Запрошуємо розробників корисного устаткування до співпраці

Термоелектричні генератори

Синтез-газ являє собою суміш водню та моноксиду вуглецю (н2 + СО) і виробляється в печі при температурі близько 1000 °С, сировиною синтез-газу є підготовлена (подрібнена та підсушена) тирса, солома, торф, буре вугілля тощо.

До основних переваг використання синтез-газу можна віднести:

- для виробництва можна використати будь-яку вуглецевмісну сировину: буре вугілля, рослинні та побутові відходи, стічні води тощо;

- газифікація та подальше використання будь-якого виду сировини (насамперед бурого вугілля) не забруднює довкілля;

- ефективність спалювання переробленого низькосортного вугілля на синтез-газ у 1,5-2 рази вища, ніж звичайного спалювання вугілля;

- можливість використання для отримання теплоти (за умови прямого згорання) - як паливо для дизель-генератора для виробництва електроенергії, як основа для синтезу рідких моторних палив (дизпаливо, бензин).

З усіх пристроїв, що безпосередньо перетворюють теплову енергію в електричну, термоелектричні генератори (ТЕГ) відносно невеликої потужності використовуються найширше.

Основні переваги ТЕГ:

- відсутність рухомої частини, що робить їх роботу безшумною;

- можна використовувати будь-які джерела теплоти;

- мають великий ресурс роботи;

- мають тривалий термін служби і практично необмежений термін зберігання при повній готовності до роботи в будь-який час;

- не бояться короткого замикання та режиму холостого ходу;

- стійкі в роботі, дають стабільну напругу;

- не потребують спеціального обслуговування.

Завдяки цим властивостям термоелектричні генератори знаходять застосування в галузях, де є потреба в наднадійних джерелах електроенергії, яким властивий тривалий термін експлуатації і які не потребують обслуговування: автономні космічні апарати, ракети, підводні човни, морські маяки, автоматичні метеостанції та інші установки невеликої потужності.

До недоліків термоелектричних генераторів відносяться порівняно невисокі енергетичні показники: питома маса - 10- 15 кг/кВт, поверхнева густина потужності - ЮкВт/м (на одиницю поперечного перерізу елемента), об’ємна густина потужності - 200-

З w

400 кВт/м і порівняно низький коефіцієнт перетворення енергії (2— 5 %).

Залежно від призначення ТЕГ можуть перетворювати на електричну енергію теплоту, яка отримується в атомних реакторах, енергію сонячної радіації, енергію органічного палива тощо. Орієнтовно визначають, що за електричними потужностями від 1 до 10 кВт доцільні радіоактивні ізотопи та сонячні концентратори різного виконання, а за більшими рівнями потужності - ядерні реактори.

Теплову енергію, що утворюється в процесі розпаду радіоактивних ізотопів і ділення ядер важких елементів у реакторах, використовують у ТЕГ з кінця 1950-х років.

Принцип роботи термоелемента ґрунтується на ефекті Зеєбека. В 1921 р. Зеєбек повідомив про експеримент, пов'язаний із відхиленням магнітної стрілки поблизу термоелектричних кіл. У цих дослідженнях він не розглядав задачу отримання енергії. Сутність відкритого ефекту полягає в тому, що в замкненому колі, яке складається з різнорідних матеріалів, протікає струм за різними температурами контактів матеріалів.

Ефект Зеєбека можна пояснити тим, що середня енергія вільних електронів є неоднаковою в різних провідниках і по-різному збільшується з підвищенням температури. Якщо вздовж провідника існує перепад температур, то виникає направлений потік електронів від гарячого спаю до холодного, в результаті чого біля холодного спаю утворюється надлишок від'ємних зарядів, біля гарячого - надлишок позитивних. Цей потік буде інтенсивнішим у провідниках з більшою концентрацією електронів.

У простішому термоелементі, замкнене коло якого складається з двох провідників із різними концентраціями електронів, а спаї підтримуються при різних температурах, виникає електричний струм. Якщо коло термоелемента розімкнене, то накопичення електронів на холодному кінці збільшує його від'ємний потенціал, доки не встановиться динамічна рівновага між електронами, що зміщуються до холодного кінця, й електронами, що відходять від холодного кінця під дією різниці потенціалів, яка виникла. Чим менша електропровідність матеріалу, тим менша швидкість зворотного перетікання електронів і, отже, тим вище ЕРС. Тому напівпровідникові елементи ефективніші, ніж метали. В загальному разі величина ЕРС термопари залежить від використаних матеріалів і температур гарячого і холодного спаїв:

Е = а-(Тг - Тх),

де ос - коефіцієнт термо-ЕРС, який залежить від матеріалів термопари;

Тг, Тх - відповідно абсолютна температура гарячого й холодного спаїв.

Термо-ЕРС у напівпровідників більше ніж у 40 разів вища, ніж у металів. Добра теплоізоляційна здатність напівпровідників дозволяє створювати на їх основі ТЕГ зі значними перепадами температур, а це означає, із більшими величинами термо-ЕРС. Принципову схему напівпровідникового термоелектричного генератора, який має одну гілку /^-провідності і одну гілку ^-провідності, наведено на рисунку 3.2.12.

9

8

Рисунок 3.2.12 - Принципова схема напівпровідникового термоелектричного генератора

Теплота Qy підводиться до ТЕГ через стінку нагрівача 1 за допомогою теплоносія (наприклад, рідинно-металевого), теплової труби або при безпосередньому контакті з зоною тепловиділення реактора. Через стінку 7 холодильника теплота 02 відводиться від ТЕГ (випромінюванням, теплоносієм або тепловою трубою). Спаї напівпровідникових кристалічних термостовпчиків 4 і 9 утворені металічними шинами 3, 5 і 8, які електрично ізольовані від стінок 1 і 7 шарами діелектрика 2, 6. Ефективність ТЕГ забезпечується суттєвою різнорідністю структури гілок 4 і 9. Гілка р-тту з дірковою провідністю утворюється введенням у сплав Si-Ge акцепторних домішок атомарного бору В. Гілка п-типу з електронною провідністю утворюється при легуванні Si-Ge донорними атомами фосфору Р. Через підвищену хімічну активність і малу механічну міцність напівпровідникових матеріалів з’єднання їх з шинами 3, 5 і 8 виконується прошарками зі сплаву кремній-бор. Для досягнення стабільної роботи батарея ТЕГ герметизована металевою касетою, заповненою аргоном.

Нині створено напівпровідники, що працюють при температурі

більше 500° С. Однак для промислового ТЕГ є потреба в температурі

гарячого спаю приблизно до 1100°С. При такому підвищенні температури напівпровідники різних типів виявляють тенденцію до перетворення на власне провідники, у яких кількість носіїв позитивних і від'ємних зарядів однакова. Ці заряди при утворенні

градієнта температури переміщуються від гарячого спаю до

холодного в рівній кількості і накопичення потенціалу не

відбувається, тобто не утворюється термо-ЕРС. Таким чином, подібні напівпровідники не корисні для генерування термоелектричного струму.

Нині широко ведуться дослідження щодо створення напівпровідників, які працюють при високих температурах.

Для роботи ТЕГ можна використовувати теплоту, що її отримують у реакторах у процесі ділення ядер важких елементів. Однак у цьому випадку потрібно вирішити кілька завдань, що стосуються ефекту сильного радіаційного впливу на

напівпровідникові матеріали, бо ядерне паливо може знаходитися в безпосередньому контакті з напівпровідниковими матеріалами.

Питання про доцільність використання тих чи інших джерел енергії вирішується на користь ТЕГ у тих випадках, коли головне значення має не ККД, а компактність, надійність, портативність, зручність.

На сьогодні можна визначити три напрями використання синтез-

газу:

- теплоенергетика - пряме спалювання синтез-газу в опалювальних котлах загальною продуктивністю до 20 Гкал/год;

- електроенергетика - виробництво електроенергії дизельними міні - електростанціями (синтез-газ як паливо для дизель - і турбогенераторів);

- рідке паливо - використання синтез-газу для отримання рідких вуглеводнів паливного класу (дизпаливо, бензин тощо).

Додати коментар

Реквізити Майстерні своєї справи

Адреса і телефони:

Україна, Кіровоградська обл., м. Олександрія, вул. Куколівське шосе 5/1А,
тел./факс +38 (05235) 7 41 13,
+380 (68) 408 39 56 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (50) 984 5 684 — будівельне обладнання, шлакоблочні вібропреси
+380 (67) 561 22 71 — решта обладнання
ICQ: 491675177
e-mail: msd@inbox.ru

WordPress Video Lightbox