28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Термоэлектрический генератор электроэнергии типа "уральского кубик"

Термоэлектрический генератор электроэнергии типа "уральского кубик"

Горшков Алексей Владимирович,
старший преподаватель,
Южно-Уральский государственный
университет

"Уральский кубик" - генератор электроэнергии из случайных и периодических колебаний температуры окружающей среды, представляющий собой тепловую ёмкость, теплоизолированную от окружающей среды везде, кроме теплообменника с полупроводниковым термоэлектрическим генератором, который, в свою очередь, находится в тепловом контакте с другим теплообменником: с теплообменником с окружающей средой.
Принцип действия состоит в том, что средняя за большой период времени температура тепловой ёмкости ("буфера") меняется медленнее, чем температура окружающей среды. Если окружающая среда (например, атмосфера днём) теплее, чем буфер, то поток теплоты идёт через ТЭГ снаружи вовнутрь, а когда окружающая среда (например, атмосфера ночью) холоднее, чем буфер, поток теплоты идёт через ТЭГ изнутри наружу, и в обоих случаях вырабатывается термо-ЭДС Зеебека и совершается полезная работа.
gДля повышения коэффициента полезного действия тепловых машин существует два пути - повышение температуры Т1 нагревателя и понижение температуры Т2 холодильника. Удобными холодильниками являются атмосферный воздух или вода (около 300 К), космическое пространство (много меньше 300 К), нагревателем - Солнце, ветер.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Она состоит из : промышленно изготовленных Миасским МЗ полупроводникового термоэлектрического модуля (ТЭМ) К1 - 72, расположенных на его различных сторонах воздушного теплообменника из алюминиевою сплава, находящегося в тепловом контакте с ТЭМ, и теплопроводника из алюминиевого сплава, введённого в прозрачный герметичный корпус из стекла, внутри которого находится теплоёмкая среда (смесь воды, этилового спирта и нейтрального мыла в качестве антикоррозийной присадки), двухполупериодных выпрямительных мостиков с низким напряжением протекания прямого тока, цифрового вольтметра.

Преимущества "кубика"

"Уральский кубик" (УК) при правильном выборе его параметров может быть энергетически на порядок эффективнее ветрового генератора (90Вт/м2).
Существуют местности (сухие пустыни Гоби, Такла-Макан, Каракумы, Мангышлак, Аравия, Сахара, Австралия, Атакама и др.; высокогорье; морские горные побережья), где суточные перепады температуры на порядок больше (240-310 К) челябинских; таким образом, в этих местностях типичный КПД УКТМ будет 22% , что соответствует около 10 кВт/м2 - величина, достижимая ветряками только при ураганном ветре около 20 м/с.
На единицу территории S, занимаемой воздухозаборником теплообменника УК высотой 10..100 м., можно сделать (W/S) порядка 100 кВт/м2 (Челябинск) или 1 МВт/м2 (Гоби) что на 2..3 порядка больше солнечной постоянной и выгодно экономически.
Полезность работы: в доказательстве возможности надёжного обеспечения любых местностей России и остального человечества практически вечными источниками энергии, не требующими ископаемого сырья, довольствующимися энергией Солнца, причём не требовательные к освещённости !