Скачать работу в формате MO Word.

Термоэлектрические генераторы

ТРнОнЭЛКнТИнЕнСКИЕ ЕнЕнАнОнРЫ

1) Обнщие свенденния о тернмонэлекнтринченских генненрантонрах.

Тернмонэлекнтринченские генненрантонры (ТЭГ) преднставнлянют сонбой понлунпронводннинконвые тернмонпанры и предннанзнанченны для прянмонго пренобнранзонванния тенпнлонвой энернгии в элекнтронэнернгию. они иснпольнзунютнся в пенрендвижнных АЭУ, пинтаюнщих трудннондоснтупнные обънекнты, контонрые моннтинрунютнся в отнданлеых райнонах Земнли (авнтонмантинченские ментеонстаннции, морнские маянки и т.п.). В пернспекнтинве танкие обънекнты монгут моннтинронватьнся на Лунне или на друнгих планнентах. В канченстнве иснточннинков тенпнла для поднвонда к гонрянчим спаням ТЭГ : рандионакнтивнные изонтонпы (ИнТЭГ), ядернные ренакнтонры (РнТЭГ), солннечнные коннценнтрантонры разнличннонго иснполнненния (СТЭГ). Ориненнтинронвочно приннинманют, что при элекнтричеснких мощннонстях от 1 до 10 кВт на КЛА ценленсонобнразнны ИнТЭГ и СТЭГ, при понвыншеых ровннях мощннонсти - РнТЭГ. Понследнние наинбонлее пернспекнтивнны для АЭУ КЛА.

Доснтониннстнва ТЭГ: больншой срок служнбы, вынсонкая нандежнность, станбильнность панранметнров, вибнронстойнкость. Нендоснтатнки ТЭГ: ненвынсонкие отннонсинтельнные энернгентичеснкие понканзантенли: дельнная маснса 10-15 кг/кВт, понверхннонстнная плотнность мощннонсти 10 кВт/м2(на единнинцу понпенречнонго сенченния эленменнта ), обънемнная плотнность мощннонсти 200-400 кВт/м3аи сравннинтельнно низнкий КПД пренобнранзонванния энернгии (5-8%). Принменнинтельнно к Л ТЭГ преднставнлянют сонбой бантанреи кремнне-гернманниенвых тернмонэлекнтричеснких эленменнтов (ТЭЭ), контонрые по матнричнонму приннцинпу сонединненны в ветнвях понслендонвантельнно, ветнви монгут иметь менжнду сонбой панралнлельнные сонединненния. Бантанреи ТЭЭ занключены с гернментичные коннтейнненры, занполннеые инертнным ганзом во изнбенжанние окиснленния и станренния понлунпронводннинков. Плонские или цинлиннднричеснкие коннстнрукнции ТЭГ снабнжанютнся стнройнстнванми для поднвонда тенпнла на гонрячих спанях и для его отнвонда на "хонлоднных"а спанях понлунпронводннинконвых тернмонстолнбинков. Коннстнрукнция синлонвых элекнтронвынвондов ТЭГ должнна обеснпечивать одннонвренмео тернмонплотнность и элекнтричеснкую изонлянцию от корнпунса (коннтейнненра), что преднставнлянет доснтанточно сложнную технничеснкую зандачу.

2) Финзинченские осннонвы ранбонты тернмонэлекнтринченских генненрантонров.

В осннонве дейнстнвия люнбонго ТЭЭ ленжат обнрантинмые тернмонэлекнтричеснкие эфнфекнты Пельнтье, Томнсонна (Кельнвинна) и Зебенка. Опнренденляюнщая роль в ТЭГ приннаднленжит эфнфекнту тернмо-ЭДС (Зенбенка). Пренобнранзонванние энернгии сонпронвонжнданетнся ненобнрантинмынми (диснсинпантивннынми) эфнфекнтанми: пенрендачей тенпнла за счет тенпнлонпронводннонсти мантенрианла ТЭЭ и пронтенканнии тонка. Мантенрианлы ТЭЭ с принменстнной элекнтроой и дынрочной пронвондинмонстью понлучают ввенденнинем ленгинруюнщих донбанвок в кринсталнлы оснновннонго понлунпронводннинка.

Рис. 1. Приннцинпинальнная схенма эленменнтарннонго понлунпронводннинконвонго ТЭГ

При ранбочих темнпенрантунрах Т SYMBOL 179 f "Symbol" 900 SYMBOL 184 f "Symbol" 100 К ценленсонобнразнны спланвы 20-30% Ge-Si, при Т SYMBOL 163 f "Symbol" 600 SYMBOL 184 f "Symbol" 800 К - мантенрианлы на осннонве телнлунриндов и сенленниндов свиннца, виснмунта и сурьнмы. Схенма кремнниенвонго ТЭЭ понканзанна на рис. 1. Тенпнло Q1 поднвондитнся к ТЭЭ (ТЭГ) ченрез стеннку нангренвантенля 1 с понмонщью тенпнлоннонсинтенля ( нанпринмер жиднконменталнличеснконго), тенпнлонвой трунбы или при ненпонсреднстнвеом коннтакнте с зонной тенпнлонвынденленния ренакнтонра. Ченрез стеннку 7 хонлондильннинка тенпнло Q2 отнвондитнся от ТЭГ (изнлученинем, тенпнлоннонсинтенлем или тенпнлонвой трунбой). Спаи понлунпронводннинконвых кринсталнличеснких тернмонстолнбинков 4 и 9 обнранзонванны менталнличеснкинми шиннанми 3 и 5, 8, контонрые элекнтричеснки изонлинронванны от стеннок 1 и 7 слоянми динэлекнтринка 2, 6 на осннонве окнсиндов темнпенрантур SYMBOL 68 f "Symbol"Т = Т1<-Т2.

Эфнфекнтивнность ТЭГ обеснпечиванетнся сунщенстнвеой разннонродннонстью струкнтунры ветнвей 4 и 9. Ветвь р-тинпа с дынрочной пронвондинмонстью понлучаетнся ввенденнинем в сплав Si-Ge акнцепнторнных принменсей атонмарннонго бонра В. Ветвь п-тинпа с элекнтроой пронвондинмонстью обнранзунетнся при ленгинронваннии Si-Ge доннорннынми атонманми фоснфонра Р. Из-за понвыншеой хинмичеснкой акнтивннонсти и манлой менханничеснкой прочноснти понлунпронводннинконвых мантенрианлов сонединненние их с шиннанми 3, 5, 8 вынполннянетнся пронслойнканми из спланва кремнний-бор. Для доснтинженния станбильнной ранбонты бантанрея ТЭЭ гернментинзинронванна менталнличеснкой каснсентой, занполннеой арнгонном.

Эфнфект Пельнтье. В понгранничной плоснконсти - спае разннонроднных понлунпронводннинков (или менталнлов) - при пронтенканнии тонка I понглонщанетнся тенпнло Qп, еснли нанправнленние тонка I совнпанданют с нанправнленнинем рензульнтинруюнщенго тенпнлонвонго понтонка ( контонрый вознник бы при пондогнренве спая). Еснли же нанправнленния тонка I и этонго понтонка пронтинвонпонложнны, Qп апрониснхондит от внешнненго иснточннинка тенпнла (из нангренвантенля понтребнлянетнся донполннинтельнная энернгия) линбо из внутнреих занпансов энернгии, еснли внешнний иснточнник отнсутнстнвунет ( в этом слунчае нанблюнданетнся охнланжнденние спая). В замкннунтой на сонпронтивнленнии Rп тернмонэлекнтринченской ценпи ТЭГ на гонрянчих спанях столнбинков ТЭ тенпнло Qп понглонщанетнся (энндонтернминченский эфнфект). Это охнланжнденние Пельнтье нандо комнпеннсинронвать донполннинтельнным поднвондом тенпнла SYMBOL 68 f "Symbol"Qп изнвне. На хонлоднных спанях тенпнло Пельнтье вынденлянетнся (экнзонтернминченский эфнфект). Вынденливншеенся тенпнло Qп ненобнхондинмо отнвондить с понмонщью внешнненго охнланжндаюнщенго стнройнстнва. канзаые явнленния обунславнлинванютнся пенренраснпренденленнинем нонсинтенлей занряндов (элекнтроннов) по ровнням энернгии: при понвыншеннии среднней энернгии элекнтроннов ее изнбынток вынденлянетнся в спае. Тенпнло Пельнтье пронпорнционнальнно пенреннонсинмонму занрянду: агде SYMBOL 112 f "Symbol"<=SYMBOL 112 f "Symbol"(Т) - конэфнфинцинент Пельнтье

Элекнтринченский ток I=dq/dt, слендонвантельнно, энернгия (за вренмя t )

тенпнлонвая мощнность

Обнрантинмость эфнфекнта Пельнтье сонстонит в том, что при пинтаннии ценпи тонком I от внешнненго иснточннинка ханракнтер тенпнлонвонго дейнстнвия I на спай можнно изнменнять ренвернсинронваннинем нанправнленния тонка. На этом осннонванно сознданние тернмонэлекнтринченских нангренвантенлей и хонлондильннинков. Понследнние именют больнше пракнтинченское знанченние.

Эфнфект Томнсонна (Кельнвинна). Эфнфект Томнсонна отннонситнся к обънемнным (линнейнным) эфнфекнтам в отнлинчие от плонсконстннонго (тончечннонго) эфнфекнта Пельнтье. при пронтенканнии тонка I по тернминченски ненодннонродннонму понлунпронводннинку (или пронводннинку) на его отнрезнке (х1,х2) с пенренпандом SYMBOL 68 f "Symbol"Т1<-Т2SYMBOL 185 f "Symbol"0 в слунчае совнпанденния нанправнленний тонка и грандиненнта

вынденлянетнся тенпнло Томнсонна Qт (нангрев отнрезнка). При встречнных нанправнленнинях I и SYMBOL 209 f "Symbol"Т тенпнло Qт понглонщанетнся (охнланжнденние отнрезнка). Эфнфект обънясннянетнся изнменненнинем энернгии двинжунщихнся элекнтроннов при пенренменщеннии в обнласть с иным темнпенрантурнным ровннем. При ренвернсе нанправнленния I нанблюнданетнся обнрантинмость эфнфекнта Томнсонна, т.е. пенренменна экнзо- или энндонтернминченсконго ханракнтенра тенпнлонвонго дейнстнвия. Теп лонвя энернгия пронпорнционнальнна тонку I и пенренпанду SYMBOL 68 f "Symbol"Т т.е. апринчем dT=|SYMBOL 209 f "Symbol"T|dx. Слендонвантельнно (для на р- и п-учанстнках),

Здесь <- средннее знанченние конэфнфинциненнта Томнсонна для даонго мантенрианла. В одннонмернном слунчае <|SYMBOL 209 f "Symbol"T|=dT/dx. Тенпнлонвая мощнность Конлинченстнвеое знанченние эфнфекнта Томнсонна втонронстенпео.

Эфнфект Зенбенка. В ценпи двух разннонроднных пронводннинков или понлунпронводннинков, спай и коннцы контонрых именют пенренпад темнпенрантур, возннинканет эленменнтарнная тернмо-ЭДС dE=Z(T)dT или ЭСа

принчем средннее знанченние конэфнфинциненнта Зенбенка

Эфнфект обнрантим: еснли сонотнноншенние занменнить на , то нанправнленние дейнстнвия Е меннянетнся, т.е. прониснхондит ренверс понлярннонсти ТЭЭ. Обнрантинмость эфнфекнта Зенбенка сонпронвонжнданетнся обнрантинмонстью эфнфекнта Пельнтье.

Приннцип ранбонты ТЭЭ. (рис. 1). Киннентинченская энернгия элекнтроннов на коннце ценпи с авынше, чем на "хонлоднных" коннцах с Т=Т2, слендонвантельнно, пренобнланданет дифнфунзия элекнтроннов от гонрянченго спая к хонлоднным коннцам. коннценнтранция элекнтроннов в р- и п-ветнвях разнличнна, понэтонму бонлее отнринцантельнный понтеннцинал понлунчанет коннец тернмонстолнбинка п-тинпа, по отнноншенния к контонронму коннец столнбинка р-тинпа именет понлонжинтельнный понтеннцинал. Разнность понтеннцианлов Е=Z(T1<-T2) обунславнлинванет ток I ( при занмынканнии ценпи на сонпронтивнленние Rн нангрузнки) и понлезнную элекнтринченскую мощнность Ранбонте ТЭГ сонпутнстнвунют обнрантинмые эфнфекнты.

3)Бантанреи тернмонэлекнтринченских эленменнтов.

Для понлунченния в ТЭГ ханракнтерннонго нанпрянженния USYMBOL 187 f "Symbol"30 В при ЭДС одннонго ТЭЭ ЕSYMBOL 187 f "Symbol"0,1SYMBOL 184 f "Symbol"0,3 В тренбунетнся понслендонвантельнно сонединнить в бантанрею принмернно NSYMBOL 187 f "Symbol"10ТЭЭ. при зандаых разнменрах сенченния тернмонстолнбинка и ровннях тонка I нангрузнки ненобнхондинмое чиснло панралнлельнных ветнвей в бантанрее опнренденлянетнся плотннонстью тонка J=I/sSYMBOL 187 f "Symbol"10 A/см2. Для КЛА вынполннянютнся бантанреи ТЭГ мощннонстью от единниц до сонтен ватт. Вдля станционнарнных и пенрендвижнных АЭУ сознданны ИнТЭГ сенрии "Бента" мощннонстью до 10 Вт на рандионакнтивнном изонтонпе ценрия 14Се. Плонские и цинлиннднринченские ванринаннты ТЭГ опнренденлянютнся их комнпонновнкой в блонке. Каснкаднное сонединненние ТЭГ понзвонлянет понвынсить КПД пренобнранзонванния энернгии до SYMBOL 104 f "Symbol"SYMBOL 187 f "Symbol"0,13. В ценлях меньншенния дельнной маснсы ТЭГ разнранбонтанны мнонгонслойнные пленночнные ТЭЭ. преднставнлянет иннтенрес сознданние в пернспекнтинве ТЭГ в винде экснпенринменнтальнных ренакнтонров-генненрантонров на банзе иннтенгральннонго иснполнненния ТЭЭ и тенпнлонвынденляюнщих эленменнтов (ТВЭЛ) из денлянщихнся сонединненний тинпа сульнфиндов ранна или тонрия, контонрые обнланданют понлунпронводннинконвынми свойнстнванми.

Литература : Алиевский Б. Л. Специальные электрические машины. М.: Энерготомиздат, 1994г.