Электричество термопара: Как добыть электричество из тепла без турбин: секрет термопары

Как добыть электричество из тепла без турбин: секрет термопары

Любой источник тепла можно превратить в источник электроэнергии – без паровых котлов, турбин и прочих громоздких сооружений.

Редакция сайта

Как известно, основная часть электроэнергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого сырья. Полученное при этом тепло используется, например, для образования пара, который крутит турбину, присоединенную к генератору. Таким образом, главным методом получения электричества является непрямое преобразование тепла, сопряженное с весьма существенными энергетическими потерями. «На производство 1 ватта полезной энергии в среднем тратится около 5 ватт тепла, из которых 4 уходят на разогрев окружающей среды. Если бы нам удалось хотя бы незначительно уменьшить эти потери, это означало бы огромную экономию топлива и существенное снижение выбросов углекислого газа», — поясняет Арунава Майумдар из Калифорнийского университета в Беркли.

Между тем метод прямого преобразования тепла в электроэнергию известен аж с первой половины XIX века, когда Томас Зеебек установил, что избирательное нагревание (или охлаждение) точки контакта двух проводников, имеющих различные химические свойства, сопровождается появлением электродвижущей силы (термо-ЭДС). Попросту говоря, на противоположных концах проводников возникает напряжение, а если их замкнуть, в цепи начнет течь электрический ток. Именно на этом принципе работает термопара — нехитрый прибор, применяемый для измерений температуры. Простейшая термопара состоит из двух стержней разного металла, спаянных на одном конце. По изменению напряжения на противоположных концах стержней можно судить об изменении температуры в точке их соединения.

Попытки приспособить феномен термо-ЭДС для получения электричества предпринимались неоднократно. Соответствующие устройства, называемые термоэлектрическими конверторами, довольно активно разрабатывались в течение последних 50-ти лет и даже нашли свое применение в некоторых областях промышленности. Однако для массового производства электроэнергии они явно непригодны. Во-первых, КПД подобных преобразователей не поднимается выше 7%, в то время как у паровых турбин это показатель достигает 20%. А главное — эффективной термопаре требуются редкие металлы — висмут, теллурий, платина и др. Это обстоятельство делает термоэлектрические конверторы очень дорогими и весьма непрактичными устройствами.

Однако специалисты из Калифорнийского университета сумели получить эффект термо-ЭДС с помощью искусственно синтезированной органической молекулы, соединяющей два металлических проводника. По мнению ученых, это означает настоящий прорыв в преобразовании тепла в электричество: органика очень дешева и проста в производстве. В ходе экспериментов ученые соединяли пары золотых проводников через прослойки из трех различных органических соединений — бензен-дитиола, дибензен-дитиола и трибензен-дитиола. Затем один из проводников начинали нагревать для создания разницы в температурах. На каждый градус разницы исследователи регистрировали рост напряжения в 8,7 мкВ для первого, 12,9 мкВ для второго, и 14,2 мкВ для третьего соединения, соответственно. Максимальная разница температур, достигнутая в ходе тестов, составила всего 30О по Цельсию.

«Эти цифры могут показаться не слишком значительным, однако они вполне доказывают правильность нашей концепции. Органическое термоэлектричество сделало свой первый шаг,» — заявил Прамод Редди (Pramod Reddy), один из участников исследования. В ближайшее время ученые намереваются протестировать ряд других органических соединений и металлов, чтобы добиться более выраженного эффекта термо-ЭДС.

Читайте также: «Электричество из водорослей», «Шумная энергия».

Что такое термопара и как она работает?. Статья компании Технонагрев

Что такое термопара?

Термопара — это термоэлектрический преобразователь, который преобразует тепловую энергию в электрическую. Термопара состоит из соединения проводов, сделанных из разнородных металлов, для образования спая. Напряжение возникает при изменении температуры на стыке.

Концепция термопары основана на эффекте Зеебека, который утверждает, что если разнородные металлы соединяются в одной точке, они будут генерировать небольшое измеряемое напряжение при изменении температуры точки соединения. Величина напряжения зависит от величины изменения температуры и характеристик металлов.

Конструкция термопары состоит из двух изолированных проводов, подключенных к измерительному прибору с коаксиальной оболочкой, разделенной изолированным материалом. Термопары служат в качестве контрольно-измерительного прибора для различных типов оборудования.

Процесс термопары можно увидеть на изображении ниже, где температура повышается на стыке проводов слева, а изменение температуры отображается на датчике справа.

Измерение температуры термопарой

Как работает термопара?

Когда два провода термопары соединяются для образования спая, один из них подключается к корпусу термопары и измеряет температуру. Его называют горячим или измерительным спаем. Второй спай прикреплен к телу известной температуры и является опорным спаем. Термопара измеряет неизвестную температуру и сравнивает ее с известной температурой.

Идея термопары основана на трех принципах действия, открытых Зеебеком, Пельтье и Томсоном.

Эффект Зеебека:

Эффект Зеебека возникает, когда два разных или непохожих металла соединяются вместе на двух стыках, и на двух стыках создается электродвижущая сила (ЭДС), которая различна для разных типов металлов

Эффект Пельтье:

ЭДС создается в цепи, когда два разнородных металла соединяются с образованием двух стыков из-за разной температуры двух стыков цепи

Эффект Томсона:

Эффект Томсона — это когда тепло поглощается по длине стержня, концы которого находятся при разных температурах. Температура тепла связана с протеканием тока до температуры вдоль стержня

Как работает термопара

Схема термопары показана на изображении ниже, где A и B — два разнородных провода, которые соединены, образуя спай. Два перехода имеют разные температуры, чтобы генерировать в цепи ЭДС Пельтье, которая является функцией температур двух переходов.

Термопара

Электроны переносят тепло и электричество. Если кусок медной проволоки нагреть с одного конца, электроны будут двигаться по проволоке к более холодному концу и создавать температурный градиент вдоль проволоки. Тепло превратилось в энергию. Тот же принцип, открытый Вольтом и Зеебеком, применим к термопаре.

Если температура спаев термопары одинакова, на стыках будет генерироваться равная и противоположная ЭДС, и ток будет равен нулю. Если переходы имеют разные температуры, ЭДС не будет равняться нулю, и ток будет течь по цепи так же, как тепло, протекающее по медному проводу. Поток ЭДС через цепь зависит от металлов и температуры двух переходов, которая измеряется измерителем.

ЭДС в цепи термопары очень мала, в милливольтах, и требует высокочувствительного прибора для определения генерируемой ЭДС. Обычно используются гальванометры и потенциометры, уравновешивающие напряжение, причем потенциометр используется наиболее часто.

 Потенциометр измеряет разность потенциалов, сравнивая неизвестное напряжение с опорным напряжением. Он может обеспечить высокоточные измерения. Он представляет собой трехконтактный переменный резистор и действует как регулируемый делитель напряжения. Гальванометр измеряет очень малые электрические токи. Они используются для измерения нулевого отклонения или нулевого тока.

Потенциометр и Гальванометр

Чтобы термопара могла произвести абсолютное измерение, она должна быть привязана к известной температуре, такой как замерзание, на другом конце кабеля датчика. Горячий спай является измерительным узлом, а холодный спай, как показано на диаграмме ниже, является точкой отсчета, где располагается микросхема компенсации холодного спая. Температура холодного спая может варьироваться, но является справочной. Холодный спай можно зафиксировать, погрузив его в воду для поддержания постоянной температуры.

Окружающий воздух может влиять на эталонную температуру. Его можно откалибровать и отрегулировать с помощью устройства компенсации холодного спая.

Простое изображение термопары

Использование защитной гильзы

В некоторых случаях применения термопар требуется использование защитной гильзы. Это устройство используется для защиты термопары от технологической среды и состоит из закрытой трубы или твердого стержня, установленного внутри указанной среды. Защитные гильзы чаще всего используются на нефтеперерабатывающих или химических заводах, чтобы продлить срок службы термопар. В зависимости от области применения могут использоваться различные типы защитных гильз. Некоторые из этих типов включают:

• 
  Прямые защитные гильзы

• 
  Ступенчатые защитные гильзы

• 
  Конические защитные гильзы

Защитные гильзы также классифицируются по способу их подключения к термопаре или термистору. Эти типы подключений могут включать:

• 
  Соединения под сварку внахлест

• 
  Фланцевые соединения

• 
  Резьбовые соединения

• 
  Соединения с уплотнительным кольцом

• 
  Сварные соединения

Компания Технонагрев производит различные термопары для промышленных систем нагрева. Ознакомиться с нашим ассортиментом и характеристиками термопар можно на странице товара. Звоните нам для получения дополнительной информации или оставляйте свои вопросы в форме на сайте.

Получение электричества из разницы температур

Термопары

Электричество из горячего металла!

Термопары — это удивительно простые устройства, которые производят электричество только из раскаленного металла. Вы, вероятно, слышали о них раньше, так как они обычно используются для измерения температуры. Возьмите две проволоки из разных металлов и нагрейте их в месте соединения. Вуаля! Вы можете измерить напряжение на ненагретых концах проводов.

Однако это напряжение и ток довольно малы, поэтому не стоит слишком волноваться. Вы не собираетесь заряжать свою Теслу парой теплых скрепок или чем-то еще. Напряжение достаточно велико, чтобы использовать его в качестве сигнала. Однако вы можете собрать кучу термопар и сделать некоторые другие интересные вещи.

Сначала мы поговорим о том, как работают термопары и почему они так полезны для измерения температуры. Затем мы можем экстраполировать некоторые интересные приложения за пределы одного набора из двух проводов.

Как работают термопары?

Мы уже говорили, что термопары — это всего лишь два провода из разных металлов, соединенных с одного конца. В этом нет ничего слишком нового, но часть «разные металлы» намекает на что-то интересное. Давайте исследуем:

Примерно в начале 1800-х годов было обнаружено, что нагревание куска металла с одного конца создает измеримую разницу напряжений. Интересно! Это связано с тем, что внешние валентные электроны в атомах металла способны мигрировать через материал (электропроводность), и они делают это при воздействии тепла. Тепловая энергия означает вибрацию в атомном масштабе. Меньшее количество электронов занимает пространство со всеми усиленными толчками, происходящими внутри горячего конца материала. Добавленная тепловая энергия также помогает электронам переходить на более высокие возбужденные энергетические состояния (представьте себе «более широкие орбиты») вокруг атомных ядер, что облегчает выход из атома. Отношения на расстоянии — это тяжело. Напротив, более холодный конец провода немного более расслаблен и может принимать электроны, ищущие убежища. В результате больше электронов висит на холодной стороне и меньше на теплой. Поскольку электрон является отрицательно заряженной частицей, мы можем переформулировать это, сказав, что более отрицательный заряд находится на холодной стороне, а положительный (менее отрицательный) — на теплой стороне. Это разница в напряжении!

Один теплый провод не делает батарею. Описанное выше состояние представляет собой материал в равновесии. Теплая часть металла имеет именно то количество электронов, которое делает его стабильным, а более холодная часть имеет то, что хочет. Он будет стараться отклонять любые дополнительные электроны, добавленные к нему, и привлекать любой дефицит, если некоторые из электронов будут принудительно удалены.

Металлы различных элементов имеют разное количество внешних оболочек или валентных электронов, которые могут свободно перемещаться от атома к атому. Из-за размера атомов, субатомных сил притяжения и отталкивания между различными количествами заряженных частиц и других, казалось бы, непостижимых чар, материалы ведут себя по-разному. Золото (79) и ртуть (80) — два металлических элемента, расположенных непосредственно друг за другом в периодической таблице. Это означает, что они отличаются только одним набором протон/нейтрон/электрон. Это небольшое различие делает одно сверкающим желтым блестящим твердым телом, которое люди любят вживлять себе в рот и мочки ушей, а другое — тяжелой сероватой ядовитой жидкостью. Относительная плотность электронов при данной температуре является более тонкой разницей, и она важна для термопар.

Когда две проволоки расположены рядом, соединены вместе на одном конце и нагреты в месте соединения, электроны будут иметь тенденцию рассеиваться от нагретого конца. Электрический заряд на концах обоих проводов будет одинаковым, потому что они представляют собой проводящие металлы, соединенные вместе. Вдали от этой точки на противоположном конце провода у вас будет относительно большее количество электронов, что означает отрицательный заряд.

Если оба провода сделаны из одного и того же элементарного металла, будет вырабатываться один и тот же заряд. Однако, если металлы разные, электроны будут рассеиваться по-разному. Заряд по-прежнему будет более отрицательным на холодном конце провода по сравнению с теплым концом провода, хотя один провод будет иметь более отрицательный заряд, чем другой. Разность напряжений можно измерить на двух холодных концах проводов.

Пример:

Провод «А» имеет разность электрических зарядов от 0 (горячий) до -5 (холодный)

Провод «В» имеет разность электрических зарядов от 0 (горячий) до -3 (холодный)

Чистая разница между проводами «А» и «В» составляет (-5) – (-3) = -2 чистая разница

Важно, чтобы холодные концы проводов имели одинаковую температуру. Если мы знаем эталонную температуру холодного конца, а также материал, из которого изготовлен каждый провод, мы можем сопоставить измеренное напряжение с диаграммой данных и узнать точную температуру на горячем конце проводов. Это термопара.

Каковы преимущества термопар?

Термопары просты в изготовлении. Они маленькие и гибкие. На самом деле термопары работают лучше всего, когда они сделаны из очень тонкой проволоки, так что она поглощает очень мало тепловой энергии при измерении температуры на ее конце. Их низкий профиль также делает их наименее разрушительными и очень быстро реагирующими на изменения. Их можно вклеивать внутрь компонентов машины для точного измерения внутренней температуры в критических точках. Длина проводов оказывает незначительное влияние на показания, если избежать других электрических помех.

Как прочитать показания термопары?

Трудный способ прочесть показания термопары — измерить напряжение очень чувствительным мультиметром. Затем найдите это значение в справочной таблице. Самый простой способ — использовать схему или считыватель, предназначенный для считывания показаний термопар. В него встроена таблица справочных данных. Многие цифровые мультиметры включают эту функцию. Схема представляет собой комбинацию усилителя сигнала и программного обеспечения или специальной интегральной схемы, которая преобразует сигнал напряжения в значение температуры. Однако схема считывателя должна быть настроена для определенного набора материалов проводов, иначе она не будет точной. К счастью, на рынке широко доступны стандартизированные пары материалов, на которые часто ссылаются во всем мире.

Стандартизированные материалы для термопар

Материалы для термопар стандартизированы и обозначаются однобуквенными кодами, такими как «K» или «J». Это два самых распространенных. Термопары, изготовленные из других, менее распространенных материалов, лучше подходят для других температурных диапазонов, более высокой точности или повышенной коррозионной стойкости. Часто в них используются хрупкие или очень дорогие материалы. Термопары типа «К» недороги и охватывают очень широкий диапазон температур.

Больше мощности!

Термопары генерируют напряжение порядка нескольких микровольт. Микровольт — это всего лишь 0,000001 вольт. Он отлично работает в качестве сигнала для измерения температуры, но не очень полезен для выполнения какой-либо работы. Теперь соедините несколько термопар последовательно и сложите эти напряжения вместе. Вы складываете их вместе, чтобы получить «термобатарею». Термобатареи преобразуют чистую разницу температур между горячим и холодным концами в полезное напряжение порядка сотен милливольт. Это больше из области полезности. Они используют те же принципы, что и элементы Пельтье, для прямого преобразования теплового потока в электричество.

Термобатареи чаще всего используются в устройствах контроля безопасности газовых горелок. Во многих газовых плитах, каминах, фритюрницах для индейки, обогревателях для патио и т.п. используется термобатарея для поддержания газовой горелки в открытом положении. Обычно они требуют, чтобы клапан открывался вручную и удерживался на месте, пока газ воспламенялся.

Термобатарея расположена непосредственно в горелке и подключена к подающему клапану, так что горячее пламя вырабатывает достаточно электроэнергии для поддержания клапана в открытом положении. Если пламя по какой-либо причине гаснет, термобатарея перестает вырабатывать напряжение, и клапан автоматически возвращается в закрытое положение. Этот предохранительный клапан предотвращает неконтролируемое накопление несгоревшего пропана или природного газа, которое в противном случае могло бы привести к взрывоопасным последствиям.

Еще больше силы!!!

А что, если сложить вместе огромное количество термопар? Типа мега термобатареи? Хммм…

Термоэлектрические генераторы используют крошечные инкрементальные напряжения термопар, складывающиеся вместе в монументальном масштабе. Хотя они все еще изо всех сил пытаются произвести много энергии с эффективностью ниже 10%, они все еще могут быть полезны. В автомобильных приложениях выхлопные газы горячие и представляют собой «отработанное тепло» энергии, теряемой при сгорании. Были разработаны термоэлектрические генераторы, чтобы использовать часть этой потерянной энергии и производить до 750 Вт (около 1 л.с.) полезной мощности. Хотя эти невероятно прочные твердотельные устройства полезны, они, как правило, требуют дорогостоящих материалов. На данный момент это душит коммерческую жизнеспособность, хотя материаловеды постоянно добиваются улучшений.

Одним из приложений, где они особенно хорошо подходят, является космическое пространство. Поскольку устройства твердотельные (без движущихся частей), ориентация и ускорение на них не влияют. Они отмахиваются от огромных перегрузок при запуске, и низкая гравитация или ее отсутствие не имеют для них значения. Кроме того, в космосе очень холодно. Градиент температуры может быть легко получен при наличии источника тепла.

Исследования дальнего космоса используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы именно по этой причине. По сути, это твердотельные радиоактивные батареи, в которых горячее радиоактивное распадающееся ядро ​​обернуто термопарами. Это очень надежная система без движущихся частей. На самом деле Настойчивость , марсоход, который только что приземлился на поверхность Марса, использует РИТЭГ для питания части своего питания.

Термопары — простые надежные устройства, вырабатывающие электричество за счет разницы температур. Они очень хорошо работают в качестве датчиков для измерения температуры в точных точках. Расширенные приложения, основанные на термопарах, полезны во всем, от безопасности приготовления пищи на заднем дворе до исследования космоса.

Являются ли термопары, термобатареи или термоэлектрические генераторы ключевым решением одной из ваших задач по разработке продукции?

CDN Inc. — это фирма, занимающаяся проектированием и проектированием продукции, которая может легко адаптироваться к потребностям вашего проекта; проектирование, промышленный дизайн, прототипирование и производство.

Категории

КатегорииВыбрать категориюКнигиБизнесТворчество | НефильтрованноеРазноеПроцессыТехнологии

Архивы

Архивы
Выбрать месяц Ноябрь 2021 Апрель 2021 Март 2021 Февраль 2021 Сентябрь 2020 Август 2020 Июнь 2020 Апрель 2020 Март 2020 Февраль 2020 Декабрь 2019 Ноябрь 2019Октябрь 2019 Сентябрь 2019 Август 2019 Июль 2019 Июнь 2019 Май 2019 Апрель 2019 Март 2019 Февраль 2019 Январь 2019 Декабрь 2018

Есть вопросы о том, как мы можем помочь с вашим следующим проектом? Свяжитесь с нами.

Термоэлектричество с использованием полупроводниковых термопар

Когда любой электрический проводник подвергается температурному градиенту, нагревая один конец, поддерживая другой конец при низкой температуре, он генерирует напряжение между горячим и холодным концами. Это явление известно как эффект Томсона и используется для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.

Термопары

Явление термоэлектричества впервые наблюдал в 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек, который заметил, что при изготовлении петли из проводов с использованием двух разнородных металлов между соединениями проводов возникает напряжение, если одно соединение горячее другого. . Такая петля, сделанная из разнородных металлов, стала известна как термопара, а явление было названо эффектом Зеебека в его честь. Напряжение, генерируемое термопарой, очень мало, и для создания практического термоэлектрического генератора требуется много термопар.

Полупроводниковые термопары

На протяжении более века термопары изготавливались из металлических проводников, и хотя было исследовано множество различных металлов, КПД редко превышал 3%. С появлением полупроводников КПД термоэлектрических генераторов значительно увеличился, и к 1950-м годам КПД генератора достиг 5%, а охлаждение по Пельтье было достигнуто от температуры окружающей среды до температуры ниже 0°С.

См. раздел «Полупроводники», в котором объясняется, как работают термопары.

Характеристики термопары

Коэффициент Зеебека

Кельвин показал, что при небольшой разности температур напряжение, возникающее между горячим и холодным концами одного проводящего стержня, пропорционально разности температур между двумя концами. Константа пропорциональности S теперь известен как коэффициент Зеебека и определяется как:

S = Δ V / Δ T

, где Δ T — разность температур между двумя концами материала, а Δ V — генерируемое термоэлектрическое напряжение. Таким образом, генерируемое напряжение определяется как:

Δ V = S*Δ T

Таким образом, это мера величины индуцированного термоэлектрического напряжения в ответ на разницу температур в материале.

Для большинства проводников создается крошечное напряжение, всего несколько микровольт на градус разницы температур. Для полупроводниковых материалов коэффициент может составлять от 100 мкВ/°К до 300 мкВ/°К, что в любом случае очень мало. Это происходит главным образом потому, что кинетическая энергия носителей заряда в полупроводниках сильно зависит от температуры, тогда как в металлах она не так сильно зависит от температуры.

В более общем случае коэффициент Зеебека является нелинейным и зависит от материала проводника, его молекулярной структуры и абсолютной температуры. Напряжение Зеебека не зависит от распределения температуры вдоль проводника, а только от разности температур между концами. Коэффициент Зеебека часто ошибочно называют термоЭДС или термоЭДС (это напряжение, а не мощность).

Термоэлектрические материалы

Идеальные термоэлектрические материалы должны обладать следующими свойствами:

• Высокий коэффициент Зеебека S — для получения максимального выходного напряжения на градус разницы температур.
• Высокая электропроводность σ — для минимизации джоулева нагрева
• Низкая теплопроводность λ — для ограничения распространения тепла по устройству с целью поддержания большого температурного градиента.

В целях сравнения полезность термоэлектрических материалов для производства электроэнергии, а также для нагрева и охлаждения можно охарактеризовать с помощью добротности, включающей эти свойства.

Показатель качества Z термоэлектрического материала является мерой его эффективности в качестве компонента преобразования энергии и определяется как:

Z = σS ²

      λ

Материалы с высокими термоэлектрическими показателями качества обычно представляют собой сильно легированные полупроводники, и в течение многих лет лучшие материалы имели показатель качества около 1. Последние достижения в области материаловедения увеличили это число примерно до 49.0007

Выходное напряжение термопары

На практике для извлечения полезного тока из концов токопроводящего стержня требуется подключение проводов к конечным точкам, по существу образуя второй проводник параллельно между источником тепла и радиатором. Таким образом, напряжение, генерируемое в проводах, будет противодействовать напряжению, генерируемому на стержне, а генерируемое чистое напряжение будет разностью между напряжениями, генерируемыми на стержне и на проводах. Схема, содержащая два разнородных металла, образует термопару.

Термоэлектрическое напряжение, генерируемое в одном проводнике, уже очень мало. Соединение проводов через проводник для извлечения электрической энергии вводит в цепь противоположное напряжение, так что доступное чистое полезное напряжение становится еще меньше.

На приведенной ниже диаграмме показано напряжение, развиваемое термопарой.

Это физическая основа термопары, которая часто используется для измерения температуры и в особых случаях для производства электроэнергии. См. практические устройства ниже

Термоэлектрическая эффективность

Эффективность термопары зависит от основных свойств термоэлектрических материалов, используемых в ее конструкции, и единственный способ улучшить ее — разработать новые материалы с более высоким показателем качества. Несмотря на 180 лет экспериментов с множеством различных материалов, типичная эффективность термоэлектрического преобразования по-прежнему составляет всего около 3%, а эффективность выше 10% никогда не достигалась. Наилучший КПД, достигнутый на сегодняшний день в космических аппаратах, составляет от 7% до 8%, что аналогично солнечным элементам на основе аморфного кремния (Si), но уступает 24%, достигаемым солнечными элементами с использованием экзотических материалов.

Существуют гораздо более эффективные способы преобразования тепла в электричество, чем использование термоэлектрических устройств.

Практические термоэлектрические устройства

Поскольку эффективность преобразования очень низкая, применение термопар в основном ограничено маломощными устройствами. Затраты также очень высоки, что еще больше ограничивает их потенциальное использование.

Более высокая электрическая мощность может быть достигнута в устройствах Зеебека за счет использования большего количества тепла за счет увеличения разницы температур между горячими и холодными поверхностями. Ограничивающими факторами здесь являются термическая и химическая стойкость термоэлектрического материала при высоких температурах и способность отводить избыточное тепло от холодной поверхности.

Точно так же эффективность охлаждения устройств Пельтье может быть улучшена за счет использования более высоких токов, но применяются те же ограничивающие факторы, за исключением того, что в этом случае избыточное тепло должно отводиться от горячей поверхности.

• Применения с низким энергопотреблением

Типичными применениями термопар, использующих эффект Зеебека, являются измерение температуры, определение тепла и обнаружение излучения в болометрах. Термоэлектрические батареи, работающие от тепла тела, также используются в портативных медицинских устройствах мониторинга.

 

• Термобатарея

Поскольку энергия, получаемая от одной термопары, очень мала, для создания термоэлектрических устройств, способных передавать практическое количество энергии, необходимо использовать массивы термопар. Устройства большей мощности могут быть изготовлены путем последовательного соединения термопар для увеличения емкости по напряжению и параллельно для увеличения емкости по току. Такой массив термопар называется термобатареей.

Термобатарея

 

Термоэлектрические генераторы могут использоваться почти так же, как фотоэлектрические устройства, и могут использоваться те же электрические вспомогательные цепи. Например, более высокое выходное напряжение может быть достигнуто за счет использования массива для управления преобразователем постоянного тока в постоянный.

 

• Термобатареи на эффекте Пельтье по сути являются тепловыми насосами, которые перекачивают тепло с одной стороны устройства на другую. Они используются для обеспечения термоэлектрического охлаждения, однако эффективность устройств на эффекте Пельтье обычно составляет от 5% до 10%, что намного меньше, чем от 40% до 50%, достижимых с компрессорными холодильными установками, что ограничивает их использование небольшими портативными холодильниками. и охлаждающие плиты.

 

• Термобатареи на эффекте Зеебека используются для преобразования тепловой энергии в электрическую в термоэлектрических генераторах (ТЭГ) с выходной электрической мощностью 1000 Вт и более.

 

ТЭГ

в течение некоторого времени использовались в радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РТГ) для обеспечения портативной энергии в космических аппаратах с использованием тепла распада радиоактивных изотопов, таких как плутоний-238. См. «Ядерные батареи».

 

Совсем недавно изучается возможность использования массивов термопар в автомобильных приложениях для рекуперации отработанного тепла выхлопных газов двигателя. При температуре выхлопных газов 250°C и температуре охлаждающей жидкости 50°C достигается выходная мощность более 300 Вт, но она падает до 150 Вт при повышении температуры охлаждающей жидкости до 90°C

См.