Дипломная (вкр): Підвищення ефективності транспортних структур за допомогою термоелектричних перетворювачів

.        Дані отримані від імітаційного моделювання елемента Пельтьє у середовищі Simulink довели адекватність створеної моделі. Похибка моделювання не перевищувала 5 % у порівнянні із отриманими експериментальними даними. Ця модель може бути використана для подальших досліджень та розробок автономних систем енергозабезпечення.

.        У результаті імітаційного моделювання та лабораторних досліджень, нами здійснено візуалізацію спроектованої установки з використанням елемента Пельтьє у підсистемі «Biokotel».

.        На завершальному етапі дипломної роботи нами створено стенд для дослідження робочих характеристик електрогенеруючих модулів, та показано можливості його застосування в транспортних структурах.

СПИСОК ВИКОРИСТАНХ ДЖЕРЕЛ

1.   Basic Research Needs for Solar Energy Utilization, Report of the Basic Energy Sciences Workshop on Solar Energy Utilization, USA: DOE, April 18−21, 2005.

2.      Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы / А. Ф. Иофее. - Л.: АН СССР, 1960. - 188 c.

.        Фреїк Д. М. Досягнення і проблеми термоелектрики // Д. М. Фреїк, Л. І. Никируй, М. О. Галущак, Г. Д. Матеїк. Фізика і хімія твердого тіла. - 2012. - № 2. - С.297-318.

.        Фреїк Д. М. Досягнення і проблеми термоелектрики ІІ. Основні положення теорії термоелектричних явищ (Огляд) // Д. М. Фреїк, Л. І. Никируй, О. С. Криницький. Фізика і хімія твердого тіла. - 2012. - № 3. - С. 574-585.

.        Шостаковский П. Термоэлектрические источники альтернативного электропитания // П. Шостаковский. Новые технологии, 12. - 2010. - С. 131-138.

.        Дьяченко Д. Ю. Исследование эффекта Пельтье и его практическое проведение // Д. Ю. Дьяченко, С. С. Чернов. Сибирский федеральный університет, политехнический институт.

.        Головко А. В. Устройство для теплотехнических измерений и испытаний на основе элемента Пельтье // А. В. Головко, В. А. Середюк. ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых "Наука и образование - 2014". - С. 4793-4797.

.        Марчак І. І. Вплив різних факторів на втрату тепла в навколишнє середовище потужними водогрійними котлами // І. І. Марчак, Й. С. Мисак, Я. Ф. Івасик, Н. М. Лашковська, О. Г. Цепак. Научно-технический сборник №49. - 2003. - С. 14-20.

.        Загородній Р. І. Особливості експлуатації твердопаливних теплогенераторів // Р. І. Загородній, 2011. - [Електронний ресурс]. Режим доступу: #"882007.files/image053.gif">

Рис.1. Принципова схема термоелектричного модуля (ТЕМ) Пельтьє

Термоелектричний модуль (Елемент Пельтьє) являє собою сукупність термопар, електрично зьєднаних, як правило, послідовно. У стандартному термоелектричних модулів термопари поміщаються між двох плоских керамічних пластин на основі оксиду або нітриду алюмінію. Кількість термопар може змінюватися в широких межах - від одиниць до сотень пар, що дозволяє створювати ТЕМ практично будь холодильної потужності - від десятих часток до сотень ват. При проходженні через термоелектричний модуль постійного електричного струму між його сторонами утворюється перепад температур-одна сторона (холодна) охолоджується, а інша (гаряча) нагрівається. Якщо з гарячою боку ТЕМ забезпечити ефективне відведення тепла, наприклад, за допомогою радіатора, то на холодній стороні можна отримати температуру, яка буде на десятки градусів нижче температури навколишнього середовища. Ступінь охолодження буде пропорційною величиною струму. При зміні полярності струму гаряча і холодна сторони міняються місцями.

Порядок виконання роботи.

1.      Перевірити положення вимикачів i автотрансформатора ( рис.2 ): вимикачі 7, 12 у лівому положенні, автотрансформатор на "О".

Рис. 2 Електричне коло

2.      Ознайомитись з порядком роботи цифрового вольтметра ( інструкція на робочому мiсцi ).

3.      Підготувати таблицю градуювання термопари

Таблиця 1. Градуювання термопари

4.      Увімкнути автотрансформатор (ЛАТР) у розетку змінного струму і, регулюючи ним напругу на нагрівачі, поступово підвищувати температуру.

5.      Виміряти i записати і - порядковий номер виміру ( через кожні 10 градусів від кімнатної температури до 160 0С.

.        Побудувати графік  ( суцільна лінія ).

.        Для усix значень різниці температур Т2 - Т1 визначити дійсні значення термоЕРС. взяти з таблиці, що є на робочому місці.

.        Побудувати в одній координатній площині графіки залежностей суцільною лінією і  пунктирною лінією.

.        На основі двох одержаних графіків визначити середнє значення абсолютної похибки градуювання термопари.

.        Визначити питому термо ЕРС  для двох крайніх і середньої точки графіка ( за п.6 ).

.        Встановити ручку ЛАТРа на "О" i вимкнути його з розетки.

.        Увімкнути елемент Пельтьє в коло постійного струму i встановити реостатом вказані на робочому місці струми. Виміряти термо ЕРС на контактах 5, 6, перемикаючи термопари вимикачем 8. Визначити різницю термо ЕРС, і за таблицею, що знаходиться на робочому місці, визначити значення різниці температур контактів.

Додаткові параметри і формули

.        Теплота Пельтье (Q), яка поглинається на холодному спаю в одиницю часу визначається згідно виразу:

dQ/dt =Пав - І = (Па - Пв)І; (А.1)

де, Па та Пв - коефіцієнти Пельтьє матеріалів.

.        Тепло Пельтьє пропорційне силі струму і може бути виражено формулою:

п = П • q (А.2)

де q - заряд пройшов через контакт, П - так званий коефіцієнт Пельтьє, який залежить від природи контактуючих матеріалів та їх температури.

.        Коефіцієнт Пельтьє може бути виражений через коефіцієнт Томпсона:

П = T (А.3)

де  - коефіцієнт Томпсона, Т - абсолютна температура.

.        Головна характеристика термоелектричного охолоджуючого пристрою - це ефективність охолодження:

Z = a2 / (RL), (А.

)де - коефіцієнт термоерс;- питомий опір;- питома теплопровідність напівпровідника.

.        Розмірність коефіцієнта Пельтьє [П] СІ = Дж / Кл = В

Контрольні запитання

1.      Поясніть причину виникнення контактної різниці потенціалів?

2.      У чому суть термоелектричних явищ?

.        Як залежить термоЕРС від температури?

.        Які переваги при вимірюванні температури за допомогою термопари?

Додаток Б

ПАТЕНТ НА ВИНАХІД

МПК H01L35/28

Спосіб термоелектричного відбору енергії у біотеплогенераторах

Винахід відноситься до галузі енергетики і може бути використаний у процесі проектування твердопаливних котлів для комбінованого виробництва теплової та електричної енергії з метою забезпечення автономної роботи теплогенератора.

Формула винаходу

Спосіб термоелектричного відбору енергії у біотеплогенераторах, що базується на перетворенні теплової енергії теплогенераторів у електричну, який відрізняється тим, що термоелектричні генератори встановлені на димову трубу теплогенератора, що дозволяє використовувати теплові викиди (відходи), рекуперуючи їх у електричну енергію. Крім того за допомогою автоматичної системи керування здійснюється контроль температури гарячої сторони термоелементів, що не допускає її перевищення більше 150 оС шляхом зміни положення дросельної заслінки.

Проректор з наукової роботи                         Б.Б. Буяк

Автори:

В.С. Федорейко

Р.І. Загородній

В.М. Шульга

В. П. Мартинів

Н. М. Вовк

Спосіб термоелектричного відбору енергії у біотеплогенераторах