Альтернативная энергетика

Нетрадиционные возобновляемые источники энергии

Режимы работы ТЭП

Вакуумный, квазивакуумный и диффузионный режимы в настоящее время хорошо изучены, и теоретическое описание их увязывается с экспериментом. В дуговом режиме много неясных вопросов и пока отсутствует теоретическая модель, достаточно хорошо согласующаяся с экспериментом.

Хотя этот режим является одним из наиболее перспективных, при расчете генератора приходится основываться больше на экспериментальных данных, чем на теоретических характеристиках.

При разработке реального ТЭП важнейшими проблемами являются:

1)         создание электродов с определенной работой выхода, минималь

ной испаряемостью и малым сопротивлением;

2)         регулирование и поддержание необходимого вакуума и давления

паров наполнителя (Cs, Cs+K, Cs+Ba);

3)         разработка коррозионно-стойкой   оболочки   корпуса  ТЭП» на

дежного соединения различных частей преобразователя;

4)         подвод к эмиттеру теплового потока 10-20 Вт/см2 и отвод его с

коллектора ТЭП.

Эмиттерный узел ТЭП обычно состоит из эмиттера и токоввода, с помощью которого эмиттер присоединяется либо к токоведущей шине и гермовводу, либо к коллектору соседнего ТЭП;

Рабочие температуры эмиттера обычно лежат в диапазоне 1600-2100 К. Токоввод эмиттера обеспечивает перепад температур до 1500 К. Эмиттерный узел в большинстве случаев находится в среде паров цезия при Ра до 2*103 Па. Через эмиттер могут проходить токи порядка 50-100 А. Материал эмиссионного покрытия должен иметь температуру плавления 2000 К, а материал оболочки - не менее 2700 К.

Скорость испарения материала эмиттера не должна превышать 10 мкм/год, что соответствует давлению паров эмиттера не более 10-* Па. В качестве материалов эмиттерного узла используются тугоплавкие металлы, сплавы,  соединения:  W, Re,Ta, Mo, Nb, UC, ZrC, UN.

Коллекторный узел ТЭП обычно включает в себя коллектор и защитный чехол, герметично отделяющий межэлектродную полость ТЭП от внешней полости, которая может быть вакуумирована или заполнена газами или охлаждающими жидкостями. Рабочие температуры коллекторного узла составляют обычно 700-BOOK. Через коллектор и защитный чехол могут проходить электрические токи до 500А. Температура плавления материалов коллектора и защитного чехла должна быть не ниже 1300 К, работа выхода коллектора - примерно 3,6 эВ, испаряемость -около Ю-12м/с, давление пара-приблизительно 106Па-

Результаты экспериментов показывают, что в качестве материалов коллектора можно использовать: нержавеющую сталь, медь и медь, покрытую Ni, Mo, Nb и сплав ниобия с 1% циркония, никель, рений.

В качестве конструкционных материалов может использоваться медь и ее сплавы, никель и его сплавы, нержавеющие стали.

Для связывания выделяющихся в процессе работы ТЭП газов во внутреннем объеме ТЭП размещаются газопоглотители - геттеры. В качестве геттеров обычно используют активные металлы, такие как Nb, Ti, Zr, Ba, а также сплавы Zr-Al, Zr-Al-Ni, Zr-Ti и др.

В качестве изоляционных материалов в ТЭП используются чаще всего материалы на основе оксидов АЬОз, BeO, V2O2, MgO.

Термоэмиссионные преобразователи удачно сочетаются с атомным реактором. Многочисленные расчеты показали, что масса и габаритные размеры такой атомной электростанции открывают благоприятные перспективы применения ее на космических объектах для питания бортовой аппаратуры и электрических двигателей.

Первым в мире (1970) термоэмиссионным реактором-преобразователем стал российский реактор "Топаз". Аналогичные реакторы-преобразователи разрабатываются и в других странах. Так, в частности, достигнута стабильная работа ТЭП в лабораторных испытаниях с вольфрамовым эмиттером и ниобиевым коллектором (КПД 17%, удельная электрическая мощность 8 Вт/см2) в течение 46000 ч.

Основная цель термоэмиссионного преобразования энергии состоит в генерации электричества для использования в удаленных полярных районах, под водой и в космосе. Исчисляются также возможности использования ТЭП в качестве надстройки к обычным ТЭС.