Разработка автономного электроснабжения для теплонасосной установки
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
таллическую плиту. MSWm оснащается контактной коробкой для защиты выводных контактов. Посадочные отверстия для крепления модуля оснащены резиновыми втулками.
4.5 Термопреобразователь
4.5.1 Термопреобразователь с проволочными термоэлементами и его расчет
Термопреобразователь ТП представляет собой е, блоков одинаковых термомодулей с напряжением (Етм), соединенных параллельно (рис.4.5, б). Следовательно, выходное напряжение термопреобразователя Uтп равно напряжению отдельного термомодуля (Етме)
(4.4)
Напряжение отдельного блока термомодулей (Етм) равно сумме напряжений отдельных термомодулей Етм
(4.5)
Ток Iтп термопреобразователя ТП (рис.4.5, б) равен сумме токов е термомодулей
(4.6)
Выходное напряжение термопреобразователя ТП Uтп равно напряжению отдельного блока термомодулей
(4.7)
Произведем расчет блока термомодуля по (рис.4.5, а). Блок термомодуля представляет собой е параллельно соединенных термобатарей ТБ с одинаковыми напряжениями Етб
(4.8)
Каждая термобатарея состоит из m последовательно соединенных одинаковых термоэлементов с напряжением Етэ и током Iтэ. Так как термоэлементы ТЭ в термобатареях соединены последовательно, то ток каждой термобатареи Iтб равен току отдельного термоэлемента ТЭ
(4.9)
где, m-число термобатарей.
Напряжение термобатареи Етб равно сумме напряжений m термоэлементов
(4.10)
При этом напряжение термомодуля Етм равно напряжению термобатареи Етб
(4.11)
Ток термомодуля Iтм (рис.4.5, а) равен сумме токов е термобатарей
(4.12)
а)
б)
Рис. 4.5 Структурная схема блока термомодуля ТМ (а) и термопреобразователя ТП (б) на базе термопар (термоэлементов) с проволочными термоэлектродами.
4.5.2 Термопреобразователь с полупроводниковыми термоэлементами и его расчет
Термоэлектрический способ получения электрической энергии основан на взаимосвязи между тепловыми и электрическими явлениями в проводниках. Было обнаружено, что если нагревать место спая двух разнородных проводников, то в нем возникает электродвижущая сила (термо-ЭДС), пропорциональная разности температур на горячем и холодном концах проводника (эффект Зеебека):
E= ?*(Т2-Т1),
где ? - коэффициент термо-ЭДС, численно равный разности потенциалов, возникающей при разности температур в 1єC; Т2 и Т1- соответственно температуры горячего и холодного спаев. Создаваемая ЭДС даже при высоком нагреве получалась столь незначительной, что сначала не могла быть использована в энергетических целях. Это объясняется тем, что у металлов разность температур быстро падает из-за их высокой теплопроводимости, а, следовательно, быстро уменьшается и термо - ЭДС.
С появлением полупроводников положение резко изменилось. Если термо - ЭДС металлического стержня вызывается перемещением электрических зарядов (свободных электронов) от более нагретого конца к менее нагретому и количество электрических зарядов при этом остается неизменным, то у полупроводникового стержня с повышением температуры сильно увеличивается концентрация электрических зарядов, а перепад температур, так же как и у металлов, приводит к их интенсивному перемещению из горячей области в холодную. Появление больших количеств новых электрических зарядов обуславливает образование у полупроводников при одном и том же перепаде температур примерно в 50 раз большей термо - ЭДС, чем у металлов. Поэтому применение полупроводников существенно изменило возможности термоэлементов.
На рис.4.6, а приведена принципиальная схема термобатареи ТБ из n термоэлементов ТЭ на полупроводниках р- и n- типов. Простейший термоэлектрогенератор ТЭГ, представляющий собой термомодуль ТМ из m параллельно соединенных термобатарей ТБ, приведен на рис.4.6, б.
Примем напряжение одного термоэлемента ТЭ за Е, а допустимый ток за Iтэ. Для схемы рис.4.6, а напряжение термобатареи Етб будет равно сумме напряжений всех последовательно соединенных термоэлементов ТЭ.
(4.13)
Ток термобатареи Iтб равен току отдельного термоэлемента Iтэ
(4.14)
Рис. 4.6 Источник постоянного напряжения на основе термомодулей:
а) Схема термобатареи (ТБ) из n термоэлементов (ТЭ)
б) Схема соединения термобатарей (ТБ) в термомодуль (ТМ)
в) Печь с термомодулями
Термомодуль Тм представляет собой m параллельно соединенных термобатарей, поэтому ток термомодуля Iтм равен сумме токов m термобатарей (рис.4.6, б)
(4.15)
а напряжение термомодуля Uтм равно напряжению одной термобатареи Етб
(4.16)
Разность температур t1 и t2 может быть обеспечена в печи, в качестве топлива в которой может быть применен газ, дрова, отходы древесины и т.д. (рис.4.6, в).
Выводы по главе 4
Приведена структурная схема ТНУ с автономным электроснабжением на основе преобразователя постоянного напряжения в переменное.
Рассмотрены принципы действия фотоэлементов и термоэлементов и приведены методики их расчета.
теплонасосный установка автономный электроснабжение
5. ПРИМЕР ПРИМЕНЕНИЯ ТНУ С АВТОНОМНЫМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ
Проект предусматривает попытку спроектировать, создать и испытать маломощную теплон?/p>