Материал: 687_Sazhnev_A.M._Sistemy_ehlektropitanija_

при малых перепадах температур, при которых применение иных способов преобразования невозможно в принципе.

Сферы применений ТЭГ крайне разнообразны: от энергообеспечения космических аппаратов, находящихся на удаленных от Солнца орбитах, питания оборудования газо- и нефтепроводов, морских навигационных систем до бытовых генераторных устройств, например в составе дровяной топочноварочной печи, камина и котла.

Приведем несколько примеров практического применения ТЭГ:

использование тепла, отводимого от двигателей внутреннего сгорания (автомобильных, корабельных и др.);

автономные источники электроэнергии для обеспечения работоспособности котельных, установок по переработке отходов и др.;

источники питания для катодной защиты нефте- и газопроводов;

преобразование тепла природных источников (например, геотермальных вод) в электрическую энергию;

обеспечение питанием различных устройств телеметрии и автоматики на объектах, удаленных от линий электропередач;

обеспечение автономным питанием маломощных электронных устройств (беспроводные датчики) за счет накапливаемой энергии, собираемой при наличии минимальных перепадов температур (менее 10 °С);

получение электрической энергии на солнечных концентраторах за счет разности температур горячего и охлажденного теплоносителя в контуре.

Вкачестве источника тепла для современных промышленных ТЭГ чаще всего применяют тепловую энергию, выделяемую при сжигании природного газа. Также используется тепловая энергия, отводимая от двигателей внутреннего сгорания, тепловая энергия пара, другие доступные источники тепла на промышленных объектах. Выходная мощность генераторов определяется типом и числом термоэлектрических модулей, входящих в состав генератора, а также конструкцией радиаторов. Линейка выпускаемых компанией «Криотерм» ТЭГ промышленного назначения обеспечивает возможность получения электрической мощности от 2 до 200 Вт от одного генератора. Следует отметить, что производитель указывает выходную мощность для наихудших условий эксплуатации и среднестатистически можно ожидать результаты, превосходящие гарантированные в полтора раза и более. При выполнении условий согласования можно суммировать вырабатываемую мощность от нескольких генераторов [1].

Вупрощенном виде термоэлектрический генератор можно представить в виде металлической теплораспределительной пластины со стороны источника тепла, термоэлектрического генераторного модуля и охлаждающего радиатора, отводящего тепло, проходящее через модуль в окружающим среду и создающего необходимый перепад температур (рис. 1.1). Вся конструкция должна сжиматься с усилием, обеспечивающим надежную передачу тепла от источника в окружающую среду с одной стороны и не допускающей превышения допустимого усилия при тепловом расширении конструкции.

6

На рисунке видно, что сжатие обеспечивается с помощью резьбовых соединений и рессорной пружины. Пружины могут быть также иной конструкции, например витой или дисковой. Целью конструкции является обеспечение равномерности усилия сжатия в заданном интервале температур. Благодаря своей простоте базовая конструкция обладает высокой надежностью и долговечностью (срок службы может превышать 10 лет).

Рис. 1.1 – Базовая конструкция термоэлектрического генератора

Универсальный термоэлектрический генератор Б4-М. Генератор Б4-М

позволяет получать напряжение питания 12 В при установке на вертикальные горячие поверхности с температурой +250 °С и обеспечивающие мощность теплового потока через генератор 300 Вт. Генератор обеспечивает непрерывную круглосуточную работу без постоянного наблюдения за его функционированием. В ТЭГ Б4-М по ГОСТ 14254-96 используется степень защиты IP35 от прикосновения к токоведущим частям, попадания твердых посторонних тел и жидкости. Генератор предназначен для работы в помещении и на открытом воздухе при любой погоде. Генератор снабжен бронерукавом, служащим защитой проводов выходного напряжения от механических повреждений и перегрева (рис. 1.2). На бронерукаве также установлен разъем выходного напряжения.

В реальных условиях эксплуатации в силу ряда факторов достаточно сложно обеспечить постоянную температуру источника тепла. В этой связи для защиты от перегрева и повышения надежности генератор имеет встроенную тепловую защиту, предотвращающую выход из строя генератора при нагреве установочной поверхности до +300 °С. Основные технические характеристики ТЭГ Б4-М приведены в таблице 1.1.

7

Рис. 1.2 – Внешний вид и состав ТЭГ Б4-М (1– рабочая поверхность; 2– кожух; 3 – отверстия для крепежа; 4 – ребра радиатора; 5 – разъем

Подключения переходного устройства

Таблица 1.1 Основные технические характеристики ТЭГ Б4-М

Примечание: * — на согласованной нагрузке.

В процессе проектирования систем с применением термоэлектричесих генераторов возникает вопрос: какими будут выходные параметры генератора при температурах ниже номинальной? На рис. 1.3 приведена зависимость выходной мощности генератора Б4-М на согласованной нагрузке от

8

Рис. 1.3 –Типовые результаты испытаний генератора Б4-М

температуры источника тепла. На графике видна область срабатывания тепловой защиты после роста температуры источника тепла свыше +260 °С, при котором происходит уменьшение теплового потока через термоэлектрический модуль и, как следствие, снижение вырабатываемой электрической мощности. Испытания производились при комнатной температуре, в условиях естественной конвекции. Для нормальной работы ТЭГ Б4-М необходимо охлаждение радиатора, поэтому важно обеспечить свободное прохождение воздуха вдоль его ребер. Эксплуатация генератора на открытом воздухе, как правило, дает лучшие результаты за счет присутствия дополнительного естественного обдува радиатора, при этом защищать генератор от дождя и снега необходимости нет, так как попадание влаги на радиатор дополнительно охлаждает его и, соответственно, увеличивает вырабатываемую мощность устройства. Для питания электронных устройств рекомендуется применять соответствующий стабилизатор напряжения.

Термоэлектрический генератор ТЭГ-5. Модернизация инфраструктуры промышленных предприятий и внедрение современных систем энергоучета зачастую ограничены отсутствием электрического питания в местах установки различных приборов телеметрии и передачи данных. При этом во многих случаях в наличии есть паропровод. Для получения источника электрической энергии термоэлектрический генератор ТЭГ-5 (рис. 1.4) устанавливают на паропроводах промышленных объектов. Они вырабатывают выходную мощность порядка 5 Вт для самых неблагоприятных сочетаний условий эксплуатации. Основные технические характеристики приведены в таблице 1.2.

9

Термоэлектрический генератор на газовом топливе ТЭГ-15.

Термоэлектрический генератор на газовом топливе ТЭГ-15 (рис. 1.5) предназначен для получения электрической энергии путем преобразования тепловой энергии сжигания газового топлива в электрическую. Генератор успешно эксплуатируется на газораспределительных пунктах и обеспечивает автономное питание систем сбора и передачи информации, независимое от внешних источников электрической энергии.

Применение термоэлектрических генераторов на газовом топливе позволяет снизить затраты, исключив необходимость подключения к линиям электроснабжения пунктов размещения измерительной и передающей

10