ТЭГ термоэлектрический генератор

Содержание

• План
• 1. Введение (общие сведения области применения)
• 2. Устройство и принцип действия
• 3. Физический эффект работы
• 4. Рабочие характеристики и параметры
• 5. Конструктивные схемы
• 6. Материалы
• 7. Перспективы развития
• 8. Литература

Около двухсот лет назад Джеймс Уатт и Алессандро Вольта почти одновременно явили людям первую паровую машину и термоэлектричество. В то время оба этих вели-ких открытия технически были весьма безобразны и беспомощны у них был крохотный коэффициент полезного действия. Тогда трудно было даже предугадать, что кто-то из них определит дальнейшее развитие техники.

Но так получилось, что человечество решило направить развитие цивилизации по пути, предложенному Джеймсом Уаттом. Оно поставило на тепловые машины и вообще на технику, требующую высоких температур и огромных мощностей. За прошедшие годы эти параметры действительно все увеличивались. Сегодня мы располагаем электростан-циями с миллионами киловатт, а в лабораториях работают над еще более мощными мон-страми, в которых будут достигнуты температуры в сотни миллионов градусов. Причем над их совершенствованием трудятся миллионы лучших инженеров и ученых

Однако уже очевидно наши проблемы на планете будут усугубляться вместе с развитием достоинств этих машин. Понятно и другое все эти замечательные достиже-ния человечеству нужно как можно скорее отправить на свалку истории техники и найти какой-то другой путь. И постараться при этом не дать убаюкать себя всем этим нефтяным, газовым, угольным, урановым и прочим лобби традиционной энергетики. Иначе тупик.

Альтернативным направлением энергетики термоэлектричеством, обнаружен-ным когда-то Алессандро Вольта, сегодня в мире занимаются около 800 человек. Внешне это явление не выглядит особенно сложным стоит соединить два разнородных метал-лических или полупроводниковых материала, затем опустить это соединение в горячую воду, и между ними пойдет ток. Это и есть тот гениальный опыт, который когда-то впер-вые провел Вольта. Правда, у него не было даже прибора, чтобы измерять появившийся ток, и ему пришлось подключать концы проводов к препарированным ножкам лягушки. Когда они начали дергаться, ученый понял в цепи возник ток!

Реальные термоэлектрические генераторы впервые были созданы в 1942 году в ле-нинградском институте под руководством одного из пионеров термоэлектричества, вели-кого ученого Абрама Иоффе. Во время войны перед институтом было поставлено задание обеспечить партизан источником электричества для связи с Большой землей, так как ак-кумуляторные батареи регулярно доставлять в тыл врага было сложно. Тогда физики из-готовили котелок с двойным дном, в котором за счет того, что между водой в котелке и костром был перепад температур, работала термоэлектрическая батарея. Она-то и обеспе-чила током радиопередатчики партизан. КПД был небольшой около трех процентов, но электроэнергии хватало, чтобы передать или принять сообщение из центра.

Термоэлектрический генератор это устройство для прямого преобразования теп-ловой энергии в электрическую с использованием полупроводниковых термоэлементов, соединенных между собой последовательно или параллельно. Применяются в качестве источников электроэнергии на станциях антикоррозионной защиты газо- и нефтепрово-дов, навигационных буях, маяках и т. п. объектах, где источником тепловой энергии могут служить газ (нефть), радиоизотопы, солнечное излучение.

Термоэлектрические генераторы обладают специфическими особенностями, де-лающими их незаменимыми во многих случаях. К таким особенностям относится отсутст-вие движущихся частей, что, в частности, допускает использование более высоких темпе-ратур цикла. Нет также необходимости в применении высоких давлений жидкостей или газов в основной схеме, поскольку цикл осуществляется посредством явлений, происхо-дящих в самом термоэлектрическом материале. Термоэлектрические генераторы можно использовать при больших и малых перепадах температур, а также при низких и высоких температурах, т. е. термоэлектрический цикл универсален, он допускает использование практически любых источников тепла.

Расход термоэлектрических материалов может быть небольшим, так как к. п. д. термоэлемента теоретчески не зависит от размеров, но связан со способами подвода теп-ла, с контактными сопротивлениями и другими конструктивными особенностями. Управ-ление термоэлектрическим генератором может быть сведено только к регулированию по-дачи топлива, так как в принципиальной части схемы нет машин и механизмов. Это об-легчает создание автоматически работающих электростанций.

Хотя термоэлектрические явления и были открыты в первой половине прошлого века, но они не получили тогда применения в энергетике из-за низкой тепловой эконо-мичности. В настоящее время применение полупроводников и слоистых термоэлементов может обеспечить использование тепла с к. п. д. до 1020% и более.

Развитие атомной энергетики расширило сферы применения термоэлектрических генераторов. С конца пятидесятых годов стали разрабатываться и осуществляться термо-электрические генераторы, использующие тепло распада радиоактивных изотопов и энер-гию деления урана в ядерных реакторах. Такие энергетические установки небольшой мощности нашли применение в космических аппаратах, работающих в отрыве от земных энергетических ресурсов, в морском деле (маяки, метеорологические станции) и в других областях техники. В 1964 г. в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова был пущен первый в мире ядерный реактор с термоэлектрическим генератором тока мощностью 500 Вт. С начала семидесятых годов обсуждаются атомные термоэлектрические установки мощностью в десятки, сотни и тысячи киловатт.

Достоинства ТЭГ: большой срок службы, высокая надежность, стабильность параметров, вибростойкость. Недостатки ТЭГ: невысокие относительные энергетические показатели: удельная масса 10−15 кг/кВт, поверхностная плотность мощности 10 кВт/м2 (на единицу поперечного сечения элемента), объемная плотность мощности 200 400 кВт/м3 и сравнительно низкий КПД преобразования энергии (5−8%).