Термоемісійні перетворювачі енергії
Химия

Термоемісійні перетворювачі енергії


Термоемісійні перетворювачі енергії

Завантажити реферат: Термоемісійні перетворювачі енергії

1. Основні відомості про термоемісійні перетворювачі

Різні типи ТЕП розробляються харчування систем і устаткування КЛА, особливо КЛА з ядерними АЭУ. При електричній потужності АЕУ близько 0,1 – 1 кВт доцільно застосування РІТЕП та СТЕП. При потужностях більше 1 кВт переважні ЯРТЕП, які є найбільш перспективними для космічних АЕУ тривалої дії. Переваги ТЕП — великий ресурс, відносно високий ККД та добрі питомі енергетичні, а також масогабаритні показники. В даний час виконують ЯРТЕП за інтегральною схемою спільно з ТВЕЛ ядерного реактора, при цьому ТЕП-ТВЕЛ утворюють конструкцію реактора-генератора. Можливе і роздільне виконання реактора т ТЕП, в якому ТЕП винесені з активної зони реактора.

Недоліки ТЕП полягають у нестабільності характеристик та зміні міжелектродних розмірів внаслідок повзучості (свеллінгу), а також у технологічній скруті при виконанні малих зазорів між електродами, необхідності компенсації об’ємного заряду електронів у міжелектродному зазорі.

Поєднані з ТВЕЛ циліндричні елементарні ТЕП послідовно з’єднуються в гірлянду, що утворює електрогенеруючий канал (ЕГК), що розміщується в активній зоні ректора. Зменшення обсягу активної хони ядерного реактора та маси радіаційного захисту досягається при винесенні ЕГК із реактора. При роздільному виконанні ТВЕЛ та ТЕП енергія до ТЕП від ТВЕЛ може підводитись тепловими трубами. Останні являють собою пристрої передачі тепла від нагрівача до споживача (або холодильнику) за допомогою використання для поглинання та виділення тепла фазових (газорідинних) переходів робочого тіла. переміщення робочого тіла здійснюється капілярними силами (за наявності «гноту» або пористого елемента конструкції теплової труби), відцентровими та електромагнітними силами залежно від конкретного пристрою теплової труби.

Для отримання необхідних параметрів АЕУ (потужності та напруги) ЕГК з’єднують за послідовно-паралельними схемами. Розрізняють вакуумні та газонаповнені ТЕП, причому газонаповнені ТЕП з парами цезію мають кращі показники. Їх характеризують питома маса ЕГК G* = 3 10 кг/кВт, поверхнева щільність потужності Р* = 100 200 кВт/м2 (на одиницю площі, що емітує електрони), щільність струму

емітера J = 5 8 A/cм2 , ККД перетворення тепла на електроенергію = 0,15 0,25, робочий ресурс — понад 104 год (до 5 років). Вакуумні ТЕП нині застосовуються порівняно мало внаслідок складності технології виготовлення міжелектродних зазорів близько 10-2 мм, у яких можливі задовільні експлуатаційні показники перетворювачів.

2. Фізичні основи роботи термоемісійних перетворювачів

Робота заснована на явищі термоелектронної емісії (ефект Едісона) — випромінюванні електронів нагрітим металевим катодом (емітером). Фізичними аналогами вакуумних та газонаповнених ТЕП можуть служити електронні лампи — вакуумні діоди та газотрони. В окремих випадках внаслідок спрощення експлуатації доцільно використовувати вакуумні ТЕП, але кращі характеристики мають, як вказувалося, ТЕП, наповнені парами металу, що легко іонізується — цезія (Сs). Розрізняють міжелектродні газові проміжки ТЕП з частковою та повною іонізацією. Останні належать до плазмових ТЕП, які можна відносити до контактних перетворювачів.

Процес перетворення енергії в ТЕП розглянемо спочатку на прикладі аналізу плоскої вакуумної моделі елементарного генератора (рис. 1.). приблизно 10-6 мм рт.ст.). Електроди та їх висновки 4 ізольовані від стінок судини. До емітера підводиться теплова енергія Q1 і він нагрівається до температури Т1 2000К. Колектор підтримується за температури Т2 < Т1 внаслідок відведення від нього теплової енергії Q2. Розподіл електронів за енергіями в металі електрода залежить від його хімічної природи та визначається середньостатистичним рівнем Фермі. Це той (найменший) рівень, на якому були б усі електрони при температурі Т=0. Якщо Т>0, то ймовірність наявності електрона енергії рівня Фермі завжди дорівнює 0,5. До точки плавлення металу рівень Фермі мало залежить від Т.

Термоемісійні перетворювачі енергії

Рис. 1. Розрахункова електростатична модель ТЕП 2. Батареї термоемісійних елементів

Вертикальні гірляндні ЕГК утворюють батарею ТЕП – електрогенеруючий блок (ЕГБ) реактора. Наприклад, у серійних генераторах «Топас» (СРСР) міститься по 79 ТЕП із сумарною електричною потужністю ЕГБ до 10 кВт. Верхня частина ЕГК патрубком з’єднана з термостатом з рідким цезієм при Т 600 К, що випаровується внаслідок низького тиску всередині ТЕП. Для надходження пар Сs окремі ТЕВ в ЕГК повідомлені каналами. Цезій має найнижчий показник іонізації Ц =3,9 В, причому Ц < K . При зіткненні з гарячою поверхнею катода атоми Сs віддають катоду електрон. Позитивні іони Сs+ нейтролізують об'ємний заряд електронів у зазорі. в діапазні тиску парів Cs до 100 Па при температурі Т1 < 1800 К досягається беззіткнений (квазівакуумний) режим ТЕП. Зміна (х) для цього режиму близька до лінійного закону. При 0,1 мм ефективність ТЕП підвищується, якщо спільно вводяться пари цезію та барію. Адсорбуючись переважно на аноді з Т2 < Т1, вони знижують його роботу виходу.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *