Авторы

Расчетно-экспериментальное исследования криогенного термоэлектрического генератора

DOI: 10.17586/1606-4313-2026-25-1-14-24
УДК 621.5

Расчетно-экспериментальное исследования криогенного термоэлектрического генератора

Богаткин К. А., Благин Е.В., Галкина Н. В., Довгялло А.И., Лопатин А.Л.

Ссылка для цитирования: Богаткин К.А., Благин Е.В., Галкина Н.В., Довгялло А.И., Лопатин А.Л. Расчетно-экспериментальное исследования криогенного термоэлектрического генератора. // Вестник Международной академии холода. 2026. № 1. С. 14-24. DOI: 10.17586/1606-4313-2026-25-1-14-24. [Bogatkin K.A., Blagin E.V., Galkina N.V., Dovgyallo A.I., Lopatin A.L. Design of a heat exchanger for an evaporative system based on thermoelectric generators. Journal of International Academy of Refrigeration. 2026. No 1. p. 14-24. DOI: 10.17586/1606-4313-2026-25-1-14-24 (in Russian)]

Аннотация
Статья посвящена актуальной проблеме утилизации энергетического потенциала сжиженного природного газа (СПГ) в процессе его регазификации с помощью термоэлектрических генераторов (ТЭГ), работающих в криогенном диапазоне температур. Целью работы являлось расчетно-экспериментальное исследование характеристик ТЭГ для определения их эффективности. Проведен сравнительный анализ термоэлектрических свойств перспективных полупроводниковых материалов (Bi_1,6Sb_0,4Te₃, Pb_0,74Sn_0,24Cd_0,02, CsBi₄Te₆, Mg₂SiO_0,3Sn_0,7) с использованием разработанного алгоритма расчета. Наилучшие результаты по величине термоэлектрической добротности и КПД (8-9 %) показал материал на основе висмут-теллурида. Для экспериментальной проверки создан лабораторный образец ТЭГ на базе коммерческого модуля, в котором холодным источником тепла служил кипящий азот, а горячим – тепло окружающего воздуха. В ходе испытаний достигнута максимальная разность температур на модуле 97,5 °C, что позволило получить электрическую мощность 11,8 Вт. Экспериментально полученный КПД системы составил 5,6%. Выявлено, что основным ограничивающим фактором является эффективность теплообмена на горячей стороне. Результаты подтверждают перспективность применения ТЭГ для рекуперации энергии холода криопродуктов и определяют необходимость оптимизации систем теплоподвода для повышения эффективности генерации.

Ключевые слова: криогенные температуры, криогенное рабочее тело, низкопотенциальное тепло, термоэлектрический генератор, сжиженный природный газ, получение электроэнергии.

Список литературы

1. Nasir M.T., Kim M., Lee J. et al. A review on technologies with electricity generation potentials using liquified natural gas regasification cold energy. Frontiers in Energy.2023. Vol. 17, no. 5, p. 332-379. https://doi.org/10.1007/s11708-023-0863-y

2. Wu X., Fan Z., Zhu H. et al. Bulk Bi-Sb polycrystals underpinned by high electron/phonon mean free path ratio enabling thermoelectric cooling under 77 K. Nature Communications. 2025. Vol. 16, no 1. P. 3534. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58491-1

3. Zhang Y., Wang L., Chen X., Li K. A novel high-efficiency cooling system for data centers using two-phase immersion cooling: An experimental and numerical study. Applied Thermal Engineering. 2025. Vol. 268, 125838.https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.125838.

4. Farayi Musharavati, Morteza Saadat-Targhi, Shoaib Khanmohammadi, Saber Khanmohammadi. Improving the power generation efficiency with the use of LNG as cold source by thermoelectric generators for hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy.2020. Vol.45, Iss.51, P.26905-26919.

5. Sun W., Hu P., Chen Z., Jia L. Power generation cycle combined with TEG recovering LNG cold energy. Acta Energiae Solaris Sinica.October 2005, 26(5):722-727.

6. Minghui Ge, Zhenhua Li, Yeting Wang, Yulong Zhao, Yu Zhu, Shixue Wang, Liansheng Liu. Experimental study on thermoelectric power generation based on cryogenic liquid cold energy. Energy.January 2021, 220(6):119746. DOI: 10.1016/j.energy.2020.119746

7. Minghui Ge, Xiaowei Wanga, Yulong Zhaoa, Shixue Wangb, Liansheng Liua. Performance analysis of vaporizer tube with thermoelectric generator applied to cold energy recovery of liquefied natural gas. Energy Conversion and Management.November 2019, 200(5):112112. DOI: 10.1016/j.enconman.2019.112112

8. Tongtong Zhang, Xiaohui She, Zhanping You, Yanqi Zhao, Hongjun Fan, Yulong Ding. Cryogenic thermoelectric generation using cold energy from a decoupled liquid air energy storage system for decentralised energy networks. Applied Energy. 1 January 2022. Vol. 305, 117749. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117749.

9. Qingshan Liu, Zhilong He, Yingwen Liu, Yaling He. Thermodynamic and parametric analyses of a thermoelectric generator in a liquid air energy storage system. Energy Conversion and Management. 1 June 2021, Vol. 237, 114117. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114117.

10. Lopatin A.L., Sarmin D.V., Blagin E.V. and Uglanov D.A. Development and Research of the Design of a Heat Exchanger for an Evaporative System Based on Thermoelectric Generators. 2021 International Scientific and Technical Engine Conference (EC), Samara, Russian Federation, 2021, pp. 1-5. DOI: 10.1109/EC52789.2021.10016818.