Блог

Jun 18, 2023

Термоэлектрические технологии появляются в США

В США появились два радикально разных устройства сбора термоэлектрической энергии

На этой неделе в США появились два радикально разных устройства сбора термоэлектрической энергии.

Один из них представляет собой термоакустический эксперимент, разработанный Университетом штата Пенсильвания, а другой — новейшую версию генератора Зеебека производства Nextreme.

Термоакустическое устройство представляет собой попытку получить достаточно электричества от кулинарного огня в развивающемся мире, чтобы запустить вентилятор.

Идея состоит в том, что вентилятор, который повысит эффективность пожара и одновременно снизит выбросы — дым от приготовления пищи убивает 1,9 миллиона человек в год, по оценкам ООН.

Надежность является ключевым моментом, поэтому исследователь Пол Монтгомери решил, что движущихся частей, которые могут изнашиваться, должно быть мало или вообще не должно быть вообще, отсюда и выбор акустического преобразования, а Пенсильванский университет известен своими акусто-термодинамиками.

Он состоит из двух частей: термоакустического генератора для создания вибрирующего столба воздуха и преобразователя вибрации в электрический – громкоговорителя, работающего в демонстрационном режиме наоборот.

Генератор представляет собой трубку с одним закрытым концом и теплопередающим материалом внутри открытого конца.

С правильными размерами, условиями и ориентацией теплообменника; небольшая часть воздуха нагревается, и его расширение заставляет его перемещаться в холодную часть камеры. Здесь он остывает, сжимается и возвращается к горячей части.

Этот цикл повторяется с частотой, определяемой отскоком упругого столба воздуха и длиной трубки.

Этот эффект известен уже столетие с тех пор, как викторианский ученый лорд Рэлей обнаружил, что, когда тепло добавляется к звуковой волне во время сжатия и удаляется во время расширения, амплитуда звуковой волны увеличивается.

«Для космических применений был создан высокотехнологичный термоакустический генератор, в котором использовался сжатый гелий и очень дорогие линейные генераторы переменного тока», — сказал Монтгомери. «Для кухонной плиты мы попытались создать гораздо более простой прототип».

Он использует атмосферный воздух в прямоугольном воздуховоде, сложенном из листового металла.

Тепло передается газу с помощью керамических сот, отверстия которых проходят вдоль воздуховода.

«Керамика на самом деле представляет собой материал, который массово производится в качестве подложки для каталитических нейтрализаторов, используемых в автомобильных выхлопных системах», — рассказал Electronics Weekly профессор Пенсильванского университета Стивен Гарретт. «Пока керамика не покрыта катализатором, обычно платиной, она довольно недорогая, настолько дешевая, что ее используют в качестве огнеупорного кирпича в барбекю».

Один конец керамики зачернен и поглощает 20 Вт тепла за счет электромагнитного излучения от горячего конца резонатора, находящегося в печи.

Другой прикреплен к внешнему радиатору компьютерного типа для охлаждения. Демонстратор производит 25 мВт, хотя, по оценкам Монтгомери, готовый продукт будет производить 10 Вт от плиты мощностью 4–8 кВт и стоит 25 долларов.

«Даже относительно неэффективный тепловой двигатель будет способен генерировать достаточно электроэнергии из небольшого количества отработанного тепла для питания вентилятора и, возможно, иметь достаточную избыточную мощность для зарядки телефона или аккумулятора, который может обеспечить освещение в ночное время», — сказал он.

Результаты были представлены на 2-м Панамериканско-иберийском совещании по акустике, организованном Американским институтом физики, и Монтгомери написал справочный документ.

Другая разработка, разработанная производителем полупроводниковых устройств Пельтье/Зеебека Nextreme, нацелена на нижний предел шкалы разности мощности и температуры.

eTEG HV37 — это «высоковольтное» устройство, которое генерирует напряжение разомкнутой цепи 170 мВ при разнице температур в 10 К, и в этот момент оно может выдавать 1 мВт при правильной нагрузке.

При разнице в 50 КБ он может выдавать мощность 24 мВт или напряжение холостого хода 850 мВ.

Его площадь 6 мм2, высота 0,6 мм, он присоединяется к двум другим генераторам: HV56 и HV14.

«Развертывание распределенных датчиков и сенсорных сетей привело к возросшему интересу к возобновляемым и автономным источникам энергии», — сказал Дэйв Кестер, вице-президент по разработкам компании Nextreme. «Использование отработанного тепла является привлекательным источником энергии для многих приложений, где требуется мощность порядка мкВт-мВт».