Original: https://news.ncsu.edu/2016/09/wearable-teg-heat-harvesting-2016/
Футболка із вбудованим ТЕГ (ліворуч) і нарукавна пов’язка з ТЕГ (праворуч).
Для негайного розповсюдження
12 вересня 2016 року
Дослідники Університету штату Північна Кароліна розробили новий дизайн для вбирання тепла тіла і перетворення його на електрику для використання в переносній електроніці. Експериментальні прототипи мають малу вагу, відповідають формі тіла і можуть генерувати набагато більше електроенергії, ніж попередні легкі технології збирання тепла.
Дослідники також визначили оптимальне місце на тілі для збору тепла.
“Переносні термоелектричні генератори (ТЕГ) вироблення електроенергії шляхом використання різниці температур між тілом і навколишнім повітрям”, – говорить Деріуш Вашаі, доцент кафедри електротехніки та обчислювальної техніки в Університету штату Північна Кароліна та, відповідно, автор статті про роботу. “Попередні підходи або використовували радіаторами – які є важкими, жорсткими і громіздкими – або були здатні генерувати тільки один мікроват або менше потужності на квадратний сантиметр (мкВт/см2). Наша технологія генерує до 20 мкВт/см2 і не використовує радіатор, що робить його легшим і набагато зручнішим”.
Один із керівників дослідження Хейвуд Хантер
демонструє футболку із вбудованим ТЕГ у дії.
Новий дизайн починається з шаром теплопровідного матеріалу, який лежить на шкірі і розтікається тепло. Проводить матеріал покритий зверху полімерним шаром, який запобігає тепло від розсіювати до зовнішнього повітря. Це змушує тепло тіла, щоб пройти через центрально розташований ТЕГ, який один см2. Тепло, яке перетворюється в електрику проходить через ТЕГ в зовнішній шар з теплопровідного матеріалу, який швидко розсіює тепло. Вся система тонкий – всього 2 міліметри – і гнучкий.
“У цьому прототипі ТЕГ тільки один квадратний сантиметр, але ми можемо легко зробити його більше, в залежності від потреб в електроенергії для пристрою”, – говорить Вашаі, який працював над проектом в рамках науково-дослідного центру інженерії наносистем Національного наукового фонду для просунутих з автономним живленням системи вбудованих датчиків і технологій (ASSIST) у штаті Північна Кароліна.
Дослідники також виявили, що верхня частина руки була оптимальним місцем для збору тепла. У той час як температура шкіри вище, навколо зап’ястя, нерегулярний контур зап’ястя обмежена площа поверхні контакту між групою ТЕГ і шкірою. У той же час, носити смуги на грудях обмеженого потоку повітря – обмеження розсіювання тепла – оскільки груди зазвичай покрита сорочкою.
Крім того, дослідники вбудували ТЕГ у футболки. Дослідники виявили, що футболка з ТЕГ здатна генерувати 6 мкВт/см2 – або стільки, скільки 16 мкВт/см2, якщо людина працює.
“Футболка ТЕГ, безумовно, життєздатним для харчування носяться технологій, але вони просто не настільки ефективні, як нарукавні пов’язки”, – говорить Вашаі.
“Метою ASSIST є зробити придатні для носіння технології, які можуть бути використані для довгострокового моніторингу стану здоров’я, такі як пристрої, які дозволяють відслідковувати здоров’я серця або контролювати фізичні та екологічні змінні для прогнозування нападів астми та запобігання їм“, – говорить він.
“Щоб зробити це, ми хочемо розробити пристрої, які не залежать від батарей. І ми вважаємо, що дизайн і прототип рухається нам набагато ближче, щоб зробити це реальністю“.
Працю “Придатні для носіння термоелектричні генератори для збору тепла людського тіла” опубліковано в журналі “Прикладна енергія” (Applied Energy). Головні автори цієї праці: Мелісса Хайленд, аспірантка Університету штату Північна Кароліна, і Хейвуд Хантер, студент цього ж навчального закладу. Вони працювали над проектом у студентські роки, отримавши грант Національного наукового фонду досліджень для магістрантів. Співавтори: Джі Лю, дослідник-постдокторант Університету штату Північна Кароліна; й Елена Віті, завідувач освітніми програмами ASSIST в Університеті штату Північна Кароліна. Роботу фінансував Державний науковий фонд відповідно до грантів EEC-1160483, ECCS-1351533 та CMMI-1363485; а також Центр наукових досліджень Управління військово–повітряних сил відповідно до гранту FA9550-12-1-0225.
-шіпмен-
Примітка для редакторів: анотацію дослідження наведено нижче.
“Придатні для носіння термоелектричні генератори для збору тепла людського тіла”
Автори: Мелісса Хайленд, Хейвуд Хантер, Джі Лю, Елена Віті та Деріуш Вашаі, Університет штату Північна Кароліна
Публікація: в Інтернеті – 27 серпня, журнал “Прикладна енергія” (Applied Energy)
DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.08.150
Анотація: термоелектричні генератори (ТЕГ) можуть бути використані для збору електричної енергії з тепла людського тіла з метою живлення переносної електроніки. У Розширених системах вбудованих датчиків і технологій з автономним живленням (ASSIST) Державного наукового фонду ТЕГ є однією з перспективних технологій, які у даний час вивчаються для просування місії центру – створення переносних систем моніторингу з автономним живленням, безпечних для навколишнього середовища та здоров’я. У рамках цих зусиль є дослідженням відповідних параметрів для максимізації носиться ТЕГ вихідної потужності від тепла тіла і підтримки комфорту тіла особливо важливо. Для цього, тепло від тіла повинна бути спрямована в ТЕГ з мінімальними втратами, генератор повинен бути розрахований на підтримку високих перепадів температури по термоелектричного матеріалу, і генератор повинен мати невеликий форм-фактор для підтримки комфорту тіла. Для вирішення цих вимог, оптимальна конструкція ТЕГ була розроблена і експерименти проводилися як на гарячій плиті, контрольованою температурою і в різних місцях тіла, включаючи зап’ястя, плеча і грудей. ТЕГ була додатково виготовлена в футболці і сила була записана для різних видів діяльності людини. Порівняння експериментів на різних місцях тіла і на футболці дали від високої до низької потужності, що генерується на плечі, зап’ястя, груди і футболку, відповідно. Обговорюється перспектива живлення переносного датчика електрокардіограми за допомогою ТЕГ на передпліччі.
