Générateurs Thermoélectriques : Radio-isotopes Et Autres. Le Principe De Fonctionnement Des Générateurs D'énergie à Usage Industriel. Leur Appareil

2024 Auteur: Beatrice Philips | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 05:38

Les centrales thermiques sont reconnues dans le monde comme l'option la moins chère pour produire de l'énergie. Mais il existe une alternative à cette méthode, qui est respectueuse de l'environnement - les générateurs thermoélectriques (TEG).

Ce que c'est?

Un générateur thermoélectrique est un appareil dont la tâche est de convertir l'énergie thermique en électricité en utilisant un système d'éléments thermiques.

Le concept d'énergie « thermique » dans ce contexte n'est pas interprété tout à fait correctement, car la chaleur ne signifie qu'une méthode de conversion de cette énergie.

Le TEG est un phénomène thermoélectrique qui a été illustré pour la première fois par le physicien allemand Thomas Seebeck dans les années 20 du 19e siècle . Le résultat des recherches de Seebeck est interprété comme une résistance électrique dans un circuit de deux matériaux différents, mais l'ensemble du processus ne se déroule qu'en fonction de la température.

Appareil et principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d'un générateur thermoélectrique, ou, comme on l'appelle aussi, d'une pompe à chaleur, repose sur la conversion d'énergie thermique en énergie électrique à l'aide d'éléments thermiques à semi-conducteurs, connectés en parallèle ou en série.

Au cours de la recherche, un tout nouvel effet Peltier a été créé par un scientifique allemand , ce qui indique que des matériaux complètement différents des semi-conducteurs lors du soudage permettent de détecter la différence de températures entre leurs points latéraux.

Mais comment comprendre le fonctionnement de ce système ? Tout est assez simple, un tel concept est basé sur un certain algorithme: lorsqu'un des éléments est refroidi et que l'autre est chauffé, nous obtenons l'énergie du courant et de la tension. La principale caractéristique qui distingue cette méthode particulière des autres est que toutes sortes de sources de chaleur peuvent être utilisées ici ., y compris une cuisinière, une lampe, un feu récemment éteints ou même une tasse avec uniquement du thé versé. Eh bien, l'élément de refroidissement est le plus souvent de l'air ou de l'eau ordinaire.

Comment fonctionnent ces générateurs thermiques ? Ils se composent de batteries thermiques spéciales, fabriquées à partir de matériaux conducteurs, et d'échangeurs de chaleur de différentes températures des jonctions thermopiles.

Le schéma du circuit électrique ressemble à ceci: thermocouples de semi-conducteurs, jambes rectangulaires de conductivité de type n et p, plaques connectées d'alliages froids et chauds, ainsi qu'une charge élevée.

Parmi les aspects positifs du module thermoélectrique, on note la possibilité d'utiliser absolument dans toutes les conditions ., y compris lors de randonnées, et en plus, la facilité de transport. De plus, ils ne contiennent aucune pièce mobile qui a tendance à s'user rapidement.

Et les inconvénients incluent un faible coût, une faible efficacité (environ 2 à 3 %), ainsi que l'importance d'une autre source qui fournira une baisse de température rationnelle.

Il faut noter que les scientifiques travaillent activement sur les perspectives d'amélioration et d'élimination de toutes les erreurs dans l'obtention d'énergie de cette manière … Des expériences et des recherches sont en cours pour développer les batteries thermiques les plus efficaces qui contribueront à augmenter l'efficacité.

Cependant, il est assez difficile de déterminer l'optimalité de ces options, car elles reposent uniquement sur des indicateurs pratiques, sans avoir de base théorique.

Compte tenu de toutes les lacunes, à savoir l'insuffisance des matériaux pour les alliages de thermopiles, il est assez difficile de parler d'une percée dans un avenir proche.

Il existe une théorie selon laquelle, au stade actuel, les physiciens utiliseront une méthode technologiquement nouvelle pour remplacer les alliages par des alliages plus efficaces, séparément avec l'introduction de la nanotechnologie . De plus, l'option d'utiliser des sources non traditionnelles est possible. Ainsi, à l'Université de Californie, une expérience a été menée où les batteries thermiques ont été remplacées par une molécule artificielle synthétisée, qui agissait comme un liant pour les semi-conducteurs microscopiques en or. Selon les expériences menées, il est devenu clair que seul le temps dira l'efficacité de la recherche actuelle.

Aperçu des types

Selon les méthodes de production d'électricité, les sources de chaleur et les tous les générateurs thermoélectriques sont de plusieurs types selon les types d'éléments structurels impliqués.

Le carburant . La chaleur est obtenue à partir de la combustion de combustible, qui est le charbon, le gaz naturel et le pétrole, ainsi que la chaleur obtenue par la combustion de groupes pyrotechniques (damiers).

Générateurs thermoélectriques atomiques , dont la source est la chaleur d'un réacteur atomique (uranium-233, uranium-235, plutonium-238, thorium), souvent ici une pompe thermique constitue les deuxième et troisième étages de conversion.

Générateurs solaires générer de la chaleur à partir des communicateurs solaires que nous connaissons dans la vie de tous les jours (miroirs, lentilles, caloducs).

Les usines de recyclage génèrent de la chaleur à partir de toutes sortes de sources, ce qui entraîne le dégagement de chaleur perdue (gaz d'échappement et de combustion, etc.).

Radio-isotope la chaleur est obtenue par la désintégration et la division des isotopes, ce processus est caractérisé par l'incontrôlabilité de la division elle-même, et le résultat est la demi-vie des éléments.

Générateurs thermoélectriques à gradient sont basés sur la différence de température sans aucune interférence extérieure: entre l'environnement et le site d'expérimentation (équipements spécialement équipés, canalisations industrielles, etc.) en utilisant le courant de démarrage initial. Le type donné de générateur thermoélectrique a été utilisé avec l'utilisation de l'énergie électrique obtenue à partir de l'effet Seebeck pour la conversion en énergie thermique selon la loi de Joule-Lenz.

Applications

En raison de leur faible rendement, les générateurs thermoélectriques sont largement utilisés là où il n'y a pas d'autres options pour les sources d'énergie, ainsi que pendant les processus avec des pénuries de chaleur importantes.

Poêles à bois avec générateur électrique

Ce dispositif se caractérise par la présence d'une surface émaillée, d'une source d'électricité, notamment d'un élément chauffant. La puissance d'un tel appareil peut être suffisante pour charger un appareil mobile ou d'autres appareils utilisant la prise allume-cigare pour voiture . Sur la base des paramètres, on peut conclure que le générateur est capable de fonctionner sans conditions normales, à savoir sans la présence de gaz, de système de chauffage et d'électricité.

Générateurs thermoélectriques industriels

BioLite a présenté un nouveau modèle pour la randonnée - un réchaud portable qui non seulement réchauffera les aliments, mais chargera également votre appareil mobile. Tout cela est possible grâce au générateur thermoélectrique intégré à cet appareil.

Cet appareil vous servira parfaitement lors de randonnées, de pêche ou n'importe où éloigné de toutes les conditions de la civilisation moderne. Le travail du générateur BioLite est caractérisé par la combustion de carburant, qui est transmis séquentiellement le long des murs et génère de l'électricité. L'électricité résultante vous permettra de recharger le téléphone ou d'allumer la LED.

Générateurs thermoélectriques à radio-isotopes

En eux, la source d'énergie est la chaleur, qui se forme à la suite de la décomposition de micro-éléments. Ils ont besoin d'un approvisionnement constant en carburant, ils ont donc la supériorité sur les autres générateurs . Cependant, leur inconvénient important est que pendant le fonctionnement, il est nécessaire de respecter les règles de sécurité, car il y a un rayonnement de matériaux ionisés.

Malgré le fait que le lancement de tels générateurs puisse être dangereux, y compris pour la situation environnementale, leur utilisation est assez courante. Par exemple, leur élimination est possible non seulement sur Terre, mais aussi dans l'espace . On sait que des générateurs de radio-isotopes sont utilisés pour charger les systèmes de navigation, le plus souvent dans des endroits où il n'y a pas de systèmes de communication.

Oligo-éléments thermiques

Les batteries thermiques jouent le rôle de convertisseurs et leur conception est constituée d'instruments de mesure électriques calibrés en Celsius. L'erreur dans de tels appareils est généralement égale à 0,01 degré . Mais il convient de noter que ces appareils sont conçus pour une utilisation dans la plage allant de la ligne minimale du zéro absolu à 2000 degrés Celsius.

Les groupes électrogènes thermiques ont récemment gagné en popularité lorsqu'ils travaillent dans des endroits difficiles d'accès et totalement dépourvus de systèmes de communication. Ces emplacements incluent l'espace, où ces appareils sont de plus en plus utilisés comme alimentations alternatives à bord des véhicules spatiaux.

Dans le cadre du développement des progrès scientifiques et technologiques, ainsi que des recherches approfondies en physique, l'utilisation de générateurs thermoélectriques dans les véhicules pour la récupération d'énergie thermique gagne en popularité afin de traiter les substances extraites des systèmes d'échappement des voitures.