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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 열전 발전기. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
열전 발전기 - 열 에너지를 전기 에너지로 직접 변환하는 장치. 열전 발전기는 열전소자를 기반으로 만들어집니다. 가장 효율적인 열 발생기는 복잡한 반도체 화합물을 사용합니다. 그들의 전력은 수십 와트, 효율-20 %에 도달 할 수 있습니다 (열전소자의 열접점과 냉접점의 온도 차이-약 1000K). 올해 로켓 엔진, 원자로, 용광로 등의 작동 중에 방출되는 열을 사용할 때 특히 효과적입니다. 열전 발전기는 다양한 무선 장비, 통신, 조명 및 충전 배터리에 전원을 공급하도록 설계되었습니다. 가정용 소스(케로가스, 스토브, 가스 버너, 스토브, 불)의 열을 전기 에너지로 변환합니다. 1. 고체 연료 열전 발전기 숯으로 연료를 공급하고 물이나 공기로 냉각하는 TEG. 구조 다이어그램은 그림에 나와 있습니다. 7.3. 주요 특성은 표에 나와 있습니다. 7.1.
표 7.1. 목탄에 대한 TEG의 특성
숯을 태워 열접점을 가열하고 끓는 물로 냉접점을 냉각하는 TEG(그림 7.4, 7.5 참조)에는 목탄 6을 통해 호퍼(4)에 석탄이 연소되는 주철로(1)가 있습니다. 파이프 2를 통해 내부 케이싱(3)과 외부 케이싱(5) 사이의 공간에는 TEEL의 냉접점 온도를 약 100°C로 유지하는 끓는 물이 있습니다. 열전소자(8)는 운모의 얇은 층에 의해 설치 구조로부터 전기적으로 절연됩니다. 케이싱(3)과 TEEL 사이의 열 접촉은 그들 사이에 주입된 가용성 합금에 의해 수행됩니다.
TEG에는 두 개의 독립적으로 작동하는 TEEL 배터리가 있습니다. 하나는 가열 회로에 전원을 공급하고 다른 하나는 양극 및 그리드 회로에 전원을 공급(진동 변환기의 도움으로)합니다. 이러한 TEEL의 단점: TEEL과 냉장고 사이의 열 접촉의 어려움, 끓는 물의 존재 및 석탄로 제어의 어려움.
나무와 석탄에 TEG 고체 연료 TEG의 추가 개발로 인해 최대 500W 이상의 출력을 가진 더 큰 TEG의 여러 모델이 추가로 생성되었습니다. 이 장치는 벽에 열전퇴가 내장된 석탄이나 나무를 사용하는 스토브였습니다. 예를 들어, 목재, 석탄, 석유 등 모든 연료로 작동하는 200W 및 500W의 극북 지역용 발전기를 제공합니다. 200W 발전기는 2시간 동안 약 1kg의 장작을 소비했습니다. 그것은 축산에 사용되는 전기, 온수 또는 증기를 생산하기 위한 것이었습니다. 그러나 석탄에서의 TEG 운전은 균일한 연료 공급이 어렵기 때문에 불안정하다. TEG의 다음 시동은 용광로의 사전 청소가 필요했고 전원에 도달하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 따라서 TEG의 추가 개발은 액체 연료를 사용하는 경로를 따라 진행되었습니다. 고체 및 액체 연료용 중간 TEG 액체 연료의 이점으로 인해 액체 연료와 고체 연료 모두에 대한 작동에 적합한 중간 설계가 등장했습니다. 이러한 구조에는 그림에 표시된 구조가 포함됩니다. 7.6 미국 특허에 따른 TEG 설치 방식.
여기에서 직경 145mm의 와이어로 만들어진 0,5개의 열전 소자가 삼각대로 지지되는 직경 5cm의 베이클라이트 컵 바닥에 콜드 엔드로 내장되어 있습니다. 요소의 뜨거운 끝은 기존 알코올 버너의 불꽃으로 가열됩니다. TEEL의 한 가지는 콘스탄탄으로 만들어지고 다른 가지는 니켈(91%)과 몰리브덴(9%)의 합금으로 만들어집니다. 발전기의 출력 전압은 6V입니다. 이 회로는 TEG-1 회로와 매우 유사하지만 금속 연료 전지를 사용하고 화재를 알코올 버너로 대체하는 다른 설계입니다. 2. 액체 연료 열전 발전기 등유에 TGK-1, TGK-3 및 TGK-2-2-TEG 유형의 등유에 대한 TEG는 기존 조명 등유 램프를 열원으로 사용하는 것을 기반으로 하며 전기 생성과 함께 광원입니다. TGK-1, TGK-3 및 TGK-2-2의 설계 체계는 동일합니다. SbZn 및 콘스탄탄의 TEEL의 등유 열 열접점의 백열 연소 생성물, 냉접점에는 공기 냉각 핀이 있습니다. TGC-1의 전력은 약 1,6W, TGC-3은 약 3W입니다. TGK-3의 주요 특성은 표와 같다. 7.2. 표 7.2
무화과에. 7.7은 기본 설계 체계에서 TGK-3과 거의 다르지만 더 많은 전력을 가진 TGK-1 발전기를 보여줍니다. 이 TEG는 20줄 둥근 심지 등유 램프 8, 7과 금속 히트 파이프를 사용합니다. 그림 2와 6에 나와 있습니다. 7.7, TEEL에는 14개의 면이 있습니다. 각 TEEL 블록은 TGC-3에서와 같이 하나의 독립적인 이중 리브(1)에 의해 냉각됩니다. 램프 3의 하단 가장자리에서 링 8까지의 TGC-1 높이는 약 1m이고 라디에이터 직경은 300mm입니다. 램프를 한 번 충전하면 약 10시간 동안 사용할 수 있습니다. TGK-3에서 생성되는 에너지는 1 - 2 A의 전류에서 0,3 - 0,5 V의 전압을 소비하고 90 - 120의 전류에서 8 - 11 V의 전압을 소비하는 다양한 라디오 수신기 및 기타 장치에 전력을 공급하기에 충분합니다. 엄마. 3. 기체 연료에 대한 TEG 가스를 사용하면 입열 조절이 간단해지고(버너의 가스 압력을 조절하여 쉽게 달성됨) 다양한 온도에서 연료의 양호한 연소가 보장되며 슬래그 축적이 수반되지 않습니다. 이 모든 것이 TEG의 장기적이고 안정적인 작동을 위한 조건을 만듭니다. 특히 XNUMX년대는 장거리에 걸쳐 천연가스와 석유를 소비 중심지로 수송하기 위한 파이프라인 건설이 특징입니다. 이와 관련하여 최소한의 비용으로 파이프라인의 안전을 보장하기 위해 (발전소가 없는 지역에서) 부식으로부터 가스 파이프라인 및 기타 파이프라인의 음극 보호를 위해 우리나라에서 가스 연료로 작동하는 TEG의 광범위한 사용이 시작되었습니다. 다른 목적을 위해. 표유류 또는 공격적인 토양에 위치한 가스 파이프 라인은 파이프 라인의 절연이 파손된 장소에서 쉘, 누공 및 기타 손상의 출현으로 인해 빠르게 실패합니다. 파이프라인 음극 보호 스테이션은 0,5 - 1V에서 최대 10 - 20kW의 전력을 가진 직류 소스이며 음극은 절연 케이블로 가스 파이프라인에 연결되고 양극은 접지됩니다. 음극 보호를 위해 TGG-10 및 TGG-300을 포함하여 10 ~ 16W의 전력으로 러시아에서 여러 유형의 TEG가 만들어졌습니다. 그들은 각각 하나의 TEEL 배터리를 가지고 있으며 가스 연료로 작동합니다. 배터리는 별도의 섹션으로 구성됩니다. 열접점은 실루민 열전달 장치에 밀착되고 냉접점은 냉각 알루미늄 핀에 밀착됩니다. 배터리는 가스 버너(PB-40-4)가 하부에 배치된 실린더이며 약 0,015atm의 과압 하에서 가스가 공급된다. TEG 장치에는 연료 공급을 차단할 수 있는 솔레노이드 밸브가 있습니다. 일반적으로 가스는 라인맨의 집에 연결된 가스 파이프라인에서 TEG로 공급됩니다. TGG-10 발전기는 기본적으로 범용 발전기와 원칙적으로 다르지 않으며 등유 램프 대신 가스 버너만 사용합니다. TEG TGG-16은 천공 디스크를 사용하여 고온 가스에서 열을 제거하는 개선된 방법을 사용합니다. 이 TEG의 구성은 Fig. 7.8. 이 발전기는 30분 이내에 작동 온도로 가열됩니다. 가스 소비량(7000 - 8000 kcal/m)은 0,1 - 0,2 m3/h입니다. 낮은 열효율 이러한 설치에서는 가스 소비가 무시할 수 있기 때문에 중요하지 않으며 가장 중요한 것은 신뢰성과 단순성, 낮은 운영 비용입니다.
3. 태양 에너지로 구동되는 열전 발전기 우주용 태양광 TEG. TEG, 그 계획은 그림에 나와 있습니다. 7.9는 약 2,5mm3 부피의 작은 TEEL 사용을 기반으로 하며 두 개의 평행판(예: 금속 호일) 사이에 약 3000개의 양으로 배치됩니다. 1m2 당; TEEL은 플레이트와 분리되어 직렬-병렬로 연결됩니다. 우주 공간에서 태양을 향한 한 판은 최대 300°C까지 가열되는 반면 다른 판(냉접점)은 약 70°C의 온도를 가집니다. 이 디자인의 각 TEEL은 약 10%의 효율로 약 2MW의 전력을 생산할 수 있습니다. 모델의 열전 패널 1m2의 무게는 10kg이며 약 30~40W/m의 전기를 생산할 수 있습니다. 이러한 우주선용 태양광 발전기는 TEEL이 30열로 각 열에 12개의 TEEL이 있는 12cm의 표면을 가진 카세트 형태로 제작되었다. 그것은 우주 공간에서 태양에 의해 가열될 때 2W의 전기 출력이 특징이었습니다. 가열 표면이 평평한 태양열 TEG는 열접점과 냉접점 사이의 작은 온도 차이로 인해 TEEL의 우수한 효율(특히 지상 조건에서)을 얻을 수 없습니다. 설계가 복잡하긴 하지만 태양 에너지 집광기를 사용하면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
4. 태양 에너지 집중 장치가 있는 열전 발전기 이미 언급한 바와 같이 TEEL의 효율은 열접점과 냉접점 사이의 온도차와 열접점의 절대 온도에 비례하여 증가합니다. 따라서 TEEL의 열접점 온도를 최대 1000°C까지 높일 수 있는 태양 에너지 집광기를 사용하면 TEG의 열 효율이 눈에 띄게 증가합니다. 집중 장치가 있는 열전기 태양열 발전기는 회전 타원체 또는 원통형 거울의 초점 영역에 설치된 열전퇴입니다(그림 7.10). 거울에 의해 수집된 태양 광선은 열접점의 표면으로 향하고 가열됩니다. 냉접점은 공기, 물 라디에이터 또는 복사를 통해 냉각됩니다. 대형 및 소형 집광기 및 축열기를 포함하여 열 집광기가 있는 다양한 태양광 TEG 모델이 개발되었습니다. 에너지 집중 장치가 있는 태양열 TEG의 심각한 단점은 집중 장치 자체의 비용이 높다는 것입니다.
1 - 포물선 반사경; 2 - 태양열 수신기; 3 - 티엘; 4 - 방열판 다른 열원이 있는 열전 발전기 TEEL(지열수, 인체 열, 로켓 발사기의 배기 가스 등)을 사용하여 전기를 생성하기 위해 크고 작은 온도 차이가 있는 다른 열원을 사용할 수 있는 가능성은 여러 고유한 TEG 설계에서 구현되었습니다. 이들에게는 저온에서 고품질 계수를 갖는 가장 적합한 열전 재료입니다. 이러한 재료에는 0,1% 나트륨이 첨가된 납 텔루라이드가 포함되며 품질 계수는 0,8-10입니다.-3 (도)-1 200°C 및 1,410에서-3 (도)-1 0°C에서 지열수에서 나오는 열을 사용하는 것은 실용적으로 매우 중요할 수 있습니다. 천연 온천의 열을 이용하는 데 적합한 TEG의 실험 샘플이 만들어졌습니다. 이러한 열전 지열 발전소의 불충분한 열효율은 TEG의 단순성과 신뢰성, 유지보수 인력 없이 작동할 수 있는 능력으로 보상될 수 있습니다. 인체의 열은 또한 TEEL의 열접점과 냉접점 사이에 온도차를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 우수한 TEM으로 만든 이러한 TEG는 온도차가 약 0,01~40°C인 경우 50W 이상의 전력을 제공할 수 있습니다. 수십 개의 소형 TEEL이 손목에 착용하는 유연한 팔찌를 형성합니다. 이러한 TEG는 특히 추운 기후에서 트랜지스터 수신기 및 송신기에 전력을 공급할 수 있습니다. 이 유형의 장치의 또 다른 예는 갈바닉 배터리 또는 축전지가 필요하지 않은 일본의 솔리드 스테이트 라디오 수신기입니다. 여기에 열판을 손에 대면 필요한 전류를 공급하는 열전 장치가 있다. 저자: 마고메도프 A.M.
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