Реферат : Термоэмиссионный преобразователи энергии 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Технология


Термоэмиссионный преобразователи энергии




3

Термоэмиссионные преобразователи энергии.

1. Основные сведения о термоэмиссионных преобразователях.

Различные типы ТЭП разрабатываются для питания систем и оборудования КЛА, в особенности КЛА с ядерными АЭУ. При электрической мощности АЭУ порядка 0,1 - 1 кВт целесообразно применение РИТЭП и СТЭП. При мощностях более 1 кВт предпочтительны ЯРТЭП, которые наиболее перспективны для космических АЭУ длительного действия. Достоинства ТЭП - большой ресурс, относительно высокий КПД и хорошие удельные энергетические, а также массогабаритные показатели. В настоящее время выполняют ЯРТЭП по интегральной схеме совместно с ТВЭЛ ядерного реактора, при этом ТЭП-ТВЭЛ образуют конструкцию реактора-генератора. Возможно и раздельное исполнение реактора т ТЭП, в котором ТЭП вынесены из активной зоны реактора.

Недостатки ТЭП состоят в нестабильности характеристик и изменении межэлектродных размеров вследствие ползучести (свеллинга), а также в технологических затруднениях при выполнении малых зазоров между электродами, необходимости компенсации объемного заряда электронов в межэлектродном зазоре.

Совмещенные с ТВЭЛ цилиндрические элементарные ТЭП последовательно соединяются в гирлянду, образующую электрогенерирующий канал (ЭГК), размещаемый в активной зоне ректора. Уменьшение объема активной хоны ядерного реактора и массы радиационной защиты достигается при вынесении ЭГК из реактора. При раздельном исполнении ТВЭЛ и ТЭП энергия к ТЭП от ТВЭЛ может подводиться тепловыми трубами. Последние представляют собой устройства для передачи тепла от нагревателя к потребителю (или холодильнику) посредством использования для поглощения и выделения тепла фазовых (газожидкостных) переходов рабочего тела. перемещение рабочего тела осуществляется капиллярными силами (при наличии "фитиля" или пористого элемента конструкции тепловой трубы), центробежными и электромагнитными силами в зависимости от конкретного устройства тепловой трубы.

Для получения необходимых параметров АЭУ (мощности и напряжения) ЭГК соединяют по последовательно-паралелльным схемам. Различают вакуумные и газонаполненные ТЭП, причем газонаполненные ТЭП с парами цезия имеют лучшие показатели. Их характеризуют удельная масса ЭГК G* = 3 ¸ 10 кг/кВт, поверхностная плотность мощности Р* = 100 ¸ 200 кВт/м2 (на единицу площади, эмитирующей электроны), плотность тока

эмиттера J = 5 ¸8 A/cм2 , КПД преобразования тепла в электроэнергию h = 0,15 ¸ 0,25, рабочий ресурс - более 104 ч (до 5 лет). Вакуумные ТЭП в настоящее время применяются сравнительно мало вследствие сложности технологии изготовления межэлектродных зазоров порядка 10-2 мм, при которых возможны удовлетворительные эксплуатационные показатели преобразователей.

2. Физические основы работы термоэмиссионных преобразователей.

Работа основана на явлении термоэлектронной эмиссии (эффекте Эдисона) - испускании электронов нагретым металлическим катодом (эмиттером). Физическими аналогами вакуумных и газонаполненных ТЭП могут служить электронные лампы - вакуумные диоды и газотроны. В отдельных случаях вследствие упрощения эксплуатации целесообразно использовать вакуумные ТЭП, но лучшие характеристики имеют, как указывалось, ТЭП, наполненные парами легкоионизирующегося металла - цезия (Сs). Различают межэлектродные газовые промежутки ТЭП с частичной и полной ионизацией. Последние принадлежат к плазменным ТЭП, которые можно относить к контактным преобразователям.

Процесс преобразования энергии в ТЭП рассмотрим вначале на примере анализа плоской вакуумной модели элементарного генератора (рис. 1.) Промежуток D между металлическими электродами - катодом (эмиттером) 1 и анодом (коллектором) 2, заключенными в вакуумный сосуд 3, откачан до давления 0,133 мПа (примерно 10-6 мм рт. ст.). Электроды и их выводы 4 изолированы от стенок сосуда. К эмиттеру подводится тепловая энергия Q1, и он нагревается до температуры Т1 » 2000К. Коллектор поддерживается при температуре Т2 < Т1 вследствие отвода от него тепловой энергии Q2. Распределение электронов по энергиям в металле электрода зависит от его химической природы и определяется среднестатистическим уровнем Ферми. Это тот (наименьший) уровень, на котором располагались бы все электроны при температуре Т=0. Если Т>0, то вероятность наличия у электрона энергии уровня Ферми всегда равна 0,5. Вплоть до точки плавления металла уровень Ферми мало зависит от Т.

Рис. 1. Рас­чет­ная элек­тро­ста­ти­че­ская мо­дель ТЭП


2. Батареи термоэммисионых элементов

Вертикальные гирляндные ЭГК образуют батарею ТЭП - электрогенерирующий блок (ЭГБ) реактора. Например, в серийных генераторах "Топас" (СССР) содержится по 79 ТЭП с суммарной электрической мощностью ЭГБ до 10 кВт. Верхяя чсть ЭГК патрубком соединена с термостатом с жидким цезием при Т » 600 К, испаряющимся вследствие низкого давления внутри ТЭП. Для поступления паров Сs отдельные ТЭВ в ЭГК сообщены каналами. Цезий имеет наиболее низкий поценциал ионизации jЦ =3,9 В, причем jЦ < jK . При соударении с горячей поверхностью катода атомы Сs отдают катоду электрон. Положительные ионы Сs+ нейтролизуют объемный заряд электронов в зазоре D. в диапазне давления паров Cs до 100 Па при температуре Т1 < 1800 К достигается бесстолкновительный (квазивакуумный) режим ТЭП. Изменение j(х) в D для этого режима близко к линейному закону. При D » 0,1 мм эффективность ТЭП повышается, если совместно вводятся пары цезия и бария. Адсорбируясь преимущественно на аноде с Т2 < Т1 , они снижают его работу выхода.

Похожие работы:

  • Перспективные технологии в энергетике

    Реферат >> Технология
    ... , ЧССР, Швейцарии и Швеции. Термоэмиссионный преобразователь энергии Термоэмиссионный преобразователь энергии (ТЭП), термоэлектронный преобразователь энергии, термоионный преобразователь энергии, устройство для непосредственного преобразования ...
  • Энергия

    Реферат >> Физика
    ... солнечной энергии в электрическую, основанные на использовании циклов тепловых двигателей, термоэлектрического и термоэмиссионного ... других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных ...
  • Госстандарт России по электрооборудованию

    Учебное пособие >> Физика
    ... , физические, генераторы электрохимические, термоэлектрические и термоэмиссионные (в том числе аккумуляторы, батареи, источники ... 3.8 солнечный элемент Solar cell Преобразователь энергии солнечного излучения в электрическую энергию, выполненный на основе ...
  • Система морской космической разведки и целеуказания

    Реферат >> История техники
    ... двух типов - с полупроводниковым преобразователем тепловой энергии ядерного реактора в электрическую и с термоэмиссионным преобразователем (ТЭП). В связи с опережающими ...
  • Методика формирования понятия Плазма в школьном курсе физики

    Реферат >> Физика
    ... газовых лазерах и плазменных дисплеях, в термоэмиссионных преобразователях тепловой энергии в электрическую и в магнитогидродинамических генераторах. ... в К, k - постоянная Больцмана, - энергия ионизации газа, т.е. энергия, необходимая для удаления электрона ...
  • Цезий - Две голубые незнакомки

    Статья >> Биология и химия
    ... невесомый луч несет с собой энергию, вполне достаточную для того, чтобы ... (МГД-генераторы) преобразуют тепловую энергию в электрическую. Одно из многих ... не обходятся и термоэмиссионные преобразователи (ТЭП), в которых тепловая энергия ядерного реактора без ...
  • Управление напряжением рентгеноскопической установки

    Дипломная работа >> Коммуникации и связь
    ... максимально возможной энергии, равной начальной энергии электрона. ... получения потока электронов — с термоэмиссионным (подогревным) катодом, автоэмиссионным ... Исследование нелинейных динамических режимов преобразователя напряжения с пропорциональным и ...
  • Компьютерное моделирование сенситометрических характеристик формирователей сигналов изображения

    Реферат >> Информатика, программирование
    ... дырочный токи при фотовозбуждении (1,2), термоэмиссионный (3), эмиссионно-рекомбинационный (4), туннельно-рекомбинационный ... и поверхностные явления в фотоэлектрических преобразователях. //Преобразование солнечной энергии.- М.: Энергоиздат, 1982. Фаренбрух ...
  • Лавинно-пролетный диод

    Реферат >> Радиоэлектроника
    ... усилителей и преобразователей частоты. В ... колеба­тельный контур. С термоэмиссионного катода в диодный ... = 1, 2, ...). Эта энергия отрицательна, т. е. происходит трансформация кинетической энергии электронов в энергию высокочастотного поля. В соответствующих ...
  • Термоядерные реакции

    Реферат >> Физика
    ... энергии в электрическую, основанные на использовании циклов тепловых двигателей, термоэлектрического и термоэмиссионного ... фотоэлектрические преобразователи и системы термодинамического преобразования с применением тепловых двигателей. Солнечная энергия ...