เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก: ไอโซโทปรังสีและอื่น ๆ หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดพลังงานสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม อุปกรณ์ของพวกเขา

2024 ผู้เขียน: Beatrice Philips | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 06:00

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนได้รับการยอมรับในโลกว่าเป็นทางเลือกที่ถูกที่สุดสำหรับการผลิตพลังงาน แต่มีทางเลือกอื่นสำหรับวิธีนี้ซึ่งเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม - เครื่องกำเนิดความร้อน (TEG)

มันคืออะไร?

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกเป็นอุปกรณ์ที่มีหน้าที่ในการแปลงพลังงานความร้อนเป็นไฟฟ้าโดยใช้ระบบองค์ประกอบความร้อน

แนวคิดของพลังงาน "ความร้อน" ในบริบทนี้ตีความไม่ถูกต้องนัก เนื่องจากความร้อนหมายถึงเพียงวิธีการแปลงพลังงานนี้เท่านั้น

TEG เป็นปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่แสดงครั้งแรกโดย Thomas Seebeck นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ 19 ผลการวิจัยของ Seebeck ถูกตีความว่าเป็นความต้านทานไฟฟ้าในวงจรของวัสดุสองชนิดที่แตกต่างกัน แต่กระบวนการทั้งหมดดำเนินการขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกหรือที่เรียกอีกอย่างว่าปั๊มความร้อนนั้นขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้องค์ประกอบความร้อนของเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อแบบขนานหรือแบบอนุกรม

ในระหว่างการวิจัย นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้สร้างเอฟเฟกต์ Peltier ขึ้นมาใหม่ทั้งหมด ซึ่งบ่งชี้ว่าวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงในระหว่างการบัดกรีทำให้สามารถตรวจจับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างจุดด้านข้างได้

แต่คุณเข้าใจได้อย่างไรว่าระบบนี้ทำงานอย่างไร ทุกอย่างค่อนข้างง่าย แนวคิดดังกล่าวมีพื้นฐานมาจากอัลกอริธึมบางอย่าง เมื่อองค์ประกอบหนึ่งเย็นลง และอีกองค์ประกอบหนึ่งถูกทำให้ร้อน เราจะได้พลังงานของกระแสและแรงดัน คุณลักษณะหลักที่ทำให้วิธีการนี้แตกต่างจากวิธีอื่นๆ คือสามารถใช้แหล่งความร้อนทุกประเภทได้ที่นี่ รวมทั้งเพิ่งปิดเตา โคมไฟ ไฟ หรือแม้แต่ถ้วยที่เทชาเท่านั้น ส่วนประกอบทำความเย็นมักเป็นอากาศหรือน้ำธรรมดา

เครื่องกำเนิดความร้อนเหล่านี้ทำงานอย่างไร ประกอบด้วยแบตเตอรี่ระบายความร้อนพิเศษซึ่งทำจากวัสดุตัวนำและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีอุณหภูมิต่างกันของทางแยกเทอร์โมไพล์

แผนภาพวงจรไฟฟ้ามีลักษณะดังนี้: เทอร์โมคัปเปิลของเซมิคอนดักเตอร์ ขารูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าของการนำไฟฟ้าชนิด n และ p แผ่นเชื่อมต่อของโลหะผสมเย็นและร้อน รวมทั้งการรับน้ำหนักสูง

ในบรรดาแง่บวกของโมดูลเทอร์โมอิเล็กทริกนั้นมีความเป็นไปได้ในการใช้งานอย่างสมบูรณ์ในทุกสภาวะ รวมถึงการเดินป่าและนอกจากนั้นการคมนาคมสะดวก ยิ่งกว่านั้นไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวอยู่ในนั้นซึ่งมักจะสึกหรออย่างรวดเร็ว

และข้อเสีย ได้แก่ ห่างไกลจากต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพต่ำ (ประมาณ 2-3%) ตลอดจนความสำคัญของแหล่งอื่นที่จะทำให้อุณหภูมิลดลงอย่างมีเหตุผล

ควรสังเกตว่า นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานอย่างแข็งขันในโอกาสที่จะปรับปรุงและขจัดข้อผิดพลาดทั้งหมดในการได้รับพลังงานด้วยวิธีนี้ … การทดลองและการวิจัยกำลังดำเนินการอย่างต่อเนื่องเพื่อพัฒนาแบตเตอรี่เทอร์มอลที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้

อย่างไรก็ตาม การพิจารณาความเหมาะสมของตัวเลือกเหล่านี้ค่อนข้างยาก เนื่องจากใช้ตัวบ่งชี้ที่ใช้งานได้จริงเท่านั้น โดยไม่มีพื้นฐานทางทฤษฎี

เมื่อพิจารณาถึงข้อบกพร่องทั้งหมด กล่าวคือ วัสดุไม่เพียงพอสำหรับเทอร์โมไพล์อัลลอยด์ จึงค่อนข้างยากที่จะพูดถึงความก้าวหน้าในอนาคตอันใกล้นี้

มีทฤษฎีที่ว่าในปัจจุบัน นักฟิสิกส์จะใช้วิธีการใหม่ทางเทคโนโลยีในการแทนที่โลหะผสมด้วยอัลลอยด์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น แยกจากกันด้วยการนำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้แหล่งข้อมูลที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมได้อีกด้วย ดังนั้น ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย จึงได้ทำการทดลองโดยเปลี่ยนแบตเตอรี่เทอร์มอลด้วยโมเลกุลเทียมสังเคราะห์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นสารยึดเกาะสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ทองคำ จากการทดลองที่ดำเนินการ เป็นที่ชัดเจนว่าเวลาเท่านั้นที่จะบอกประสิทธิภาพของการวิจัยในปัจจุบัน

ภาพรวมประเภท

ขึ้นอยู่กับวิธีการผลิตไฟฟ้า แหล่งความร้อน และ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกทั้งหมดมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับประเภทขององค์ประกอบโครงสร้างที่เกี่ยวข้อง

เชื้อเพลิง .ความร้อนได้มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ได้แก่ ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมัน ตลอดจนความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้ของกลุ่มพลุไฟ (หมากฮอส)

เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกอะตอม ซึ่งแหล่งที่มาคือความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู (ยูเรเนียม-233, ยูเรเนียม-235, พลูโทเนียม-238, ทอเรียม) บ่อยครั้งที่นี่ปั๊มความร้อนเป็นขั้นตอนที่สองและสามของการแปลง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ สร้างความร้อนจากเครื่องสื่อสารแสงอาทิตย์ที่เรารู้จักในชีวิตประจำวัน (กระจก เลนส์ ท่อความร้อน)

โรงงานรีไซเคิลจะสร้างความร้อนจากแหล่งต่างๆ ส่งผลให้เกิดความร้อนเหลือทิ้ง (ไอเสียและก๊าซไอเสีย ฯลฯ)

ไอโซโทปรังสี ความร้อนได้มาจากการสลายตัวและการแยกตัวของไอโซโทป กระบวนการนี้มีลักษณะเฉพาะที่ไม่สามารถควบคุมการแยกตัวออกได้ และผลที่ได้คือครึ่งชีวิตของธาตุ

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแบบไล่โทนสี อิงตามความแตกต่างของอุณหภูมิโดยไม่มีการรบกวนจากภายนอก: ระหว่างสภาพแวดล้อมและสถานที่ทดลอง (อุปกรณ์ที่มีอุปกรณ์พิเศษ ท่อส่งทางอุตสาหกรรม ฯลฯ) โดยใช้กระแสไฟเริ่มต้นเริ่มต้น เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกประเภทที่กำหนดใช้กับการใช้พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากเอฟเฟกต์ Seebeck เพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนตามกฎหมาย Joule-Lenz

แอปพลิเคชั่น

เนื่องจากประสิทธิภาพต่ำ เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งไม่มีทางเลือกอื่นสำหรับแหล่งพลังงาน รวมทั้งในระหว่างกระบวนการที่ขาดแคลนความร้อนอย่างมาก

เตาไม้พร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

อุปกรณ์นี้มีลักษณะเป็นพื้นผิวเคลือบ แหล่งไฟฟ้า รวมทั้งเครื่องทำความร้อน พลังของอุปกรณ์ดังกล่าวอาจเพียงพอสำหรับชาร์จอุปกรณ์พกพาหรืออุปกรณ์อื่นๆ โดยใช้ช่องจุดบุหรี่สำหรับรถยนต์ จากพารามิเตอร์สรุปได้ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถทำงานได้โดยไม่มีสภาวะปกติ กล่าวคือ ไม่มีก๊าซ ระบบทำความร้อน และไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกอุตสาหกรรม

BioLite ได้นำเสนอรูปแบบใหม่สำหรับการเดินป่า - เตาแบบพกพาที่ไม่เพียงแต่อุ่นอาหารเท่านั้น แต่ยังชาร์จอุปกรณ์มือถือของคุณด้วย ทั้งหมดนี้เป็นไปได้ด้วยเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกที่ติดตั้งอยู่ในอุปกรณ์นี้

อุปกรณ์นี้จะให้บริการคุณได้อย่างสมบูรณ์แบบในการเดินป่า ตกปลา หรือทุกที่ที่ห่างไกลจากสภาวะของอารยธรรมสมัยใหม่การทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า BioLite นั้นมีลักษณะเฉพาะจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ซึ่งจะถูกส่งไปตามผนังและผลิตกระแสไฟฟ้าตามลำดับ กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะช่วยให้คุณสามารถชาร์จโทรศัพท์หรือให้ไฟ LED ส่องสว่างได้

เครื่องกำเนิดความร้อนด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสี

แหล่งที่มาของพลังงานคือความร้อนซึ่งเกิดจากการสลายของธาตุขนาดเล็ก พวกเขาต้องการเชื้อเพลิงที่สม่ำเสมอ ดังนั้นจึงมีความเหนือกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียที่สำคัญของพวกเขาคือในระหว่างการใช้งาน จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎความปลอดภัย เนื่องจากมีรังสีจากวัสดุที่แตกตัวเป็นไอออน

แม้ว่าการเปิดตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวอาจเป็นอันตรายได้รวมถึงสถานการณ์ด้านสิ่งแวดล้อม แต่การใช้งานนั้นค่อนข้างธรรมดา ตัวอย่างเช่น, การกำจัดเป็นไปได้ไม่เพียง แต่บนโลกเท่านั้น แต่ยังอยู่ในอวกาศด้วย เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าเครื่องกำเนิดไอโซโทปรังสีใช้เพื่อชาร์จระบบนำทาง ส่วนใหญ่มักจะอยู่ในสถานที่ที่ไม่มีระบบสื่อสาร

องค์ประกอบการติดตามความร้อน

แบตเตอรี่ความร้อนทำหน้าที่เป็นคอนเวอร์เตอร์ และการออกแบบประกอบด้วยเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าที่ปรับเทียบในเซลเซียส ข้อผิดพลาดในอุปกรณ์ดังกล่าวมักจะเท่ากับ 0.01 องศา แต่ควรสังเกตว่าอุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ในช่วงตั้งแต่บรรทัดต่ำสุดศูนย์สัมบูรณ์ถึง 2,000 องศาเซลเซียส

เครื่องกำเนิดพลังงานความร้อนเพิ่งได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางเมื่อทำงานในสถานที่ที่เข้าถึงยากซึ่งไม่มีระบบสื่อสารโดยสิ้นเชิง สถานที่เหล่านี้รวมถึง Space ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ถูกใช้เป็นแหล่งจ่ายไฟทางเลือกในยานอวกาศมากขึ้น

ในการเชื่อมต่อกับการพัฒนาความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีตลอดจนการวิจัยเชิงลึกในฟิสิกส์ การใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกในยานพาหนะเพื่อการกู้คืนพลังงานความร้อนกำลังได้รับความนิยมในการประมวลผลสารที่สกัดจากระบบไอเสียของ รถยนต์.