרנזיסטור, במיוחד באקלים קר.

דוגמה נוספת למכשירים מסוג זה הוא מקלט הרדיו היפני במצב מוצק, שאינו זקוק לסוללות או מצברים גלווניים. יש כאן מכשיר תרמו-אלקטרי המספק את הזרם החשמלי הדרוש אם מניחים את התרמופלייט על היד.

מחבר: Magomedov A.M.

ראה מאמרים אחרים סעיף מקורות אנרגיה חלופיים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מצבר כבידה בקנה מידה גדול בנוי 04.08.2023

כספת האנרגיה של שוויץ הכריזה על השלמת והפעלת המתקן המסחרי הראשון בעולם לאגירת אנרגיה כבידה. הסוללה הייחודית הזו נבנתה בסין והיא בעלת קיבולת של 25 מגה וואט וקיבולת של 100 מגוואט. עקרון הפעולה שלו הוא המרת אנרגיה חשמלית לאנרגיה קינטית על ידי הרמת קוביות בטון לגובה ושחרור אנרגיה זו כשהן יורדות לקרקע.

מצבר אנרגיית כבידה זה, שנבנה בסין, הוא המתקן הראשון בקנה מידה זה ובמטרה מסחרית זו. Energy Vault בנתה בעבר סוללת הדגמה של 5MW בשוויץ, אך פרויקט חדש בסין עולה עליה. בנוסף, סין כבר הביעה עניין בבניית עוד חמש סוללות כבידה דומות בקיבולת כוללת של 2 GWh.

עקרון הפעולה של מצברי כבידה דומה לתחנות כוח אחסון שאובות, אך ללא משאבות מורכבות וציוד טכנולוגי. בלוקים, במשקל של עד 24 טון, מתנשאים לגובה של עד 100 מטר ויורדים חזרה לקרקע כדי לשחרר את האנרגיה המצטברת. זהו חיץ יעיל לאחסון אנרגיה המופקת ממקורות מתחדשים כגון אנרגיית השמש והרוח.

היעילות של מערכת הכבידה של Energy Vault מתחילה ב-75% ויכולה להגיע ל-80% ומעלה. אגירת האנרגיה, כלומר הרמת בלוקים, יכולה להימשך בין שעתיים ל-2 שעות, בהתאם למשימות הספציפיות ולמקורות האנרגיה הזמינים. המערכת המוזמנת במחוז ג'יאנגסו, ליד שנגחאי, תפעל למשך 12 שעות. חיבור לרשת הולכת החשמל מתוכנן לרבעון הרביעי של השנה. הפרויקט הרשים את הרשויות המקומיות עד כדי כך שהוזמנה סוללה דומה נוספת.

עוד חדשות מעניינות:

▪ צעד לעבר ביו-אלקטרוניקה

▪ פנס Garmin Smart Bike

▪ האוקיינוסים בעולם הפכו עמוקים יותר ב-8 סנטימטרים

▪ Disney Robot Companion לרווקים

▪ ירק המקיף אדם מאטה את תהליך ההזדקנות

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר התקני מחשב. בחירת מאמרים

▪ מאמר מורידים את הידיים! ביטוי פופולרי

▪ מאמר איך פאריס הצליחה לחטוף את הלן? תשובה מפורטת

▪ מאמר עבודה על מכונת חירור-קמט. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר טורבינת רוח מרפסת. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר אל-פסק ללא שנאי, 220/3 וולט 300 מיליאמפר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר