Термогенератор электрический: Термоэлектрические генераторы — RIF

Термогенераторы из «Сколково» будут в 3 раза эффективнее

В состав резидентов инновационного центра «Сколково» вошла компания «СмС тензотерм Рус», разработки которой позволят создать следующее поколение тензорезисторов (датчиков давления) и термоэлектрических генераторов — качественно новых продуктов в области альтернативных источников электроэнергии.

В настоящее время среднегодовой спрос мирового рынка электроэнергетики – это  несколько миллионов термоэлектрических модулей (десятки миллионов долларов), тогда как в перспективе он  может достигать нескольких миллиардов. Экономически показано, что при КПД термоэлектрических генераторов, достигающих 15% (сейчас менее 10%),  последние смогут конкурировать со многими источниками энергии.

Работа «СмС тензотерм Рус» сосредоточена на создании первичных полупроводниковых преобразователей на основе уникальных свойств редкоземельного полупроводника сульфида самария. В разрабатываемых термоэлектрических генераторах на  основе сульфида самария КПД будет выше в 2-3 раза. Уже сейчас этот показатель приближается к 40-50%.

Проект направлен на решение проблемы удовлетворения потребностей техники, связанных с переводом ее на более современный уровень. Эффективным путем решения проблемы является внедрение нового материала для первичных полупроводниковых преобразователей, свободного от недостатков, присущих существующим материалам, как в сфере их производства, так и эксплуатации. Оптимальными в этом смысле являются, на наш взгляд, полупроводниковые материалы на основе сульфида самария, имеющие физические предпосылки для обеспечения высокой технологичности производства полупроводниковых структур на их основеговорит научный руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ФТИ им. Иоффе РАН Владимир Каминский

Для работы существующих аналогов необходимо создание больших градиентов температуры. Термоэлектрический генератор на основе сульфида самария не нуждается в нем, т.к. работает при равномерном нагреве. Охладители, разработанные по тому же принципу, будут обладать возможностью отводить тепловую энергию в виде электрического тока. При этом появится возможность вторичного использования электрической энергии.

Для создания производственной линии, рассчитанной на выпуск 200 тыс.  тензорезисторов в год, и продолжения исследований в области термоэлектрогенерации командой проекта в марте этого года были привлечены венчурные инвестиции компании «ВТБ-Капитал». «СмС тензотерм Рус» также готовит заявку на получение гранта «Сколково».

Самарий сульфид — это новый вид полупроводника, который был известен с 1960-х гг. Единственный научный институт, который работал в этой сфере, – Физико-технический институт им. Иоффе. В середине 2000-х гг., через 30 лет исследований,  коллектив одной лишь кафедры сделал фундаментальное открытие о свойствах данного материала. В частности, было открыто свойство, позволявшее создавать термоэлектричество, то есть тепло переводить в электричество, — очень эффективно, и это единственная альтернатива классическому эффекту Зеебекаговорит руководитель Департамента венчурных инвестиций «ВТБ Капитал» Айдар Калиев

Если опыт проектирования и производства термоэлектрических генераторов на основе структур SmS компанией только накапливается, разработка тензорезисторов близка к выводу на рынок. Новые тензорезисторы уже обладают более широким диапазоном выходных сопротивлений и рабочих температур, что способно расширить существующие возможности применения тензометрии в таких областях, как солнечная и ядерная энергетика, аэрокосмическая промышленность, строительство и машиностроение.

Поддержка инновационных проектов является одним из приоритетных направлений работы Кластера энергоэффективных технологий Фонда «Сколково». Так, в настоящее время Кластер проводит конкурс инновационных проектов в сфере генерации и накопления электрической и тепловой энергии, финалисты которого смогут представить свои разработки потенциальным инвесторам 26 сентября в рамках заключительного круглого стола.

Справочная информация:

Тензорезистор — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов.

Термоэлектрогенератор — это техническое устройство, предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).

Фонд «Сколково»

Фонд развития центра разработки и коммерциализации новых технологий «Сколково» — некоммерческая организация, созданная по инициативе главы государства в сентябре 2010 г. Цель Фонда – мобилизация ресурсов России в области современных прикладных исследований, создание благоприятной среды для осуществления научных разработок по пяти приоритетным направлениям технологического развития: энергетика и энергоэффективность, космос, биомедицина, ядерные и компьютерные технологии. Проект подразумевает создание Сколковского института науки и технологий (Сколтеха), исследовательских институтов, бизнес-инкубатора, центра передачи технологий и коммерциализации, представительств зарубежных компаний и R&D-центров, жилых помещений и социальной инфраструктуры, а также последующее распространение эффективного режима на другие инновационные регионы России. Деятельность инновационного центра «Сколково» регулируется специальным законом, который предоставляет его резидентам особые экономические условия.

Сайт Фонда «Сколково»: www.sk.ru

Контакты:

Роман Щербаков

Пресс-служба Фонда «Сколково»

Тел./tel.: +7 (495) 967 01 48, доб./ext. 2260

Факс/fax: +7 (495) 967 01 96

E-mail: [email protected]

www.sk.ru

Термоэлектрический генератор. Термогенератор » общие сведения об устройстве и работе.

Термоэлектрический генератор (термогенератор) — это электрическое устройство, что способно на прямое преобразование тепловой энергии в электрический ток по средствам использования в своей конструкции термоэлементов (различных комбинаций материалов образующих термопары). Принцип действия термогенератора основан на эффекте термо-ЭДС Зеебека, суть которого заключается в преобразовании энергии за счёт разности температур на разных частях устройства, результатом чего становится появление электродвижущей силы на клеммах.

Главный секрет данного эффекта заключается в следующем явлении — при нагревании проводника, электроны внутри данного вещества получают дополнительную энергию, после чего они более активней начинают себя вести. То есть, как мы помним электроны это элементарные частицы которые вращаются вокруг атомов и имеют отрицательный заряд «-». Два тела, имеющие одинаковый вид заряда, стремятся оттолкнуться друг от друга. При нормальной температуре, электроны атома обладают малой энергией, что соответствует определённой силе отталкивания (друг от друга). При повышении температуры, у электронов буде повышаться и их энергия, что повысит и силу взаимного отталкивания.

А теперь посмотрим, как можно использовать данный эффект для получения электричества. Возьмем полупроводник, состоящий из слоя «n» и «p». У первого внутри избыток электронов, у второго их недостаток. При соединении их друг с другом между ними образуется пограничная зона, которая препятствует переходу электронов в то место, где их не хватает. Тут то и пригодится нам температура. Мы просто начинаем подогревать границу межу двух зон, что даёт электронам дополнительную силу для осуществления перехода с одной зоны в другую. Но в том месте, откуда электроны ушли, естественно, образовался положительный заряд, а туда, куда они пришли, отрицательный. Вот и получили мы с Вами нашу термо-ЭДС. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.

А теперь о самой конструкции термоэлектрического генератора. Есть два полупроводниковых элемента в виде кубиков (слои «n» и «p»). С одной стороны они соединены проводником. Над проводником электроизоляционный слой (который хорошо проводит тепло). Над изоляцией находится слой принимающий тепло. С другой стороны полупроводника каждому из переходов также подсоединен проводник, но он не соединят зоны «n» и «p», а служит контактными выводами. За ним изолятор, после которого слой для охлаждения. В целом получаем две пластины для подогрева и для охлаждения, между которыми через изоляцию расположен полупроводник с отходящими от него контактными выводами.

Данные термогенераторы, к сожалению, обладают очень малым коэффициентом полезного действия (единицы процентов). Следовательно, для масштабного производства электроэнергии их использовать нецелесообразно. Но поскольку, в целом, сам принцип получения электричества подразумевает простоту, вдобавок к этому у способа такие преимущества как — полностью экологичен и безопасен, конструктивно прост и надёжен, не требует особого обслуживания, минимальные габариты, мобильность и т. д., то устройству нашлось иное применение.

Допустим, Вы поехали отдохнуть на природу, и в течение довольно длительного времени у Вас не будет возможности подзарядить свой мобильник от электросети. В этом случае и пригодится термоэлектрический генератор, сделанный самодельно из «модулей Пельтье». Он по размерам около двух пачек сигарет. Тепло для него можно брать от костра или от раскалённых углей. При сборке нескольких модулей можно получить достаточную мощность для питания фонариков, мобильников, приёмников, цифровых фотоаппаратов и т.д.

Что касается модуля Пельтье — это термоэлектрическое устройство что предназначено для охлаждения компьютерных процессоров. Оно продаётся в компьютерных магазинах и стоит довольно дёшево. Изначально оно работает так: при подключении к нему электропитания, на одной плоскости данного модуля начинает выделяться тепло, а на другой, холод. Но этот модуль обладает и обратным действием, то есть, если одну из его сторон нагреть, а вторую охладить, то на выводах появиться постоянное напряжение. Спаяв и добавив к данному модулю стабилизатор, можно его использовать, как источник питания для цифровых устройств.

P.S. Одно время даже выпускались теплоэлектрогенераторные насадки для керосиновых ламп. Они вполне могли обеспечивать электропитанием транзисторные радиоприемники.

Создано зарядное устройство, использующее тепло тела

https://ria.ru/20210210/zaryadka-1596874455.html

Создано зарядное устройство, использующее тепло тела

Создано зарядное устройство, использующее тепло тела — РИА Новости, 10.02.2021

Создано зарядное устройство, использующее тепло тела

Ученые из Китая и США разработали недорогое компактное устройство, преобразующее естественное тепло человеческого тела в электрическую энергию. Его можно носить РИА Новости, 10.02.2021

2021-02-10T22:00

2021-02-10T22:00

2021-02-10T22:00

наука

технологии

электроника

сша

китай

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21. img.ria.ru/images/07e5/02/0a/1596856896_0:416:2789:1985_1920x0_80_0_0_675dfa367d671a51401986af9df41677.jpg

МОСКВА, 10 фев — РИА Новости. Ученые из Китая и США разработали недорогое компактное устройство, преобразующее естественное тепло человеческого тела в электрическую энергию. Его можно носить как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается кожи, а мощности хватает для питания электронных часов или фитнес-трекера. Описание разработки приведено в журнале Science Advances.Новое устройство эластично, может самовосстанавливаться при повреждении, полностью перерабатывается и не требует подзарядки от сети. Оно представляет из себя миниатюрный термоэлектрический генератор, использующий человеческое тело в качестве биологического аккумулятора. «Каждый раз, когда вы используете батарею, вы ее разряжаете, и, в конце концов, вам придется ее заменить. Наше термоэлектрическое устройство хорошо тем, что его можно носить постоянно, — приводятся в пресс-релизе Университета Колорадо в Боулдере слова руководителя исследования Сяо Цзяньляна (Jianliang Xiao), доцента кафедры машиностроения. — В будущем мы хотим иметь возможность питать носимую электронику без необходимости заряжать аккумулятор».Устройство может генерировать около одного вольта энергии на каждый квадратный сантиметр кожного пространства. Авторы подсчитали, что термогенератор в виде браслета на руке человека, совершающего быструю прогулку, может вырабатывать около 5 вольт электричества — больше, чем батарейки многих часов.»Во время пробежки или упражнений ваше тело нагревается, и это тепло излучается в прохладный воздух вокруг вас. Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом и могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду», — объясняет ученый.Основу конструкции составляет эластичный материал полиимин, в который встроены тонкие термоэлектрические чипы, соединенные жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом или модным кольцом в стиле хай-тек и миниатюрной компьютерной платой.Добавив больше генераторных блоков, можно легко увеличить мощность. Поэтому авторы сравнивают дизайн устройства с детским конструктором Lego.»К тому же всегда можно объединить меньшие единицы в более крупные, все равно что собрать кучу маленьких деталей Lego в большую конструкцию. Это дает множество возможностей для настройки», — говорит Сяо.Этот проект — не первая попытка ученых под руководством Сяо Цзяньляна объединить человека и электронику. Ранее они экспериментировали с разработкой «электронной кожи» — гибких носимых устройств, которые выглядят и ведут себя так же, как настоящая человеческая кожа. Однако для их работы был необходим внешний источник энергии.Как и «электронная кожа», новые устройства чрезвычайно устойчивы к внешним воздействиям и самовосстанавливаются, как биологическая ткань. Например, если термогенератор в виде браслета порвется, достаточно просто соединить разорванные концы между собой и крепко сжать, чтобы они снова «срослись». А когда устройство отработает свой срок, его можно опустить в специальный раствор, который растворит полииминовую основу, а генераторные блоки — использовать повторно.

https://ria.ru/20201110/sverkhprovodnik-1583917845.html

https://ria.ru/20210202/skovoroda-1595695250.html

сша

китай

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e5/02/0a/1596856896_0:0:2731:2048_1920x0_80_0_0_caa23fec72539e984ef2171206233e52.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

технологии, электроника, сша, китай

МОСКВА, 10 фев — РИА Новости. Ученые из Китая и США разработали недорогое компактное устройство, преобразующее естественное тепло человеческого тела в электрическую энергию. Его можно носить как кольцо, браслет или любой другой аксессуар, который касается кожи, а мощности хватает для питания электронных часов или фитнес-трекера. Описание разработки приведено в журнале Science Advances.

Новое устройство эластично, может самовосстанавливаться при повреждении, полностью перерабатывается и не требует подзарядки от сети. Оно представляет из себя миниатюрный термоэлектрический генератор, использующий человеческое тело в качестве биологического аккумулятора.

«Каждый раз, когда вы используете батарею, вы ее разряжаете, и, в конце концов, вам придется ее заменить. Наше термоэлектрическое устройство хорошо тем, что его можно носить постоянно, — приводятся в пресс-релизе Университета Колорадо в Боулдере слова руководителя исследования Сяо Цзяньляна (Jianliang Xiao), доцента кафедры машиностроения. — В будущем мы хотим иметь возможность питать носимую электронику без необходимости заряжать аккумулятор».

Устройство может генерировать около одного вольта энергии на каждый квадратный сантиметр кожного пространства. Авторы подсчитали, что термогенератор в виде браслета на руке человека, совершающего быструю прогулку, может вырабатывать около 5 вольт электричества — больше, чем батарейки многих часов.

10 ноября 2020, 13:36НаукаСозданы наноразмерные сверхпроводники на основе ДНК

«Во время пробежки или упражнений ваше тело нагревается, и это тепло излучается в прохладный воздух вокруг вас. Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом и могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду», — объясняет ученый.

Основу конструкции составляет эластичный материал полиимин, в который встроены тонкие термоэлектрические чипы, соединенные жидкими металлическими проводами. Конечный продукт выглядит как нечто среднее между пластиковым браслетом или модным кольцом в стиле хай-тек и миниатюрной компьютерной платой.

Добавив больше генераторных блоков, можно легко увеличить мощность. Поэтому авторы сравнивают дизайн устройства с детским конструктором Lego.

«К тому же всегда можно объединить меньшие единицы в более крупные, все равно что собрать кучу маленьких деталей Lego в большую конструкцию. Это дает множество возможностей для настройки», — говорит Сяо.

Этот проект — не первая попытка ученых под руководством Сяо Цзяньляна объединить человека и электронику. Ранее они экспериментировали с разработкой «электронной кожи» — гибких носимых устройств, которые выглядят и ведут себя так же, как настоящая человеческая кожа. Однако для их работы был необходим внешний источник энергии.

Как и «электронная кожа», новые устройства чрезвычайно устойчивы к внешним воздействиям и самовосстанавливаются, как биологическая ткань. Например, если термогенератор в виде браслета порвется, достаточно просто соединить разорванные концы между собой и крепко сжать, чтобы они снова «срослись». А когда устройство отработает свой срок, его можно опустить в специальный раствор, который растворит полииминовую основу, а генераторные блоки — использовать повторно.

2 февраля 2021, 19:00НаукаФизики объяснили, почему еда прилипает к антипригарной сковороде

New! Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR для ТЭС когенерационные установки малой мощности цена

Термоэлектрические генераторы постоянного тока KIBOR предназначены для преобразования тепла в электричество. Мы представляем готовое решение по повышению общего кпд энергетической системы  и утилизации избыточного тепла вырабатываемого в тепловых пунктах, котлах и котельных установках, ТЭЦ и ТЭС для выработки электроэнергии, что и позволяет реализовать когенерационные установки.

Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR  преобразует бросовую тепловую энергию

высокотемпературные термоэлектрический генератор постоянного тока

в полезную электрическую. Термоэлектрический преобразователь KIBOR состоит из девяти

среднетемпературный преобразователь термоэлектрический

металлических секций. Через 3 секции циркулирует горячее масло, через 6 секций прокачивается

генератор термоэлектрический модуль цена

вода для охлаждения. В задней части модуля находится металлический резервуар с горячим

когенерационные установки цена

маслом. Выходные провода цвет: плюс – красный, минус — черный. Термоэлектрический

когенерационные установки малой мощности

преобразователь может генерировать более 500 Вт если источником тепла является температура более 280℃.

ДОСТОИНСТВА. Термоэлектрический генератор постоянного тока KIBOR:

+ Необслуживаемые системы со сроком службы не менее 10 лет.

+ Бесшумная работа.

+ Круглосуточная выработка электроэнергии.

ОТЗЫВЫ Термоэлектрические генераторы постоянного тока KIBOR

ЗАПРОСЫ, ВОПРОСЫ, ОТВЕТЫ, НОВОСТИ

1.   Для каких тепловых станций подходят термоэлектрические генераторы постоянного тока?

— термоэлектрические генераторы подходят для всех типов тепловых станций, где есть температура более 350°С, например: газовые теплостанции, на угле, газотурбинные теплоэлектростанции, бензиновые и дизельные мини электростанции,  на биогазе и пеллетах, электростанции на топливных элементах  и даже заводы по утилизации мусора (мусоросжигающие заводы), там где можно реализовать когенерационные установки.

2. Какие перспективы применения высокотемпературных среднетемпературных термоэлектрических генераторов постоянного тока?

— перспективно применение термоэлектрических генераторов постоянного тока для реализации когенерационных установок в автономных тепло электростанциях на дровах и опилках, ТЭЦ на угле, тепло электрогенераторах на пеллетах и торфе и других энергетических установках по утилизации древесных, бытовых и промышленных отходов.

3. Какой максимальный срок эксплуатации и есть ли скидки на термоэлектрические модули?

Эффективность термоэлектрических генераторов снижается через 10 лет на 5-10%, через 20 лет на 10-20%, через 30 лет снижение более 30%. Скидки на модули при заказе от 10 шт конечно есть!

4.  Какие нормативные документы по энергосбережению?

— ФЗ РФ «О теплоснабжении» от 27 июля 2010 г. N 190

статья 3: Обеспечение приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для организации теплоснабжения.

— ФЗ РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» статья 14

— Постановление Правительства Российской Федерации от 31 декабря 2009 г. № 1225 «О требованиях к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности».

АТБ Пром. Промышленное окрасочное оборудование: разработка, производство, подбор, монтаж

Выбор теплогенератора HITTER для печей сушки и полимеризации на газу, дизеле или электрическом нагревеHITTER G (газовый теплогенератор)Самый дорогой теплогенератор по первоначальным вложениям.
 
Плюсы: Самый выгодный в эксплуатации теплогенератор с точки зрения затрат в год.  Возможно применение дизельных горелок без замены теплогенератора.
Минусы: Не ко всем производствам подведен магистральный газ.. Потребуются вложения в газгольдер или подвод газа. HITTER D  (дизельный теплогенератор)

Плюсы: Независимость от подачи газа. Возможность переключиться в будущем на газ, просто поменяв горелку на газовую.  Когда проведут магистральный газ, то переключение с дизеля на газ будет элементарным.
Минусы: Дизель дороже газа. HITTER E (электрический теплогенератор)Самый дешевый теплогенератор с точки зрения первоначальных затрат (в зависимости от модели, примерно, в 6-7 раз дешевле газового).Плюсы:   Если сломается один из тэнов теплогенератора, то его легко заменить. Устройство теплогенератора обеспечивает легкий доступ и обслуживание. Возможность в будущем перейти на газ или дизель. Возможно сделать энергонезависимую печь, установив одновременно HITTER D\G на топливе и электротеплогенератор HITTER E. 
Минусы: Часто есть ограничения по мощности. Могут быть перебои с электричеством. Электричество - самый дорогой энергоноситель.

• За дополнительной информацией обращайтесь по тел.+7(812)716-30-98 и +7 (812)643-28-57 или заполняйте бланк технического задания (скачать внизу страницы) и отсылайте запрос на электронную почту 
   Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
   

Сенсоры будущего смогут работать от термогенераторов / Хабр

Французские физики разработали архитектуру миниатюрного компьютерного устройства, которому не нужно менять батарейки. Оно извлекает энергию прямо из окружающей среды, за счет нагревания своего корпуса. Такое возможно благодаря эффекту Зеебека: генерация тока на разности температур между двумя металлическими пластинами.

Сенсоры сами по себе являются ключевым элементом киберпанковского видения будущего. Предполагается, что они будут внедрены во все значимые объекты физического мира, подключены к единой Сети и снабжены IP-адресами (для этого внедряется протокол IPv6). В такой ситуации возникает только одна проблема: как запитывать эти устройства? Если сенсоры на поверхности человеческого тела или внутри него могут питаться от распада глюкозы, то что делать с сенсорами, поблизости от которых нет питательного биологического материала?

Ученые из Гренобля (Франция) представили результаты своей работы на Международной конференции по полупроводниковым микросхемам. Показанная ими схема описывает миниатюрное зарядное устройство, которое собирает энергию из окружающей среды. Главной его частью является 1-вольтовый термоэлектрический генератор для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Кроме него, имеется радиоприемник энергии (RF power receiver), преобразователь электричества (конвертер), монитор разрядки (потребляет всего 5 нановатт) и микробатарея для накопления заряда. Микробатарея площадью 30 кв. мм состоит из тонких пленок поверх кремниевой микросхемы, пишет EE Times.

По мнению ученых, термоэлектрический генератор идеально подходит для автономного питания сенсоров. Он не требует человеческого вмешательства, не имеет движущихся механических частей. Преобразование тепловой энергии в электрическую основано на эффекте Зеебека: в закрытой системе между двумя металлами с разной температурой возникает электрический ток. Французский термоэлектрогенератор имеет мощность 4 мВт на кв. см. поверхностей с разностью температур 1°C. При разности температур 60°C создается напряжение в 1 В. Около 78% энергии, собранной с генератора, попадает в батарею.

Автономные устройства, оснащенные подобными зарядными устройствами, смогут обеспечивать себя энергией на протяжении всего срока эксплуатации. Это критически важная технология для создания интеллектуальной окружающей среды и программных приложений на ее основе.

Кстати, не только французские ученые работают в этом направлении. Их коллеги из немецкой компании EnOcean уже готовят коммерческую версию аналогичного продукта.

Самодельный термогенератор с нагревом с помощью пара

Этим вопросом я задался, когда готовился пойти в поход на байдарках на две недели. Электроэнергия требовалась, прежде всего, для восполнения заряда аккумуляторов в фотоаппаратах, а также аккумуляторов в фонарях.

Дамы и Господа, знакома ли Вам такая замечательная вещь, как термоэлектрические модули Пельтье? Это достаточно распространенные в наше время устройства, широко используемые любителями компьютерного «разгона» для экстремального охлаждения деталей своих компьютеров.

Суть идеи заключается в том, что это по форме плоский полупроводниковый прибор, имеющий два провода «+» и «-«, а также две поверхности – «горячую» и «холодную». Если пропускать через него постоянный ток, то «холодная» сторона будет охлаждаться, а «горячая» нагреваться – прибор работает как тепловой насос. По паспорту, разность температур может достигать 60 градусов. Это значит, что например, если «горячую» сторону охлаждать до температуры 20 градусов (комнатная температура), то «холодная» сторона остынет до минус 40 градусов. Если поменять местами «+» и «-«, «горячая» и «холодная» стороны также меняются местами и тепловой поток меняет направление.

Но оказывается, у этих модулей имеется еще одна интересная особенность: если приложить к ним разность температур, то они начинают давать электрический ток! Именно на этом эффекте и предполагалось создать портативный источник электроэнергии для похода.

Так как в походе обязательно есть костер и кипящая вода, предполагалось в качестве «горячего» источника тепла использовать пар, а в качестве «холодного» – холодную воду.

Итак, пар по трубкам (в одну входит, из другой выходит)

попадает в специальный теплообменник, изготовленный из алюминиевой пластины толщиной 10мм

Все отверстия в этом теплообменнике соединяются только одним каналом, а в сборе с трубками, которые ввернуты и вклеены в него с помощью эпоксидного компаунда, это выглядит так:

Теплообменник имеет размеры в точности по размеру модулей Пельтье. Модули прижимаются к теплообменнику с двух сторон четырьмя винтами (изначально винтов предполагалось восемь, но в результате моей недальновидности и конструкторской бездарности двум из них помешали паровые трубки, а другие два с противоположной стороны решено было не устанавливать, чтобы избежать перекоса),

поэтому отверстия в теплообменнике и канальцы между ними образуют систему сообщающихся паровых камер. Войдя в одну трубку, пар проходит по единственно возможному пути последовательно через каждую паровую камеру, образованную объемами отверстий в теплообменнике, и выходит через вторую трубку. Тепло от пара передается модулю при непосредственном контакте с его поверхностью (на площади, равной суммарной площади отверстий в теплообменнике) и через материал теплообменника.

Для прижатия модулей Пельтье к теплообменнику и для отвода тепла к «холодному» источнику тепла используются алюминиевые пластины толщиной 5мм

Для предотвращения попадания охлаждающей воды внутрь модулей Пельтье, вся сборка герметизирована полупрозрачным силиконовым затекающим герметиком

Теперь осталось только пустить пар по трубкам, а саму сборку опустить в емкость с холодной водой. Однако, в результате экспериментов на кухонной плите выяснилось, что напряжения, которое выдает эта система, недостаточно для полноценного заряда аккумуляторов. «Холодная» вода в охлаждающей емкости быстро нагревается, разница температур уменьшается и напряжение еще более снижается. Кроме того, для полноценной зарядки аккумуляторов требуется достаточно продолжительное время, исчисляемое часами (от слова «час», а не «часы»), как показала практика, в походных условиях при дождливой погоде не всегда удается развести хороший огонь и вскипятить воду, не говоря уже о паропроизводстве в течение нескольких часов.

Поэтому данная система так и осталась не задействована, а вместо нее была собрана другая – на солнечных батареях. В ее состав входит сборка солнечных элементов, которую можно свернуть в «трубочку»

и блок-стабилизатор для обеспечения необходимого напряжения для заряда Li-ION аккумулятора

Как затем показала практика эксплуатации – это решение вполне пригодно для исполнения своих функций.

Как работают термоэлектрические генераторы — Applied Thermoelectric Solutions LLC

Как работают термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) — это твердотельные полупроводниковые устройства, которые преобразуют разницу температур и тепловой поток в полезный источник постоянного тока. Полупроводниковые устройства термоэлектрического генератора используют эффект Зеебека для генерации напряжения. Это генерируемое напряжение управляет электрическим током и производит полезную мощность на нагрузке.

Модуль термоэлектрического генератора

Термоэлектрический генератор — это не то же самое, что термоэлектрический охладитель.(также известный как TEC, модуль Пельтье, чипы охлаждения, твердотельное охлаждение)

Термоэлектрический охладитель работает наоборот термоэлектрического генератора. Когда на термоэлектрический охладитель подается напряжение, возникает электрический ток. Этот ток вызывает эффект Пельтье. Благодаря этому тепло перемещается с холодной стороны на горячую. Термоэлектрический охладитель также является твердотельным полупроводниковым прибором. Компоненты такие же, как у термоэлектрического генератора, но конструкция компонентов в большинстве случаев отличается.

В то время как термоэлектрические генераторы используются для выработки энергии, термоэлектрические охладители (охладители Пельтье) используются для отвода или добавления тепла. Термоэлектрическое охлаждение находит множество применений в охлаждении, обогреве, охлаждении, контроле температуры и терморегулировании.

В центре внимания остальных постов — термоэлектрические генераторы.

Как термоэлектрический генератор использует эффект Зеебека?

Основным строительным блоком термоэлектрического генератора является термопара.Термопара состоит из одного полупроводника p-типа и одного полупроводника n-типа. Полупроводники соединены металлической полосой, которая соединяет их последовательно. Полупроводники также известны как термоэлементы, кубики или гранулы.

Пара термоэлектрических генераторов
Термоэлектрический генератор (гранулы, кубики, полупроводники, термоэлементы)

Эффект Зеебека — это прямое преобразование энергии тепла в потенциал напряжения. Эффект Зеебека возникает из-за движения носителей заряда внутри полупроводников.В легированных полупроводниках n-типа носителями заряда являются электроны, а в легированных полупроводниках p-типа носителями заряда являются дырки. Носители заряда диффундируют от горячей стороны полупроводника. Эта диффузия приводит к скоплению носителей заряда на одном конце. Это накопление заряда создает потенциал напряжения, который прямо пропорционален разнице температур в полупроводнике.

Носители заряда термоэлектрических генераторов

Какие полупроводниковые материалы используются для термоэлектрических генераторов?

Для термоэлектрических генераторов обычно используются три материала.Эти материалы представляют собой теллурид висмута (Bi2Te3), теллурид свинца (PbTe) и кремний-германий (SiGe). Какой материал используется, зависит от характеристик источника тепла, радиатора и конструкции термоэлектрического генератора. Многие материалы для термоэлектрических генераторов в настоящее время проходят исследования, но еще не реализованы.

Теллурид сурьмы и висмута (BiSbTe)

Что такое модуль термоэлектрического генератора?

Для создания модуля термоэлектрического генератора многие пары p-типа и n-типа электрически соединяются последовательно и / или параллельно для создания требуемых электрического тока и напряжения.Пары помещаются между двумя параллельными керамическими пластинами. Пластины обеспечивают жесткость конструкции, плоскую поверхность для монтажа и диэлектрический слой для предотвращения коротких замыканий.

Модуль термоэлектрического генератора

Кто открыл эффект Зеебека? Когда был обнаружен эффект Зеебека?

До недавнего времени считалось, что Томас Зеебек открыл то, что сегодня известно как эффект Зеебека. Сейчас считается, что Алессандро Вольта открыл эффект Зеебека за 27 лет до Томаса Зеебека. Открытие произошло за 224 года до написания этой статьи.

В 1794 году Алессандро Вольта провел эксперименты, в которых он придал железному стержню U-образную форму. Один конец стержня нагревали, погружая его в кипящую воду. Когда неравномерно нагретый стержень был электрически соединен с уже не живой ногой лягушки, через ногу лягушки пропускался ток, и мышцы сокращались. Считается, что это первая демонстрация эффекта Зеебека.

Алессандро Вольта

В 1821 году Томас Зеебек обнаружил, что когда одно из стыков двух соединенных разнородных металлов нагревается, стрелка компаса, расположенная на близком расстоянии, вращается.Первоначально это называлось термомагнитным эффектом. Позже было обнаружено, что напряжение и, следовательно, ток индуцировались нагревом перехода. Ток создавал магнитное поле по закону Ампера. Это индуцированное напряжение из-за нагрева перехода стало известно как эффект Зеебека.

термоэлектрический генератор энергии | Британника

термоэлектрический генератор энергии , любой из класса твердотельных устройств, которые либо преобразуют тепло непосредственно в электричество, либо преобразуют электрическую энергию в тепловую энергию для нагрева или охлаждения. Такие устройства основаны на термоэлектрических эффектах, включающих взаимодействие между потоками тепла и электричества через твердые тела.

Все термоэлектрические генераторы имеют одинаковую базовую конфигурацию, как показано на рисунке. Источник тепла обеспечивает высокую температуру, и тепло течет через термоэлектрический преобразователь к радиатору, температура которого поддерживается ниже температуры источника. Разница температур на преобразователе создает постоянный ток (DC) к нагрузке ( R _L ), имеющей напряжение на клеммах ( В, ) и ток на клеммах ( I ).Промежуточного процесса преобразования энергии нет. По этой причине производство термоэлектрической энергии классифицируется как прямое преобразование энергии. Количество произведенной электроэнергии определяется по формуле I ² R _L или V I .

Британская викторина

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Никола Тесла — мир работает на энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

Уникальным аспектом термоэлектрического преобразования энергии является то, что направление потока энергии является обратимым. Так, например, если нагрузочный резистор удален и заменен источник питания постоянного тока, термоэлектрическое устройство, показанное на рисунке, можно использовать для отвода тепла от элемента «источника тепла» и снижения его температуры. В этой конфигурации запускается обратный процесс преобразования энергии термоэлектрических устройств, в котором электроэнергия используется для перекачивания тепла и производства холода.

Эта обратимость отличает термоэлектрические преобразователи энергии от многих других систем преобразования, таких как термоэлектронные преобразователи энергии. Входная электрическая мощность может быть напрямую преобразована в перекачиваемую тепловую мощность для обогрева или охлаждения, или входная тепловая мощность может быть преобразована непосредственно в электрическую энергию для освещения, эксплуатации электрического оборудования и других работ. Любое термоэлектрическое устройство может применяться в любом режиме работы, хотя конструкция конкретного устройства обычно оптимизируется для его конкретного назначения.

Систематические исследования термоэлектричества начались примерно между 1885 и 1910 годами. К 1910 году немецкий ученый Эдмунд Альтенкирх успешно рассчитал потенциальную эффективность термоэлектрических генераторов и очертил параметры материалов, необходимых для создания практических устройств. К сожалению, металлические проводники были единственным доступным материалом в то время, что делало невозможным создание термоэлектрических генераторов с КПД более 0,5 процента. К 1940 году был разработан полупроводниковый генератор с коэффициентом преобразования 4%.После 1950 года, несмотря на активизацию исследований и разработок, повышение эффективности выработки термоэлектрической энергии было относительно небольшим: к концу 1980-х годов КПД не превышал 10 процентов. Потребуются более качественные термоэлектрические материалы, чтобы выйти за рамки этого уровня производительности. Тем не менее, некоторые маломощные разновидности термоэлектрических генераторов зарекомендовали себя как имеющие большое практическое значение. Источники, работающие на радиоактивных изотопах, являются наиболее универсальными, надежными и обычно используемыми источниками энергии для изолированных или удаленных объектов, например для записи и передачи данных из космоса.

Основные типы термоэлектрических генераторов

Термоэлектрические генераторы энергии различаются по геометрии в зависимости от типа источника тепла и радиатора, потребляемой мощности и предполагаемого использования. Во время Второй мировой войны некоторые термоэлектрические генераторы использовались для питания портативных передатчиков связи. В период с 1955 по 1965 год в полупроводниковых материалах и электрических контактах были внесены существенные усовершенствования, которые расширили практический диапазон применения. На практике для многих устройств требуется стабилизатор мощности для преобразования выходного сигнала генератора в пригодное для использования напряжение.

Генераторы были построены для использования природного газа, пропана, бутана, керосина, топлива для реактивных двигателей и древесины, и это лишь некоторые из источников тепла. Коммерческие блоки обычно имеют диапазон выходной мощности от 10 до 100 Вт. Они предназначены для использования в удаленных районах в таких приложениях, как средства навигации, системы сбора данных и связи, а также катодная защита, которая предотвращает коррозию металлических трубопроводов и морских сооружений электролизом.

Солнечные термоэлектрические генераторы с некоторым успехом использовались для питания небольших ирригационных насосов в отдаленных и слаборазвитых регионах мира.Описана экспериментальная система, в которой теплая поверхностная вода океана используется в качестве источника тепла, а более холодная вода глубинного океана — в качестве поглотителя тепла. Солнечные термоэлектрические генераторы были разработаны для снабжения электроэнергией орбитальных космических аппаратов, хотя они не смогли конкурировать с кремниевыми солнечными элементами, которые имеют более высокий КПД и меньший удельный вес. Тем не менее, были рассмотрены системы с тепловым насосом и генерацией энергии для теплового контроля орбитальных космических аппаратов.Используя солнечное тепло с ориентированной на Солнце стороны космического корабля, термоэлектрические устройства могут генерировать электроэнергию для использования другими термоэлектрическими устройствами в темных областях космического корабля и для рассеивания тепла от корабля.

Генераторы на атомном топливе

Продукты распада радиоактивных изотопов могут быть использованы в качестве источника высокотемпературного тепла для термоэлектрических генераторов. Поскольку материалы термоэлектрических устройств относительно невосприимчивы к ядерному излучению и поскольку источник может работать в течение длительного периода времени, такие генераторы являются полезным источником энергии для многих необслуживаемых и удаленных приложений.Например, радиоизотопные термоэлектрические генераторы обеспечивают электроэнергией изолированные станции мониторинга погоды, для сбора глубоководных данных, для различных систем предупреждения и связи, а также для космических кораблей. Кроме того, еще в 1970 году был разработан маломощный радиоизотопный термоэлектрический генератор, который использовался для питания кардиостимуляторов. Диапазон мощности радиоизотопных термоэлектрических генераторов обычно составляет от 10 ^-6 до 100 Вт.

Создайте термоэлектрический генератор, подобный генераторам, которые используются для миссий в глубоком космосе

Итак, как это работает? Почему из-за разницы температур (для разных металлов) возникает электрический ток? Я не буду вдаваться в подробности , так как это займет слишком много времени.Но вот мой суперкороткий ответ: у электрического проводника есть свободные заряды, которые могут перемещаться (в некоторой степени). Когда вы прикладываете электрическое поле, эти заряды перемещаются и создают электрический ток. Обычно мы думаем об этих зарядах как об электронах, но это может быть что-то еще. Если вы возьмете металл и сделаете один конец горячим, а другой — холодным, электроны на горячей стороне будут иметь больше энергии и двигаться дальше. Эти более горячие электроны распространяются, и на холодном конце электроны имеют меньше энергии. Степень разделения заряда зависит от конкретного металла.

Теперь возьмем другой металл с двумя концами при разных температурах. Но поскольку этот металл отличается от первого, у него будет другое разделение заряда на горячем и холодном концах. Когда эти разные металлы соединяются вместе, они образуют батарею — не очень хорошую батарею, но все же это похоже на батарею. И бум — вот и твой термоэлектрический генератор.

Если вы думаете о создании термоэлектрического генератора для питания вашего дома, у меня плохие новости.Эти вещи очень неэффективны. Чтобы извлечь из них что-то полезное, нужны довольно большие перепады температур. Однако есть и хорошие новости. Эти термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей. Отсутствие движущихся частей означает, что они маленькие и довольно надежные. И поэтому они используются в некоторых космических кораблях (например, «Вояджер», «Кассини» и др. ). Чтобы изменить температуру, космический корабль будет использовать радиоактивный источник, который остается очень горячим — вот и все. Так работает ваш радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ).Это как скрепка и генератор из медной проволоки, только лучше.

Но подождите! Есть больше. Вы можете сделать что-нибудь еще с двумя разными металлами. Что, если я использую те же два металла, но вместо того, чтобы нагревать концы до разной температуры и получать напряжение, я подключаю их к батарее? Кроме того, я опущу оба конца в воду, чтобы было немного легче измерить температуру. Чтобы получить ощутимый эффект, я сделал два изменения: я использовал нихромовую проволоку вместо стали и сделал несколько соединений последовательно.Вот как это выглядит.

Термоэлектрический генератор

Эта умная небольшая демонстрация предназначена для погружения в воду толщиной 2–3 дюйма, при этом каждая алюминиевая «ножка» погружается в одну из прилагаемых пластиковых чашек. Погрузите генератор в чашки с водой одинаковой температуры, и ничего не произойдет. Погрузите генератор в чашках с водой со значительным перепадом температуры (горячей или холодной), и вентилятор начнет вращаться через несколько минут.Он имеет 4-миллиметровые входные / выходные клеммы постоянного тока и переключатель для перенаправления электричества на / от этих клемм.Выход с этих клемм можно подключить к измерителю для измерения, что позволяет пользователю контролировать градиент температуры и выходные данные. Источник питания постоянного тока (до 6 В) можно пропустить через 4-миллиметровые клеммы, демонстрируя нагрев с одной стороны и охлаждение с другой стороны термопары. Поистине замечательный и увлекательный прибор. Незаменим для тех, кто интересуется альтернативными / возобновляемыми источниками энергии. Поставляется с полными инструкциями и образцами вопросов для студентов.

Предпосылки
Термоэлектрические генераторы — это устройства, преобразующие тепловую энергию в электричество. В этом устройстве используется термопара, зажатая между 2 алюминиевыми проводниками (алюминиевые «ножки», которые вы видите на фотографии продукта). Термопара образуется, когда два электрических проводника, состоящих из разнородных материалов, контактируют друг с другом. Термопары могут генерировать напряжение посредством процесса, называемого термоэлектрическим эффектом. Основополагающий принцип термопар, термоэлектрический эффект, был открыт Томасом Иоганном Зеебеком. Термоэлектрический эффект, иногда называемый эффектом Зеебека, возникает, когда к проводнику прикладывается температурный градиент, который создает электродвижущую силу, генерируемую поперек градиента.Величина электродвижущей силы зависит от применяемой разницы температур.

Дополнительная информация
В отличие от традиционных динамических тепловых двигателей, термоэлектрические генераторы не содержат движущихся частей и полностью бесшумны. Такие генераторы надежно использовались в течение более 30 лет без обслуживания в исследованиях дальнего космоса, таких как миссии НАСА «Вояджер». По сравнению с большими традиционными тепловыми двигателями термоэлектрические генераторы имеют более низкий КПД.Но для небольших приложений термоэлектрики могут стать конкурентоспособными, поскольку они компактны, просты (недороги) и масштабируемы. Термоэлектрические системы можно легко спроектировать для работы с небольшими источниками тепла и небольшими перепадами температур. Такие небольшие генераторы могут производиться серийно для использования в утилизации отработанного тепла в автомобилях или для совместного производства тепла и электроэнергии в домашних условиях. Термоэлектрики даже были миниатюризированы, чтобы собирать тепло тела для питания наручных часов.

Клеммы ввода / вывода 4 мм на боковой стороне для экспериментов 2 пластиковых стакана в комплекте Полные подробные инструкции и примеры упражнений включены

Размеры (д x ш x в): 2 дюйма x 1.5 «x 9» Вес: 1,2 фунта.

Энергетические системы | Энергетические и тепловые системы — НАСА RPS: Radioisotope Power Systems

Марсоход Curiosity сделал этот автопортрет, на котором в центре изображен его радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG).

Наследие разведки

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы или РИТЭГи обеспечивают электроэнергией космические корабли за счет преобразования тепла, выделяемого при распаде топлива плутония-238 (Pu-238), в электричество с помощью устройств, называемых термопарами.Поскольку в них нет движущихся частей, которые могут выйти из строя или изнашиваться, ритэги исторически считались высоконадежным источником энергии. Термопары использовались в РИТЭГах в общей сложности более 300 лет, и ни одна термопара никогда не прекращала выработку энергии.

Термопары широко используются в повседневных предметах, которые должны контролировать или регулировать их температуру, например, в кондиционерах, холодильниках и медицинских термометрах. Принцип термопары состоит из двух пластин, каждая из которых изготовлена ​​из разного металла, проводящего электричество.Соединение этих двух пластин с образованием замкнутой электрической цепи при поддержании двух переходов при разных температурах дает электрический ток. Каждая из этих пар спаев образует индивидуальную термопару. В РИТЭГе радиоизотопное топливо нагревает один из этих переходов, в то время как другой переход остается ненагретым и охлаждается космической средой или планетарной атмосферой.

Многофункциональный радиоизотопный термоэлектрический генератор

Помеченный раздельный вид, показывающий основные компоненты MMRTG или многоцелевого радиоизотопного термоэлектрического генератора.Изображение предоставлено НАСА.

Текущая модель РИТЭГа — многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор или MMRTG . Он основан на типе РИТЭГа, который ранее использовался на двух спускаемых аппаратах «Викинг» и космических кораблях «Пионер 10» и «Пионер-11» (РИТЭГ СНАП-19). Он предназначен для использования либо в космическом вакууме, либо в атмосфере планеты. Избыточная тепловая энергия от MMRTG может использоваться в качестве удобного и постоянного источника тепла для поддержания надлежащих рабочих температур космического корабля и его инструментов в холодных условиях.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL)

• Адаптивные технологии обработки поверхностей — скользкие покрытия для преобразования энергии

• Alveo Energy — батарейки на основе прусского синего красителя

• Применяемые материалы — недорогие кремниевые пластины для солнечных модулей.

• Университет штата Аризона (ASU) — электрохимическое улавливание углерода

• Bio2Electric — Электрогенеративный реактор перехода газа в жидкость

• Университет Брауна — специализированные устройства для преобразования приливной энергии

• Калифорнийский технологический институт (Калифорнийский технологический институт) — Повышение эффективности солнечной генерации с помощью солнечных модулей

• Университет Кейс Вестерн Резерв — полностью железная проточная батарея

• Ceramatec — одностадийный химический преобразователь из газа в жидкость

• Ceramatec — Среднетемпературные топливные элементы для автомобилей

• Университет штата Колорадо (CSU) — Дополнительные возможности для выращивания биоэнергетических культур

• Корнельский университет — эффективный фотобиореактор для топлива на основе водорослей

• Диоксидные материалы — преобразование CO2 в топливо и химические вещества

• Electron Energy Corporation (EEC) — Новая технология обработки постоянных магнитов

• eNova — Компрессор отработанного тепла

• Evolva — высокоэффективное авиационное топливо из терпенов.

• Институт газовых технологий (GTI) — Эффективная конверсия природного газа в метанол

• Глобальные исследования General Electric (GE) — газотрубные переключатели большой мощности

• General Electric (GE) Power & Water — лопасти ветряных турбин на тканевой основе

• Georgia Tech Research Corporation — Высокоэффективный реактор на солнечном топливе

• Georgia Tech Research Corporation — Суперконденсаторы на основе графена

• Georgia Tech Research Corporation — Производство электроэнергии с использованием наземного воздуха, нагретого солнечными батареями

• Glint Photonics — Фотогальваника с самослеживающимся концентратором

• Grid Logic — сверхпроводники большой мощности

• Гарвардский университет — Батарея Organic Flow для хранения энергии

• HexaTech — полупроводники, улучшающие поток электроэнергии

• Integral Consulting — Измерение данных о волнах в реальном времени с помощью буя для океанических волн

• Массачусетский технологический институт (MIT) — масштабируемая маломощная система очистки воды.

• Устройства MicroLink — высокоэффективные солнечные элементы

• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) — эффективные пластиковые солнечные элементы

• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) — Солнечный термоэлектрический генератор

• Otherlab — Маленькие зеркала для башенных солнечных электростанций

• Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) — Оптимизация передачи в реальном времени

• Исследовательский центр Пало-Альто (PARC) — инновационный производственный процесс для литий-ионных аккумуляторов

• Сенсорные системы растений (PSS) — лучшее сырье для биотоплива из свеклы

• Компания PolyPlus Battery — недорогие высокопроизводительные литий-серные батареи

• Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) — Эффективное преобразование природного газа

• Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) — камеры сгорания с двигателями с непрерывной детонацией

• RamGoss — высокопроизводительные транзисторы

• Политехнический институт Ренсселера (RPI) — мощный транзисторный переключатель

• Исследовательский институт треугольника (RTI) — Компактные недорогие преобразователи для природного газа

• Sharp Laboratories of America — хранение энергии на основе натрия

• Silicon Power — оптические переключатели для систем большой мощности

• Стэнфордский университет — радиационные охладители для крыш и автомобилей.

• Исследовательская компания Tai-Yang (TYRC) — высокомощный недорогой сверхпроводящий кабель

• Teledyne Scientific & Imaging — проточная батарея на основе калия с высокой плотностью энергии

• Техасская инженерная экспериментальная станция (TEES) — Электроэнергия из низкотемпературных отходов тепла

• Исследовательский центр United Technologies (UTRC) — Аддитивное производство для двигателей электромобилей

• Калифорнийский университет в Беркли (Калифорнийский университет в Беркли) — Измерение изменения фазового угла в линиях электропередач.

• Калифорнийский университет в Беркли (Калифорнийский университет в Беркли) — Устройство для быстрого моделирования энергопотребления — RAPMOD

• Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) — повышенные конденсаторы

• Калифорнийский университет в Санта-Крус (Калифорнийский университет в Санта-Крус) — Эффективный сбор концентрированной солнечной энергии

• Университет Колорадо, Боулдер (CU-Boulder) — Маломасштабные реакторы для конверсии природного газа

• Университет Делавэра (UD) — Двухмембранная проточная батарея с большой емкостью

• Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн (UIUC) — Безопасность электросетей

• Университет Миннесоты (UMN) — Ультратонкие мембраны для производства биотоплива.

• Университет Невады, Лас-Вегас (UNLV) — огнестойкие твердые электролиты

• Центр исследований энергетики и окружающей среды Университета Северной Дакоты (UND-EERC) — водосберегающее производство электроэнергии

• Университет Питтсбурга — загустители CO2 для увеличения добычи нефти и газа

• Университет Южной Калифорнии (USC) — Недорогая безметалловая проточная аккумуляторная батарея.

• Университет Теннесси, Ноксвилл (Юта) — высокопроизводительная биоинженерия просо просо

• Техасский университет в Остине (Юта Остин) — Smart Window Coatings

• Вашингтонский университет (UW) — Преобразование метана в дизельное топливо на основе микробов

• Университет Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) — Превращение солнечного света, CO2 и воды в топливо

• Материалы Vorbeck — высокоэффективные и недорогие литий-серные батареи.

• Йельский университет — замкнутая система с использованием отработанного тепла для производства электроэнергии

Принцип, механизм и материалы »Наука ABC

Мы знаем, что генераторы используются для производства электроэнергии, и большинство из нас имеет в виду, что это огромные машины с магнитным полем и ротором, который прорезает его с помощью механических сил, чтобы создать электричество. Однако что, если бы я сказал вам, что для выработки электроэнергии не всегда требуется машина с вращающимися частями? Давайте подробнее рассмотрим одно из таких устройств, широко известное как термоэлектрический генератор.

Горячая сторона термоэлектрического генератора (Фото предоставлено Gerardtv / Wikimedia Commons)

Принцип

Термоэлектрический эффект — это прямое преобразование тепла в электричество. Согласно закону Джоуля, проводник с током выделяет тепло, пропорциональное произведению сопротивления проводника на квадрат тока, проходящего через него.В 1820-х годах Томас Дж. Зеебек проверил этот закон, по-разному истолковав его. Он принес два разнородных металла, где стыки, в которых они соприкасаются, имеют разную температуру. Он заметил, что между переходами возникает напряжение, пропорциональное разнице тепла. Ток, возникающий из-за разницы температур на стыке двух разных металлов, известен как эффект Зеебека . Эффект Зеебека создает измеримые величины напряжения и тока. Плотность тока, создаваемого термоэлектрическим генератором, можно рассчитать по следующему уравнению.

Интенсивность электродвижущего поля можно рассчитать с помощью коэффициента Зеебека, который по своей природе уникален для каждого используемого материала, а дельта T — это температурный градиент. Другой эффект, который помогает описать термоэлектрический эффект, — это эффект Пельтье .

Эффект Пельтье помогает описать рассеивание или поглощение тепла при соединении проводящих материалов.В зависимости от направления потока тока тепло либо рассеивается, либо поглощается этой точкой в ​​материале.

Механизм

Эффект Зеебека создает электрический ток, когда разнородные металлы подвергаются разной температуре. Применение эффекта Зеебека лежит в основе термоэлектрических генераторов (ТЭГ) или генераторов Зеебека, которые преобразуют тепло в энергию. Напряжение, создаваемое ТЭГами или генераторами Зеебека, пропорционально разнице температур между двумя металлическими переходами.

Термоэлектрические генераторы — это твердотельные тепловые двигатели, состоящие из двух первичных переходов, известных как элементы p-типа (высокая концентрация положительного заряда) и n-типа (содержащие высокую концентрацию отрицательного заряда). Элементы p-типа легированы таким образом, чтобы иметь большое количество положительного заряда или дырок, что дает им положительный коэффициент Зеебека. Элементы n-типа легированы, чтобы содержать высокую концентрацию отрицательного заряда или электронов, которые придают им отрицательный коэффициент Зеебека.

Когда происходит электрическое соединение между элементом p-типа и элементом n-типа, для каждого отверстия, которое мигрирует в материал n-типа, электрон из n-типа перемещается в материал p-типа.

Материалы

На сегодняшний день лишь очень немногие элементы были идентифицированы как термоэлектрические материалы. Двумя важными термоэлектрическими материалами являются теллурид висмута (Bi 2Te 3) при комнатной температуре 9 К (действует как холодная сторона) и теллурид свинца (PbTe), имеющий температуру от 500 К до 600 К (действующий как горячая сторона). Эти термоэлектрические материалы имеют метрику измерения, которая помогает оценить термоэлектрические свойства материала; эта мера известна как показатель качества. Показатель качества для теллурида висмута (Bi 2Te 3) и теллурида свинца (PbTe) является одним при вышеупомянутых температурах. Чтобы быть надежным источником надежной энергии, добротность должна составлять от 2 до 3.

Существует множество других факторов, которые также необходимо учитывать при выборе термоэлектрического материала. В идеале термоэлектрический материал должен иметь широкий температурный градиент.Если у него нет широкого температурного градиента, он будет подвержен тепловому стрессу, который может привести к разрушению материала. Необходимо учитывать механические свойства материалов, а коэффициент теплового расширения материалов n-типа и p-типа должен быть достаточно хорошо согласован.

КПД генерации тока в термоэлектрическом генераторе составляет около 5-8%. Старые устройства были еще менее эффективны, поскольку в них использовались биметаллические переходы, что приводило к серьезным потерям мощности из-за тепла.