Hvað eru varmaleikastarfsgjafar?

Hvað eru varmalekstrársamur?

Skilgreining á varmalekstrársamri

Varmalekstrársamur (TEG) er tæki sem breytir hitaorku í raforku með notkun Seebeck-effektsins. Seebeck-effekturinn kemur fyrir þegar til er hitastigsdifur milli tveggja mismunandi leitara eða leitaravísa, sem skapar rafspennudif. Varmalekstrársamir eru fastastaðgengs tæki sem hafa engin færileg hluti og geta virkað óþyngilega og treystulega yfir löng tímabil. Varmalekstrársamir geta verið notaðir til að safna afleiðingarhitifrum frá ýmis upprunum, eins og verkstæðum, bílum, orkustöðum og jafnvel mannlegu hita, og breyta þeim í gagnlegt rafmagn. Varmalekstrársamir geta einnig verið notaðir til að gefa orku fjartengdum tækjum, eins og mælitæki, draadlausa sendara og rýmarakettum, með notkun radioisótopa eða sólarhita sem hitauppruna.

Virknarskilgreining

Varmalekstrársamur samanstendur af tveimur helstu atriðum: varmalekstofum og varmalekstrássamsetningum.

Varmalekstofur eru efni sem sýna Seebeck-effekt, sem myndar rafspennu þegar til er hitastigsdifur. Þau eru flokkuð í tvær tegundir: n-tegund og p-tegund. N-tegund hefur auka elektrón, en p-tegund manglar elektrónum. Þegar tengd seriesamband við metalleitar, mynda þessi efni thermocouple, grunnatriði varmalekstrársamans.

Varmalekstrássamsetning er tæki sem inniheldur mörg thermocouples tengd seriesamband í rafrás og parallelismusamband í hitasamskiptum. Varmalekstrássamsetning hefur tvær hliðar: varmhlið og kaldhlið. Þegar varmhliðin er sett í samskipti við hitauppruna og kaldhliðin er sett í samskipti við hitasviga, myndast hitastigsdifur yfir samsetninguna, sem valdar straumi að renna í rafrásina. Straumin getur verið notuð til að gefa orku ytri belti eða hleypa battari. Rafspenna og orkutækni varmalekstrássamsetningar fer eftir fjölda thermocouples, hitastigsdifsins, Seebeck-stuðulsins og raf- og hitamóttaka efna.

Afhendingarhlutfalli varmalekstrársamans er skilgreint sem hlutfalli raforkutækni við hitauppteki. Þetta afhendingarhlutfalli er takmarkað af Carnot-effekt, hámarksan hæfileika fyrir allar hitaverktaki milli tveggja hitastiga. Carnot-effekturinn er gefinn með:

þar sem Tc er hiti kalda hliðarinnar, og Th er hiti varma hliðarinnar.

Raunverulegt afhendingarhlutfalli varmalekstrársamans er mun lægra en Carnot-effekt vegna ýmis tapa eins og Joule-hiti, hitagangur og hitastraling. Raunverulegt afhendingarhlutfalli varmalekstrársamans fer eftir stærðareinkvæmi (ZT) varmalekstofna, sem er staðalað stak sem mælir með prestation varmalekstofna. Stærðareinkvæmið er gefið með:

þar sem α er Seebeck-stuðull, σ er rafmengun, κ er hitamengun, og T er alger hiti.

Þe miðu stærðareinkvæmið, þe miðu afhendingarhlutfalli varmalekstrársamans. Stærðareinkvæmið fer eftir bæði innskrifum eiginleikum ( eins og elektróna- og phonon-gangur) og útskrifum eiginleikum ( eins og doping-stigi og form) efna. Markmið rannsóknar á varmalekstofnum er að finna eða hönnu efni sem hafa háa Seebeck-stuðul, háa rafmengun og lága hitamengun, sem oft eru mótvísandi kröfur.

Almenn efni

• Bismuth telluride (Bi2Te3) og sambönd hans

• Lead telluride (PbTe) og sambönd hans

• Skutterudites

• Half-Heusler sambönd

Notkun

• Kælingartæki

• Orkugjöf frá afleiðingarhitifrum

• Orkugjöf frá radioisótopum

 Údfæri

• Læg afhending

• Hár kostnaður

• Hitastýring

• Kerfissamþætting

Framtíðarstefnur

• Ný varmalekstofn

• Framfarandi varmalekstrássamsetningar

• Nýsköpunarfull varmalekstrársamkerfi

Samantekt

Varmalekstrársamir eru tæki sem geta breytt hitaorku í raforku með notkun Seebeck-effektsins. Varmalekstrársamir hafa mörg kosti yfir venjulegar orkugjöfaraðferðir, eins og smálíkan, treystni, óþyngileiki og beinn umskiptingur. Varmalekstrársamir hafa ýmsar notkun í mismunandi sviðum, eins og kælingartæki, orkugjöf frá afleiðingarhitifrum og orkugjöf frá radioisótopum. En varmalekstrársamir standa einnig fyrir sumum údfærum og takmörkum sem þarf að komast yfir fyrir praktísk forritun, eins og læg afhending, hár kostnaður, hitastýring og kerfissamþætting. Framtíðarstefnur rannsóknar og þróunar á varmalekstrársamum innihalda ný varmalekstofn, framfarandi varmalekstrássamsetningar og nýsköpunarfull varmalekstrársamkerfi. Varmalekstrársamir hafa mikil vopnun fyrir orkuskifti og safning á ýmsum sviðum og atburðum.