Конкурс молодежных творческих работ по применению возобновляемых источников энергии в городской среде

Разработка термоэлектрического модуля с высоким КПД

Номинация:
Название проекта:
Разработка термоэлектрического модуля с высоким КПД
0
  • Egor Lebedev
    Евгений! Очевидно, что у ТЭМ большой потенциал использования во многих областях. Тем не менее, попробуйте предложить оригинальную идею использования ТЭМ в условиях городской среды! Солнечные модули можно использовать везде где есть солнце и для всего, что работает на электричестве. Но, тем не менее, форма конкурса подразумевает описание конкретного примера использования альтернативного источника энергии!
Название проекта

          Термоэлектрический модуль предназначен для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Из достоинств данной разработки можно отметить: статическая одноступенчатая система преобразования первого рода, отсутствие движущих частей, не требует специального обслуживания, в работе устойчив, даёт стабильное напряжение в течение очень долгого времени, обладает высокими энерговесовыми характеристиками и мобильностью, способен работать не зависимо от пространственного положения, имеет возможность использовать теплоту от любых источников тепловой энергии, независим от среды (космос, вода, земля), в которой эксплуатируется.

       Впервые, благодаря формированию электроизоляционных плат и коммутационных шин методом катодного напыления, возможно нанесение термоэлектрического покрытия на поверхности произвольных форм и размеров. Создана программа расчёта параметров ТЭМ, что позволяет эффективно подбирать материалы и параметры конструкции в зависимости от конкретной области применения и конкретной задачи.

Потребителями технологии могут стать уже существующие предприятия по производству ТЭМ (НПО Кристалл, РМТ, СКТБ Норд, Ferrotec и др.). Так же потребителями могут стать производители конечной продукции, в которой возможно применение ТЭМ, например, автомобилей(BMW, Renault, Nissan, Ford, АвтоВАЗ и др.), космических аппаратов (Роскосмос), автономных источников питания для применения в быту и специального применения (Рособоронэкспорт, структуры МЧС  и др.), для утилизации бросового тепла от ядерных реакторов (РосАтом). Производство ТЭМ направлено на импорт замещение, что актуально в сегодняшней политической обстановки в мире

     Данная разработка имеет следующие области применения:

1) В автомобильных термоэлектрических генераторах (ТЭГ).

Автомобильный термоэлектрический генератор представляет собой устройство, которое преобразует тепло двигателя внутреннего сгорания и тепло выхлопных газов в электричество.

   Основная цель использования – производство электрического тока для питания электрических систем автомобиля и зарядки батареи. 

   ТЭГ прикрепляют к наружной поверхности выхлопной трубы. Горячая сторона нагревается высокотемпературными газами, а охлаждение происходит за счет движения воздуха, создаваемого при движении автомобиля.  

   Такие производители как BMW, Chevrolet, Volkswagen и General Motors работают над созданием высокоэффективных жаростойких ТЭГ, которые можно будет устанавливать в систему двигателя, где температура достигает 1000°C, что позволит экономить больше топлива (до 10%).

2) Бытовые ТЭГ.

   Растет и интерес к использованию модулей ТЭГ и в быту. Это возможность локального освещения, зарядки аккумуляторов сотовых и спутниковых телефонов, ноутбуков, эхолотов, автомобилей, видеокамер, устройств автоматики, обеспечение электроэнергией магнитофонов, миникомпьютеров, телевизоров от имеющихся тепловых устройств.

3) Почвенные ТЭГ.

Почвенные термоэлектрогенераторы преобразуют тепловую энергию почвы в электрическую. Они успешно используются для автономных систем, питания датчиков и сигнальных устройств, а также в системах охранной сигнализации. Корпус таких ТЭГ выполнен из гидро- и биоустойчивого материала с применением антикоррозионной защиты.

4) ТЭГ для измерения тепловых потоков.

    Термоэлектрические модули распространены как тепломеры. Они используются для измерения плотности потока, измерения и контроля тепловой работы двигателей, приборов и механизмов, определяют тепловые потери, коэффициент теплопроводности. Вычисляют теплопроводность биологических объектов, используются как дозиметры, контроллеры в автоматизации технологических процессов.

5) Реакторные термоэлектрические генераторы.

    Сочетание термоэлектрических генераторов и в качестве источников тепла - ядерных реакторов. По способу теплопередачи могут быть вынесенными (ТЭГ за пределами реактора), встроенными (в одном блоке) и промежуточные (тепло от реактора идет по тепловым трубам). Холодные спаи охлаждаются хладагентами.

6) Радиоизотопные термоэлектрические генераторы.

    Преобразует в электричество тепло естественного распада радиоактивных изотопов. Применяется в местах, где использование других электроисточников технически или экономически недоступно. Например, в маяках, метеостанциях, навигационном оборудовании, для очень длительной работы роботов (недоступной топливным элементам и аккумуляторам). ТЭГ используются космическими спутниками и кораблями удаленной миссии при полетах вдали от Солнца при неэффективности использования солнечных батарей (например, аппараты "Кассини-Гюйгенс", "Вояжер", марсоход Curiosity). ТЭГ служат 10-30 лет и для безопасности подлежат утилизации для сдерживания распада радиоизотопов. 

     Во всех приведенных выше термоэлектрических генераторах для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую используются термоэлектрические модули.