新しいエネルギーの時代が来るのでしょうか？車のない電気。スキーム、説明

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新しいエネルギー時代は来るのでしょうか？車のない電気。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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前世紀の初め、発明家や科学者は、電気の普及がもたらす利点をすでによく知っていました。しかし、長い間、十分な量を安価に入手する方法はありませんでした。しかし、1821年にドイツの科学者ゼーベックによって奇妙な現象が発見されました。

XNUMX つの異なる導体をはんだ付けした閉回路を作成し、一方の接合部を加熱し、もう一方の接合部を冷却すると、回路内に電流が発生します。この驚くほど単純な装置 (彼らはこれを熱電素子と呼びました) では、熱エネルギーはいわば電気エネルギーに直接変換されます。

新しいエネルギーの時代が来るのでしょうか？車のない電気

彼のずっと前に知られていたガルバニ電池では、電解質に金属を溶解することによってエネルギーが得られました。これらの物質は非常に高価であり、エネルギーも安くはありませんでした。熱電対は別の問題です。彼自身は消費されず、燃料は非常に手頃な価格です。さらに、その接合部は、太陽、火山熱、炉のパイプを通って飛び出す燃焼生成物など、あらゆるものによって加熱される可能性があります。

新しいエネルギーの時代が来るのでしょうか？車のない電気

そのプロパティのいくつかを詳しく見てみましょう。単一の熱電素子は、XNUMX 分の XNUMX、XNUMX 分の XNUMX ボルトの小さな EMF を発生します。ただし、内部抵抗が非常に小さいため、発生する電流は非常に大きくなります。

このような美しい実験は古くから知られていました。鉄心と ... XNUMX ターンからなる巻線を備えた電磁石。しかし、その部分は指ほどの厚さの銅でできたブラケットで、ビスマスでできたはんだ付けされたジャンパーで閉じられています。接合部の一方の端を通常の実験用バーナーで加熱し、もう一方の端を水で冷却します。数千アンペアの電流が発生し、磁石が（XNUMX回転で！）おばあちゃんの鋳鉄を保持します。

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低 EMF は問題ではありません。熱電素子は、数百または数千の電源が直列に接続されたバッテリーに簡単に接続できます。 2 つの金属のストリップが交互に配置されたアコーディオンのように見えます。 3 ～ XNUMX ボルトの中程度の電圧での強い電流は、小規模な電気めっきワークショップでの使用に最適です。これは熱電発電機によって生成され、薪、石炭、またはガスを使用した小さなストーブに似ています。

世紀初頭に手工芸品として使用されていました。より大きな問題を解決する試みもありました。たとえば、前世紀の80年代の終わりにパリで、クルエはヤブロチコフの「キャンドル」80本分のエネルギーを供給する熱電発電機を作りました。当時の設備の効率は 0.3% を超えませんでした。非常に少ないように思えますが、失われた熱はすべて、家の暖房、お湯の沸かし、または食べ物の調理に使用できます。熱電発電装置を内蔵した加熱炉も取り揃えております。それらを設置しても暖房のための燃料消費量がまったく増加しないのは興味深いことです。結局のところ、電気は、同じ部屋で使い果たされると、再び熱に変わります。

歴史はそうではないと判断した。電気は発電所で生産し、消費者に集中的に配電した方がはるかに収益性が高いことが判明した。前世紀においてさえ、発電所の効率は熱電素子の効率よりも XNUMX 倍高かった。しかし、エレガントなシンプルさ、可動部品がないことによってもたらされる信頼性が多くの人々を魅了しました。理論への深い洞察なしに効率を向上させようとする試みは、重大な成功にはつながりませんでした。 EMF は熱電素子の脚部の加熱の結果として発生しますが、同時に寄生熱流が発生し、熱接点から冷接点へ無駄に流れます。これを使おうとして、彼らは一方の冷接点が他方の温接点を加熱する熱電素子のカスケードを組み立て始めました。カスケードの各段階の熱接点の温度は低下します。ただし、特定の温度範囲で最適に機能する材料を選択することで、システム全体の効率を大幅に向上させることができます。

別の可能性もあります。それを熱回収といいます。熱電カスケードに沿って冷たい端から熱い端へ空気の流れを向けてみましょう。同時に、要素を流れる熱の一部を要素から取得して加熱します。その後、熱風を炉内に送り込み、燃料を節約します。この手順全体は熱電素子材料の熱伝導率を下げることに相当し、厳密に定義された熱の一部が各素子から除去される場合にのみ有益です。ただし、再生は、カスケードに含まれる熱電素子自体が十分に完璧である場合にのみ顕著になります。

30 年代、我が国では熱電分野の理論的研究が特に集中的に行われました。彼らは、優れた理論ほど実践的なものはないと言います。学者 A.F. イオッフェは、固体内で起こるプロセスの新しい理論を作成しました。一部の著名な科学者はこれを敵意を持って受け止め、「量子力学的潜在意識」と呼んだ。しかし、1940 年には、彼女の発見に基づいて、熱電素子の効率を 10 倍高めることが可能でした。これは、金属が半導体、つまりより高い熱起電力と低い熱伝導率を持つ物質に置き換わったために起こりました。

戦争の初めに、ヨッフェの研究室で「パルチザンボイラー」、つまり携帯ラジオ局に電力を供給するための熱電発電機が作成されました。それはやかんで、その底には熱電素子が外側にありました。それらの可燃性接合部は火の炎の中にあり、鍋の底に取り付けられた冷たい接合部は、そこに注がれた水によって冷却されました。

新しいエネルギーの時代が来るのでしょうか？車のない電気

材料を慎重に選択し、再生を利用することで、現代では熱電素子の効率を最大 15% まで高めることが可能になりました。今世紀初頭、従来の発電所はそのような効率を持っていましたが、現在では XNUMX 倍以上になっています。大規模な電力工学には熱電素子が活躍する余地はまだありません。しかし、小さなエネルギーもあります。山頂の無線中継局や海上信号ブイに電力を供給するには数十ワットが必要です。電気と熱を必要とする人々が住んでいる遠隔地もあります。このような場合には、ガスまたは液体燃料によって加熱される熱電素子が使用されます。これらの装置を小さな地下バンカーに設置し、燃料供給を補充するために年に XNUMX 回かそれ以下の頻度で完全に放置できることは特に価値があります。電力が低いため、どのような効率でもその消費量は許容できることが判明し、さらに...選択の余地はありません。

医師たちは、熱電発電機の興味深い用途を発見しました。 5年以上にわたり、何千人もの人々が皮下に埋め込まれたペースメーカーを装着してきました。そのエネルギー源は、無害な同位体の崩壊によって加熱される、直列に接続された何百もの熱電素子からなる小さな（指ぬき付き）バッテリーです。 10～XNUMX年ごとに簡単な交換作業が行われます。

日本では、手の熱から熱電素子によってエネルギーが供給される電子時計が製造されています。

最近、イタリアの企業が熱電発電機を搭載した電気自動車の開発に着手したと発表しました。この電流源はバッテリーよりもはるかに軽いため、熱電自動車の走行距離は従来の自動車の走行距離と同じになります。（電気自動車は 150 回の充電で XNUMX km 走行できることを思い出してください。）さまざまな工夫により、燃費を許容範囲内にできると考えられています。新しいタイプの乗組員の主な利点は、完全に無害な排気ガス、騒音のない動作、最も安価な液体 (場合によっては固体) 燃料の使用、および非常に高い信頼性です。

30 年代、我が国で行われた熱電素子の研究は広く知られていました。おそらくこれが、作家 G. アダモフが小説「二つの海の秘密」でバッテリーケーブルからエネルギーを受け取るパイオニア潜水艦を描写した理由でしょう。そこで彼は、長いケーブルの形で作られた熱電発電機をこう呼びました。ブイの助けを借りて、それらの熱接点は温度が20〜25℃に達する海の上層まで上昇し、冷たい接点は温度1〜2℃の深層水によって冷却されました。素晴らしい「パイオニア」は、バッテリーを充電した現在の核よりもXNUMXポイント先を与えることができるボートです。

それは本当ですか？この種の直接実験の報道は報道されていない。しかし、奇妙なことが起こりました。地下の高温熱源の熱からエネルギーを生成する、容量1000kWの熱電発電機が開発されました。温接点と冷接点の温度差は23℃で、海洋では比重が6kWあたり1kgと従来の海底発電所よりもはるかに小さい。私たちは新たなエネルギー革命、つまり電力の新時代の入り口に立っているのでしょうか?

著者: A. サヴェリエフ

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