Термоэлектрические, радиоизотопные и термоэмиссионные генераторы

ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Термоэлектрические генераторы 4
1.1 Общие сведения о термоэлектрических генераторах 4
1.2 Конструкция термоэлектрического генератора 5
1.3 Термоэлектрические материалы 8
1.4 Термоэлектрические генераторы на органическом топливе 8
1.5 Реакторные термоэлектрические генераторы 10
1.6 Основные преимущества ТЭГ перед другими источниками электропитания 10
Глава 2. Радиоизотопные генераторы 12
2.1 Общие сведения о радиоизотопных генераторах (РИТЭГах) 12
2.2 Что такое радиоизотопные генераторы 13
2.3 Проблемы безопасности 14
Глава 3. Термоэмиссионные генераторы 16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 20

Термоэлектричество – это уникальное физическое явление, позволяющее преобразовывать тепловой поток в электрическую энергию.
Актуальность темы заключается в том, что постоянно растет интерес к автономным источникам электрического питания для различных электрических и маломощных электронных устройств.
Цель работы - получение более полного представления о таких автономных источниках электрической энергии как - термоэлектрические, радиоизотопные и термоэмиссионные генераторы.
Задачи, необходимые для достижения поставленной цели: рассмотреть общие сведения о термоэлектрических генераторах, конструкцию термоэлектрического генератора, термоэлектрические материалы, общие сведения о радиоизотопных генераторах, термоэмиссионные генераторы.
Структура реферата включает в себя: введение, основную часть (три главы), заключение и библиографический список, состоящий из шести источников литературы.

1.1 Общие сведения о термоэлектрических генераторах

Мощность современных термоэлектрических генераторов (ТЭГ) колеблется от нескольких микроватт до нескольких десятков киловатт, коэффициент полезного действия преобразования — от двух до десяти процентов, срок службы — от одного года до двадцати пяти лет, стоимость установленной мощности — от двенадцати до ста девяносто долларов на один ватт.
Для альпинистов, туристов, геологов, охотников, дачников и рыбаков предлагаются термоэлектрические генераторы мощностью от четырех до двенадцати ватт выполненные в виде настольной лампы или походных котелков, являющихся источниками постоянного тока. Эти термоэлектрические генераторы можно использовать для компьютеров, магнитофонов, радиостанций, освещения, подзарядки аккумуляторов. Источниками тепла для ТЭГ являются газовая горелка или плита, костер или печка, примус и так далее.
...

1.2 Конструкция термоэлектрического генератора

Конструкция любого ТЭГ (Рисунок 1.1) состоит из трех основных узлов: теплосъемника, обеспечивающего эффективную передачу тепла от источника тепла к термоэлектрическому генераторному модулю (ТГМ), собственно сам термоэлектрический генераторный модуль (Рисунок 1.2) и радиатора, который обеспечивает отвод тепла в окружающую среду.

Рисунок 1.1 - Схема конструкции термоэлектрического генератора

На пути тепла каждый элемент термоэлектрического генератора характеризуется тепловым сопротивлением. Усовершенствование значений тепловых сопротивлений позволяет получить наилучшую эффективность решения.

Рисунок 1.2 - Термоэлектрический генераторный модуль в разрезе

Обычно, переход от параметров термоэлектрического генератора к параметрам генератора вызывает несколько конструктивно-технологических вопросов.
Уже было выше отмечено, что термоэлектрический генератор состоит из последовательно соединённых термоэлектрических пар.
...

1.4 Термоэлектрические генераторы на органическом топливе

Такие термоэлектрические генераторы (Рисунок 1.3) нашли наибольшее практическое применение в области электро- и теплоснабжения автономных объектов в быту, армии, сельском хозяйстве, навигации, метеорологии и нефтегазовой промышленности.

Рисунок 1.3 - ТЭГ на органическом топливе ТГК-16
1 - термобатарея; 2 - горячий коллектор; 3 - холодный радиатор; 4 - теплопроводные диски; 5 -газовая горелка
В качестве источника теплоты в термоэлектрических генераторах, которые работают на органическом топливе, используются продукты сгорания газообразного, жидкого и твердого топлива.
...

1.5 Реакторные термоэлектрические генераторы

Требуемые уровни электрической мощности термоэлектрических генераторов — от единиц до нескольких сотен и тысяч киловатт — могут быть обеспечены только в сочетании с ядерными реакторами в качестве источника теплоты. По способу теплопередачи от ядерных реакторов к горячим спаям реакторных термоэлектрических генераторов можно разделить на три типа: вынесенные, в которых термоэлектрические генераторы размещен вне ядерного реактора, а теплопередача осуществляется циркуляционными теплоносителями; встроенные, в которых ядерный реактор и термоэлектрический генератор совмещены в едином блоке, ТЭБ размещены на оболочках ТВЭЛ или на отражателе, а теплопередача осуществляется теплопроводностью; и промежуточные, в которых отвод теплоты от ядерного реактора осуществляется тепловыми трубами. Отвод теплоты от холодных спаев термоэлектрических генераторов всех типов осуществляется излучением, либо хладоагентом.

1.6 Основные преимущества ТЭГ перед другими источниками электропитания

К преимуществам термоэлектрических генераторов перед другими источниками электрического питания относятся: вибростойкость; стабильность параметров; практически неограниченный срок хранения при полной готовности к работе в любое время года и суток; отсутствие необходимости специального обслуживания; высокая надежность в работе; полная бесшумность в работе ввиду отсутствия движущихся частей; большой срок службы.3
Благодаря этим преимуществам термоэлектрические генераторы широко применяются в областях, где требуются сверхнадежные источники электрической энергии, которые обладают длительным сроком эксплуатации и не требующие своего обслуживания: автономных космических аппаратов, для морских маяков и для питания автоматических метеорологических станций.
...

2.2 Что такое радиоизотопные генераторы

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы являются источниками автономного электрического питания с постоянным напряжением от семи до тридцати вольт для различной автономной аппаратуры мощностью от нескольких ватт до восьмидесяти ватт. Вместе с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами используются разные электротехнические устройства, которые обеспечивают преобразование и накопление электрической энергии, которая, в свою очередь, вырабатывается генератором. Наиболее широко радиоизотопные термоэлектрические генераторы применяются в качестве источников электрического питания световых знаков и навигационных маяков. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы также используются как источники питания для метеорологических станций и радиомаяков.
В радиоизотопных термоэлектрических генераторах используются источники тепла на основе радионуклида стронций-90 (РИТ-90).
...

2.3 Проблемы безопасности

По мнению конструкторов радиоизотопных термоэлектрических генераторов, даже в случае попадания РИТ-90 в окружающую среду при несанкционированном извлечении из радиоизотопного термоэлектрического генератора, либо аварии целостность источника может быть нарушена не иначе как в результате принудительного и преднамеренного его разрушения.
«Возможно, было бы лучше их закапывать, для того, чтобы радиоизотопные термоэлектрические генераторы никто не находил. Но их устанавливали тридцать лет назад, когда об угрозе терроризма не думали, кроме того, радиоизотопные термоэлектрические генераторы не были вандало-защищены», — так считает глава департамента чрезвычайных ситуаций и безопасности Минатома Российской Федерации Александр Агапов.
В Минатоме признают, что «есть радиоизотопные термоэлектрические генераторы в состоянии бесхозности».
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы, выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены общие сведения о термоэлектрических генераторах, конструкция термоэлектрического генератора, термоэлектрические материалы, общие сведения о радиоизотопных генераторах, термоэмиссионные генераторы.
Из вышеизложенного материала следует сделать выводы: для более широкого практического применения термоэлектрических генераторов на органическом топливе требуется повышение их коэффициента полезного действия, что может быть достигнуто, например, в результате использования каскадных термоэлектрических батарей; ритэги отличаются различными параметрами по выходному электрическому напряжению, выходной электрической мощности, массе, габаритам; для оптимальной работы радиоизотопного генератора количество тепловой энергии на этажах батареи подбирают из расчета, что на выходе каждого канала температура потока снижается до уровня, который обеспечивает максимальную эмиссию на каждом этаже.
...