Дослідницька частина

Щорічне світове споживання енергії постійно зростає. Поряд з тим збільшується чисельність населення, підвищується економічний розвиток у світі, що в перспективі виллється у ще більші енергетичні затрати [1]. Все це, а також загроза глобальної зміни клімату, ставлять нові виклики, які визначать енергетику як пріоритетну основу сьогодення: пошук нових, екологічно чистих та поновлюваних перспективних джерел енергії.

У зв’язку з виявленням властивостей і параметрів генерування електричної енергії з теплових викидів, ми поставили перед собою мету: Дослідити вплив температурних режимів роботи на електроенергетичні характеристики термоелектричного перетворювача Пельтьє, визначити режими генерування електричної енергії, шляхом створення експериментально-дослідної установки та імітаційного моделювання, для оцінки перспектив використання їх у когенераційних автономних джерелах електричної енергії на базі теплогенераторів.

Для проведення експериментальних досліджень нами створено лабораторну установку, до складу якої входять: елементи Пельтьє, розташовані між двома алюмінієвими тепловідводами (радіаторами), нагрівач та охолоджувач із джерелами живлення, цифрові вимірювальні засоби (мультиметри) для вимірювання температур гарячої та холодної поверхонь, напруги (ЕРС) та сили струму навантаження, анемометр для вимірювання швидкості руху повітря, відцентровий вентилятор з регульованою продуктивністю, теплоізоляційні матеріали та термопаста.

Елемент Пельтьє, що використовується в досліджуваній установці (рис. 2.2) із такими заявленими (від виробника) характеристиками для режиму охолодження (див. табл. 1).

Рис. 2.2. Загальний вигляд елемента Пельтьє

За допомогою вольтметра та амперметра вимірювались параметри електричного струму, що генерується елементом Пельтьє, і за цими параметрами розраховувалась вихідна потужність. Температуру вимірювали за допомогою термопар, під’єднаних до мультиметрів.

За результатами експериментальних досліджень проведено статистичну обробку даних та побудовано графічні залежності термо-ерс від різниці температур на поверхнях модуля Пельтьє (рис.2.3).

Рис. 2.3 Залежність напруги від різниці температур на поверхнях

На початковому етапі ми взяли алюмінієву пластину, на якій розташували елементи Пельтьє, у строгому порядку та відстані, використовуючи термопасту.

Рис.2.4. Розташування елементів Пельтьє

Для покращення тепловіддачі по периметру пластини розмістили ізоляційний матеріал та алюмінієві повітряні радіатори на холодній стороні електрогенеруючих елементів, що скріплювалися за допомогою болів та гайок, кількість таких пластин - 4

Рис.2.5.Кріплення модуля Пельтьє на одній пластині

Після чого, 4 таких модулі були скріплену у єдину конструкцію, а проводи від досліджуваних елементів Пельтьє, спаяні у електричне коло від якого отримуємо електроенергію.

Рис. 2.6. Загальний вигляд конструкції із закріпленими радіаторами

Для наближення установки до реальних умов, перед нами постала проблема джерела нагрівання, яка була вирішена шляхом імітування нагрівника за допомогою газового балона і розміщеного в ньому спіралей розжарювання. Дана конструкція, дала можливість отримати гаряче середовище з температурою понад 150 ^оС, що дозволило забезпечити велику різницю температур на поверхнях елементів Пельтьє.

Рис.2.7. Імітувня нагрівника за допомогою газового балона із нитками розжарювання та термоелектрогенераційний модуль

Під час дослідженя ефективності роботи елементів Пельтьє, нами досягнуто таких результатів: температура на гарячій стороні елемента становила 110 ^оС, на холодній – 40 ^оС. Різниця температур між холодною та гарячою поверхнями елемента склала – 70 ^оС, що забезпечило можливість отримати електричну енергію потужністю 55 Вт.

За результатами імітаційного моделювання та лабораторного дослідження поданий патент на винахід " Спосіб термоелектричного відбору енергії у біотеплогенераторах" який проходить експертну перевірку (Додаток А)