Termoelektrisk generator

Termoelektrisk generator - er en enhed, der modtager den elektriske energi fra varmen. En fremragende energikilde, desværre, er kendetegnet ved lav effektivitet. Desuden DC-strømmen er konverterede transformere.

Historien om opdagelsen

Seebeck opdaget i 1822 år (som andre data - 1820-1821), når det opvarmes krydset af forskellige materialer i et lukket kredsløb aktuelle strømninger. omdannelseseffektivitet på 3%. På trods af sådan en elendig tal, skal resultatet af det første termoelektriske generator konkurrerede med dampmaskiner af tiden. Eksperimenter med pladerne af antimon og bismuth, Seebeck måling foretaget galvanometer Shveyggera (inductor og magnetisk pil). Derfor har forsøgene ikke starte inden september 16, 1820. Den tilsyneladende ubetydelighed og uforklarlige hændelser har tvunget videnskabsmand til at vente. Langsomt, undersøge sin egen opdagelse Seebeck lavet en rapport om det kun i 1823.

Ved logisk ræsonnement forsker foreslog, at jordens magnetisme forklares ved forskellen i temperatur mellem ækvator og polerne. Funktionsprincippet for en termoelektrisk generator forklaret magnetisk polarisation. Seebeck undersøgte vægt prøver, herunder halvledere, og materialer er arrangeret i en række ved evnen til at afvise magnetiske nål. Disse data anvendes (i raffineret form) og i dag til opførelse af termoelektriske generatorer. Seebeck koefficient måles i mV / K.

Som videnskabsfolk radioaktive metaller, som Seebeck behandlede prøver. Efter Anden Verdenskrig, da det blev kendt, at USA har en fantastisk nye våben, der var en ordre med alle midler at fremskynde udviklingen af ​​atomvåben. Fanger og bare Eksperimentatorer næsten hænder kolliderer stykker af radioaktive sten til at opnå en kædereaktion. De fleste snart døde.

Seebeck i live. Han tog sine hænder bismuth og antimon, kortslutning og som Galvani havde engang set "dyr elektricitet." Seebeck næsten troede på deres egne vidunderlige transcendente evner, men husholderske gjorde ham tror, ​​at grunden til prøverne blev opvarmet. Når tryllekunstneren karriere endelig forlod hænderne på den store videnskabsmand, vendte han endelig til fysik. Det viste sig, hvis metallet dock stramt og varmelampe, nålen afviger yderligere.

I første omgang forklaring på den observerede effekt og gav en usædvanlig kaldet magnetisk polarisering. Fra synspunkt moderne videnskab er svært at forklare en sådan position, men hvis man ser gennem øjnene på hans samtidige... i september 1820 Hans Ørsted rapporteret til det videnskabelige samfund i Frankrig og Storbritannien om åbning, Revolutionen i den næste 100 år. Forskeren har ikke travlt: mærke mærkelig opførsel af marine kompas, længe studeret, evalueres, og derefter skrive et par progressive tanke samtidige... Yderligere opdagelser faldt rækkefølge:

1. Ohms lov.
2. Elektromagnet.
3. Elektrokompas.
4. Galvanometer.
5. Induktans.
6. Motor.

En lang liste over alle de opfindelser de næste 15 år, men åben Seebeck thermoelectricity var overraskende. Det er kendt, at Ohm brugte Georg par bismuth og antimon til output til den kendte lov kredsløbsdel. I de dage af Seebeck eksisterede begrebet afgift, magnetisme, elektricitet, kapacitet kondensator - og alle! Ukendte begreber var potentielle forskelle, strømme, elektromagnetiske felter og deres intensitet. Dette har påvirket navnet på åbningen af ​​Seebeck.

På tærsklen til Malus, Fresnel, Jung og Brewster offentliggjorte arbejde på polarisering af lys. Dette fænomen blev undersøgt på basis af Islands spar krystaller, derefter indført udtrykket akse (fra græsk. - pol-akse). De magnetiske poler viste Globe. Ikke overraskende Seebeck tilskrives egen installation som et mærkeligt navn. Spolen er orienteret som et kompas nål planet Jorden.

I løbet af året, lykkedes det os at finde den rigtige forklaring. Georg ohm under anvendelse af en termoelement som en stabiliseret spænding kilde til åbning af kendte lov: indstiller en fast temperaturforskel over vands kogepunkt, og smeltende is. Det er tid til at åbne den æra af thermoelectricity.

koncept Thermoelectricity udvikling

Da det blev klart, at varmen er ikke i stand til direkte konverteret til magnetisme, endelig afviste idéen om at etablere inden for jordens varme vulkaner i udbrud og magma kogende indeni. Sammenligning af erfaringerne fra Ørsted og Seebeck, har det videnskabelige samfund fundet den rette vej. For Georg Ohm termoelement som en termoelektrisk generator blev anvendt i elektrolyse (1831). Men udtrykket fortsat ustabil. Det menes, at de første termoelektriske generatorer dukkede op i anden halvdel af det nittende århundrede. Betragtes et laboratorium setup for at studere forskellige processer, blev kaldt forskelligt.

Den post- og telegraf magasin tættere på 1899 offentliggjort en artikel om etablering af et batteri til at levere strøm 16 candela af pærer. I ovnen ovnen termoelement placeret med tilstrækkelig spænding og strøm. Kombinere tilførselselementer i serie, blev spændingen hæves. En parallel forbindelse med øget strøm. Hver termoelement er konstrueret ved anvendelse af Seebeck (antimon - zink antimonide). Så har vi lært Gyulhera batteri (formentlig i 1898).

Det begreb opfundet for batteriet af Leyden krukker (kondensatorer) Benjamin Franklin.

Så i videnskabelige kredse serieforbundne termoelementer døbt termosøjle. Det menes, at den første enhed skabte Oe og Fourier i 1823. De kombinerede Seebeck termoelement til kraftfuld energikilde. Videreudvikling af konceptet var at levere Leopoldo Nobili og Macedonio Melloni: for en række forsøg på studiet af det infrarøde spektrum, skabte en termisk multiplikator. Ideen kom både efter at have foretaget progressive ændringer i strukturen Shveyggera (1825).

Ideen med den første galvanometer effekten af ​​drejninger af wiren ganget med deres nummer. Ligeledes er det der foregår "varme magt" af termoelementer. Apparatet er beregnet til hele undersøgelsen af ​​det infrarøde spektrum som følge af måling af den producerede varme, men senere konceptet var grundlaget for oprettelse af nye forsyningskilder. Indikator termoumnozhitelya blev en kompasnål.

Tidslinje af opfindelser

Efter den første svale Seebeck-effekten er blevet påført og videre. Patentet til anvendelse af termoelektriske generatorer erstatte konventionel taget i 1843 af Moses Poole.

Pergeliometr at måle solaktiviteten

Pergeliometr til måling solstråling intensitet i henhold til graden af ​​opvarmning af termoelementet. Claude Pouillet opfundet mellem 1837 og 1838 år indretning muliggjorde videnskabsmand at beregne med stor nøjagtighed den solarkonstanten af ​​1228 W / sq. m. pergeliometr ikke oprindeligt beregnet til at blive brugt som den termoelektriske generator. Individuelle resultater tjener som en støttestruktur til yderligere fremskridt for industrien.

Vi giver detaljer af opfindelsen, taget fra forskning af Dr. Stone rapport leveret November 18, 1875. "Legeringerne udviser egenskaberne af metaller kombinerede kraftfuld end hver af de enkle materialer individuelt. I sammensætningen af ​​en del og to zink - antimon differenssample gav 22,7 potentialer. Potentialerne i komponenterne taget separat:

• Antimon - 7 - 10.
• Zink - 0,2.

Den eneste undtagelse var en legering af vismut og tin. Når sammensætningen af ​​hans 12 til 1, aftager potentialet 35,8-13,67. Jeg var så heldig nok til at begynde studier med et par tysk sølv (nikkel-rige) og jern. Den observerede EMF var ikke stor. Derefter forsøgte jeg Marcus legering bestående af 12 dele antimon, zink og 5 1 bismuth. Resultatet var skrøbelig, og med en udtalt krystallinsk struktur.

For at udjævne disse mangler, tilføjede arsen. Som et resultat opdaget, at en legering af antimon, arsen, zink og tin med en lille iblanding udviser meget større plasticitet i lignende termoelektriske egenskaber, som er observeret i legeringen Marcus. Den anden del af et par nysølv. "

termisk batteri

Thermopile Marcus var lig med en tyvendedel af Daniell celle, hvilket giver 55 mV DC. Negativ "en overfor" tjent som en legering af kobber, zink og nikkel i forholdet 10: 6: 6, der ligner en nysølv; positiv - forbindelse af antimon, zink og bismuth i forholdet 12: 5: 1. Ifølge den «elektricitet i menneskets tjeneste», 3. udgave 1896, Marcus i maj 1864 vundet af Wien videnskabelige samfund for en termoelektrisk generator. Struktureret hut termoelement i toppen af ​​den opvarmede metalbånd united. Den nedre del af kølevandet. Desværre legeringer i luft hurtigt oxideres til en grand stigning i ohmsk kontakt modstand.

bidrag til Becquerel

Det vides ikke, hvor blev født termoelektriske generator Edmond Becquerel, men historikere dato åbningen for perioden 1867-1868 år. Dets struktur er dannet ved overgangen sulfid kobber og nikkel sølv. I billedet: en proximal reservoir pumpes koldt vand i langt - incandescent gas. Spænding termoelektrisk generator filmet med spiral terminaler.

termoelektrisk generator Klemonda

Om termoelektriske generatorer Dr. Stone udtalte: "Brugen af ​​jern giver en flot effekt, der er forskudt hurtig ruster af produktet."

• Det termoelektriske generator (formentlig 1874 udgave) Klemonda og Moore konstrueret af zink antimonide og rent jern især for elektrolyse formål. Opvarmet anordning tilladt én time til opnåelse af ca. ounce kobber, forbrugende 6 kubikfod gas. Det blev brugt til udpladning metalprodukter. Gasregulator termoelektrisk generator ændrer størrelsen af ​​den resulterende elektriske strøm. Figuren set fra de øverste dele af zink antimonide, trekantede blade blade - jern.
• I 1789 dukkede termoelektrisk generator Klemonda meget forbedret. Når den indre modstand af 15,5 ohm gav spænding 109 V ved en strøm på 1,75 A, forbrugende 22 pounds per time af kul. forbindelser skiftespænding faldt til 54 V. termoelektrisk generator strøm øges til 3,5 A. Opvarmet kul ovn byggehøjde under 2,5 meter i diameter inden en måler ligner køligere moderne processorer indeholdt uden talrige jern vinger. Passerer gasserne inde Raskalov zink antimonide. Ved individuelle meddelelser udstedt termoelementer 20 generator 1 spænding.
• Termoelektrisk generator Noah (sandsynligvis i 1874) er mere som en moderne turbine termiske kraftværker i formularen. Den centrale del af brænderen termpopar opvarmes og afkøles periferiudstyr gennem stråling og konvektion. Denne forholdsvis lille lighed Klemonda generator med indre modstand på 0,2 ohm, beregnet på spænding på 2 V og 128 består af termoelementer. Effektiviteten af ​​den termoelektriske generator er stærkt reduceret nysølv mellemliggende kontakter aftagende varme. Moderne termoelektriske generatorer til anvendelse p-n-overgang uden mellemliggende mellem halvledere materialer.
• Transportabel termoelektrisk generator Hawke (sandsynligvis i 1874) er udformet til 110 mV (en tiendedel Daniell celle) og omfattede 30 termoelementer med halvdele united platintråd længde 1.2 inches. Bunsenbrænder minder stærkt om og kolde ende nedsænket i vand. Designet minder stærkt opfindelse Noe og mindre Klemonda. Den vigtigste forskel ligger i den kommercielle produktion af produkter til massen vifte af forbrugere. Generatorer solgt to og tre, placeret på et ensartet grundlag.
• Kul termoelektrisk generator opfundet af Harry Barringer og ophavsrettigheder er sikret af patentet US434428 af 1890.

batteri Gyulhera

Sidste år af den opfundet i det XIX århundrede. Historikere daterer det til 1898. 50 termoelementer tilladt spænding på 1,5 V ved en strøm på 3 A og den indre modstand på 0,5 ohm. Til disse formål er brugt hver time 5 kubikfod gas. Ifølge forskere, ville instrumentet producere en god tre gange med samme flow.

Naturlig eksperiment viste en gennemsnitlig levetid på 200 timer, selv om én prøve brugt 500 endelig fundet et eksemplar, der tjente i to år. I 1903, et tidsskrift offentliggjorte oplysninger om offentlige forsøg Gyulhera batteri. Under den tændte brænder termoelement varmes indtil spændingen nåede til 3,5 V. Så slukke enheden og ses på egenskaberne efter afslutning af gasforsyningen. Hvis spændingen falder til 1,5 V, strømmen stoppes pludseligt. konklusion:

- stabile termiske spændinger som følge af den betydelige termiske inerti. Temperaturændringer forekommer langsomt, blidt sænket spænding under afkøling.

Men en lignende meddelelse mere Poggendorff, rådgivet, George Omu bruge termoelement i stedet for voltasøjle. Gyulhera batteri viste sig populær i begyndelsen af ​​XX århundrede. For eksempel rapporterer Lihaysky Universitet, at en ny metallurgiske laboratorium i 1905 købte tre termofilt Scott og én - Gyulhera.

Designet ligner en forældet radiator i dag. Disse findes i offentlige bygninger, fremstillet og udstyret i USSR. Denne bærbare enhed: på hver side er en T-formet håndtag til transport.

transportabel generator

Bærbar termoelektrisk generator sudras ligner i udseende oliefilteret af lastbilen. For at opnå den varme, der kræves for at antænde gassen brænder. Det forblev ekstremt lidt oplysninger om enheden. I de udgaver af 1898 fandt et fælles forsøg information produkter med den førnævnte tekst:

"Professor Kolrauh observeret i 70 at den termoelektriske generator spænding afhænger af antallet af par inkluderet i serie. Dette bekræftes af eksperimenter på strukturer Klemonda, Noe og sudras, fremstillet og solgt over de seneste 20 år. De giver 2, 4, 6 og 8 volt, der henholdsvis 36, 72, 108 og 144 par i sammensætningen. Det ses, at spændingen nøjagtig proportional med det samlede antal. Sudras konstrueret eksempel består af 720 medlemmer. Som man kunne forvente, den resulterende spænding var 40 V, evnen til at støtte forbrænding af udledningen lampe. "

Noten erklærede, at den uerfarne elektriker har ret til at tage billedet indsendes til prøven for eksempel en kommerciel succes produkt. Termoelektrisk generator Shudr fremstillet i størrelser 6, for strømme på 1,3 - 2,5 A ved en spænding af 3 - 8,5 V, afhængig af størrelsen og antallet af elementer.

XX århundrede

I XX århundrede størstedelen af ​​termoelektriske generatorer, der følger med patentet, og det brændstof gas er blevet. En funktion i den betragtede i teorien periode forsøger at forklare den observerede fænomen. Den første beregnede effektiviteten af ​​termoelektriske generatorer Reilly, selvom resultatet var forkert. I 1909 og 1911 blev gjort forsøg på at give en teoretisk undersøgelse af materialer: Altenkirch viste, at termoelektriske materialer bør have en stor Seebeck koefficient og lav ohmsk kontakt modstand for reducere varmetab.

Funny, men bruges i dag til at skabe magtfulde enheder halvledere forblev uden Seebeck interesser helt fokusere på rene metaller og legeringer. I disse materialer, ifølge Wiedemann-Franz lov-Lorentz forhold til varmeledningen af ​​elektrisk betragtes som konstant. Egnede metaller til termoelementer anerkendte metaller, idet faktoren maksimale Seebeck.

Betydelige udviklinger inden for syntese skete i den periode af det 30. år af halvledere med værdierne af Seebeck koefficient på over 100 mV / K. Som et resultat, efter Anden Verdenskrig (1947) dukkede op på scenen generatoren M. Telkes med en effektivitet på 5%. Et par år Loffe udviklede teorien om halvleder termoelementer. Desværre interesser stormagterne uenige, ikke straks klar over, at halvledere udgør et stort potentiale. I 1956 GODU Joffe og kolleger viste, at for store forhold mellem termisk og elektrisk ledningsevne formindskes smeltende materialer med forskellige forbindelser. På grund af den store militære værdi, har mange udviklinger forblevet i det uvisse, for eksempel, RCA undersøgelse.

Moderne generator er indgået mellem en sandwich af keramiske plader barre p og n halvledere. Ved oprettelse af en ønsket temperaturforskel enhed producerer energi. Keramik anses værdig elektrisk isolator men leder varme, som beviser vellykket nævnte struktur. Vakuumet på den ene side Opvarmeligt sol og på den anden - afkølede gloss stjerner termoelektriske generator fantastiske shows temperaturforskellen mellem overfladerne. Hvilket naturligvis vil øge effekt. Derfor er det en god kilde til ernæring, nemt og bekvemt for eventuelle rumgenstande.

I begyndelsen af ​​60'erne fra det ydre rum thermoelectricity langsomt ned på jorden. Foretrukne områderne medicin og begyndte at studere planetens overflade (herunder mineraler). De vigtigste fordele ved den nye teknologi begyndte at lette, pålidelighed, ingen bevægelige dele, stille og ulemper - en betydelig omkostning og lav effektivitet (tidligere 5%). Den omtrentlige beregning af mulighederne for at anvende nye materialer:

1. antages tilstedeværelsen af ​​luft at afspejle carbonhydrid.
2. På bevægelige objekter i første omgang sparer plads. I dette tilfælde energitæthed det flydende brændstof 50 gange højere blyakkumulatorer eller batterier.
3. Derfor ved effektiviteten af ​​de termoelektriske halvledere end 2% af deres anvendelse bliver berettiget. Og olie er brændt langsomt, hvilket reducerer den samlede vægt af objektet.

I nogle tilfælde, opvarmning termoelektrisk generator formår at bære radioaktive isotoper, åbne nye horisonter. En sådan kilde blev brugt på Voyager (1977) og arbejdede i over 17 år. Med de stigende priser på olie (krise i 1973), den amerikanske regering vendt sin opmærksomhed mod nye energikilder: spildevand udledning magtfulde virksomheder, der har et enormt potentiale. Undersøgelserne omfattede interessante ting: halvleder superledning ved relativt høje temperaturer (150 - 170 K) for at forbedre egenskaberne af termoelementerne. Senere indsats fokuseret på at bringe til den tilstand af grundstoffet base af germanium og silicium.

Åben dag termoelektriske materialer traditionelt opdelt i tre grupper med driftstemperatur:

1. Vismuttellurid og legeringer viser bedste kvalitet indikatorer på 450 K.
2. Tellurider og blylegeringer udviser reduceret ydeevne, men ved temperaturer på 1000 - 1300 K.
3. Endelig silicium og germanium sammensætninger har lav effektivitet, men et veletableret fremstillingsteknikker. Virker ved temperaturer 1000 - 1300 K.

Design af det XX århundrede

Termattaiks

Termoelektrisk generator Termattaiks 1925 er karakteriseret ved kompleks udtale af navn og på frontpanelet indeholder et voltmeter til kontrol af spændingen. Strenghed af den kendsgerning af: indretningen er en batterioplader til blyakkumulatorer på 6,3 V. Menes muligheden for at anvende en termoelektrisk generator direkte som organerne til opvarmning af katoderne i elektronrør.

Frontpanelet knop leverer forbrændingsgasser at påvirke udgangsspændingen. Nogle forfattere foreslår store udsving, men teksten er allerede givet udtryk for, af acceptabel stabilitet termoelektriske generatorer. Derfor er muligheden for deres anvendelse i forbindelse med den bemærkning indlysende.

Amatør Trådløs magasin foreslog, at den termoelektriske generator er god nok til at forsyne den bærbare amatør radiostation i kampagnerne og ekspeditioner. I fravær af elektricitet, opnås det i begrænsede mængder, brændende olie, gas, kul, træ.

gas-radio

Udtrykt over idéen om radio magt fra enhver brændstof allerede gennemført i 30'erne i den termoelektriske generator. En virksomhed Cardiff Gas Light & Coke frigivet den relevante reklamer. Indskriften "termoelektrisk generator" for første gang er værd. Tidligere prøver stædigt betegnes i litteraturen batterier, batterier eller forblev uden en titel. Reklamka siger, når energien løber ud, gasstrømmen gør det muligt at lytte til den seneste radioudsendelse som helst i verden. Sådanne tidspunkter: Dosis af kul, og nyheden er der altid.

Denne termoelektriske generator er en bærbar enhed modtager strøm og tilvejebringer en skærm katode spænding på 2 V ved en udgangsstrøm på 0,5 A og en spænding diagram 120 V ved strømforbrug 10 mA. Den oplysende note til folderen, at termoelementet ikke giver en masse stress, men for at få flere ledningsforbindelser, forbliver det muligt at opnå et tilfredsstillende resultat.

De mest succesfulde materialer til den termoelektriske generator anses, ifølge fabrikanten, en kombination af nikkel-nichrom. Seebeck koefficient for dem er 40 mV / K, med en arbejdstemperatur på op til 1000 K. Opvarmning af modtageren, spændingen nåede 40 mV. Hvis termoelementer 50 serieforbundne, danner 2, hvilket er nok til at opvarme katoderne for elektronrør. 120 I 3000 opnået optagelse af termoelementer i en enkelt kæde.

lys Ilyich

Præsenteret på lampen billedet petroleum omgivet af en nuance af den termoelektriske generator er udviklet under ledelse af Ioffe. Dette produkt er post-Stalin æra, dateret 1959 år giver dig mulighed for samtidig at lytte til radio og optage fortrolige sammendrag. En sand ven af ​​underjordiske arbejdstager. Termoelektrisk frembringer spændingsamplitude til opvarmning af filamentet på 1,5 V ved en strøm på 125 mA, hele indretningen 90 føder spænding ved en strøm på 12 mA.

XXI århundrede

Gode ​​nyheder! I 2005 Jason Hopkins beviste, at effektiviteten af ​​den termoelektriske generator er i stand til at komme tættere på den ideelle. Vi venter på nye produkter på dette område.