Велика Радянська Енциклопедія

Термоемісійний перетворювач енергії

   
 

Термоемісійний перетворювач енергії (ТЕП), термоелектронний перетворювач енергії, термоіонний перетворювач енергії, пристрій для безпосереднього перетворення теплової енергії в електричну на основі явища термоелектронної емісії . Найпростіший ТЕП складається з двох електродів (катода, або емітера, і анода, або колектора, виготовлених з тугоплавких металів, зазвичай Mo, Re, W), розділених вакуумним проміжком ( рис. 1 ). До емітера від джерела тепла підводиться теплова енергія, достатня для виникнення помітної термоелектронної емісії з поверхні металу. Електрони, долаючи межелектродное простір (декілька десятих доль мм ), потрапляють на поверхню колектора, створюючи на ньому надлишок негативних зарядів і збільшуючи його негативний потенціал. Якщо безперервно забезпечувати підведення тепла до емітера і відповідне охолодження колектора (який отримує тепло від досягають його електронів), то в зовнішньому ланцюзі підтримуватиметься електричний струм і таким чином відбуватися робота. Так як ТЕП являє собою по суті теплову машину, робочим тілом якої служить "електронний газ" (електрони "випаровуються" з емітера - нагрівача і "конденсуються" на колекторі - холодильнику), то ккд ТЕП не може перевершувати ккд Карно циклу .

Напруга, развиваемое ТЕП (0, 5 - 1 в), - порядку контактної різниці потенціалів , але менше її на величину падіння напруги на міжелектродному зазорі і втрат напруги на комутаційних проводах ( рис. 2 ). Максимальна щільність струму, що генерується ТЕП, обмежена емісійною здатністю емітера і може досягати декількох десятків а 1 см 2 поверхні. Для отримання оптимальних величин роботи виходу емітера ( 2,5-2,8 ев ) і колектора (1,0-1,7 ев ) і для компенсації об'ємного заряду електронів, що утворюється поблизу електродів, в зазор між ними зазвичай вводять легко іонізіруемие пари Cs. Позитивні іони цезію утворюються при зіткненні атомів Cs з швидкими і тепловими електронами як на гарячому катоді ( поверхнева іонізація ), так і в міжелектродному об'ємі (внаслідок або одноразового зіткнення атомів Cs з швидкими і тепловими електронами, або ступінчастою іонізації, при якій в результаті 1-го зіткнення з електроном атом Cs переходить в збуджений стан, а при наступних - іонізується). В останньому випадку ТЕП працює в так зване дуговому режимі - найбільш вживаною. При використовуваних в сучасних ТЕП температурах електродів (1700-2000 К на катоді і 800-1100 К на аноді) їх питома потужність (у розрахунку на 1 см 2 поверхні катода) досягає десятків вт, а ккд може перевищувати 20%.

За родом джерела тепла розрізняють ядерні (реакторні і радіоізотопні), сонячні і газополуменеві ТЕП. В ядерних ТЕП використовується тепло, що виділяється в результаті реакції ядерного ділення (у реакторних ТЕП ) або розпаду радіоактивного ізотопу (у радіоізотопних). У 1970 в СРСР створено перший у світі термоемісійний перетворювач-реактор "Топаз" електричною потужністю близько 10 квт . В сонячних ТЕП нагрів емітера здійснюється за рахунок теплової енергії сонячного випромінювання (із застосуванням геліоконцентратора ). Газополуменеві ТЕП працюють на теплі, що виділяється при спалюванні органічного палива.

Важливі переваги ТЕП в порівнянні з традиційними електромашинними перетворювачами - відсутність в них рухомих частин, компактність, висока надійність, можливість експлуатації без систематичного обслуговування. Нині (середина 70-х рр..) досягнуто ресурс безперервної роботи одиночного ТЕП понад 40000 ч. Перспективне використання ТЕП як високотемпературного ланки багатоступеневих перетворювачів енергії, наприклад, у поєднанні з термоелектричними перетворювачами, що працюють при більш низьких температурах. В СРСР, США, Франції та ряді інших країн ведуться інтенсивні роботи зі створення ТЕП, придатних для масового промислового використання.

Літ.: Єлісєєв В. Б., П'ятницький А. П ., Сергєєв Д. І., Термоемісійні перетворювачі енергії, М., 1970; Термоемісійні перетворювачі і низькотемпературна плазма, М., 1973; Технологія термоемісійних перетворювачів. Довідник, під ред. С. В. Рябикова, М., 1974.

© Н. С. Лідоренко.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я