Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [63] 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93

и термоэлектрических батарей. Одна из этих батарей показана на рис. 130 [44].

Более подробные сведения относительно конструкции и характеристик разработанного в США термоэлектрогенератора мощностью около 100 вт приводятся в работах [68-70].


Рис. 130. Конструкция термоэлектрической батареи экспериментального термоэлектрогенератора мощностью 5 кет

Характеристики газокамерного термоэлектрогенератора

Р = 100 вт

Эффективная электрическая мощность, era.........102,5

Внутреннее электрическое сопротивление термобатарей при

комнатной температуре, ом...............0,34

Внутреннее электрическое сопротивление термобатарей при

рабочей температуре, ом...............0,96

855 426 3,7

Температура горячих спаев, °К

Температура холодных спаев, "К . ....

К. п. д. (без учета потерь тепла с уходящими газами), % . . Эффективный к. п. д. (с учетом потерь тепла с уходящими

газами), %.....................

Общий вес термоэлектрогенератора, кГ .

2,4 21,3


Рис. 131. Общий вид термоэлектрогенератора на органическом топливе мощностью 100 вт

Демонстрационная модель термоэлектрогенератора показана на рис. 131.

При разработке термоэлектрогенератора особое значение придавалось обеспечению максимальной эффективности при минимальных габаритах и весе. Для этого был проведен тщательный выбор полупроводниковых веществ, обеспечивающих возможность получения высокоэффективных термоэлементов на перепад температур 150-600 град. В окончательном варианте для верхнего каскада р-ветви (873--723° К) был принят сплав GeTe, для нижнего (723 4-423°К)- сплав ZnSb. Максимальный к. п. д. составил 6,5%.

Конструктивно термоэлементы выполнены плоскими и состоят из ветвей цилиндрического сечения. Коммутация



по горячей стороне осуществлена пайкой, по холодной - посредством пружинных контактов с гибкими металлическими тепло-электропроводами. Во избежание взаимодействия полупроводникового вещества с атмосферой термоэлементы покрывались специальным цементным составом. Батареи были помещены в полости с контролируемой газовой средой.

Серьезное внимание при разработке было уделено конструкции камеры сгорания и поверхностей теплообмена, которые должны были удовлетворять требованиям высокой эффективности в соче-

Р,6т 1001

60-40-70-

273 373 173 573 673 773 873 Тт.К

Рис. 132. Графики зависимости мощности, к. п. д. и температуры на горячей стороне поверхности теплообмена от тем- , пературы источника для тремоэлектрогенератора мощностью 100 вт.

/) Г) = / (Го); 2) Р = /.(Г„); 3) Т = f {Г„ст)

тании С компактностью. Следовало обеспечить равномерность распределения температур по поверхности термобатарей и требуемые значения удельных тепловых потоков при наименьшей величине поверхности теплопередачи.

Было разработано и испытано шесть вариантов камер сгорания (100x100x280 мм), обеспечивавших на внутренней поверхности обечайки (нержавеющая сталь толщиной 3 мм) температуры в диапазоне 853893° К.

В окончательном варианте камера сгорания имеет четыре форсунки, работающие на пропане.

Для улучшения теплоотдачи по холодной стороне испытывались конструкции теплопередающей поверхности плавникового и штыревого типов. Конструкции штыревого типа при использовании принудительной циркуляции охлаждающего воздуха оказались наиболее эффективными.

Результаты испытаний термоэлектрогенератора показали хорошее совпадение расчетных и экспериментальных характеристик (рис. 132). Однако невозможность обеспечить изотермический




подвод и отвод теплоты, несколько большее расчетного термическое сопротивление конструкционных элементов и тепловые мостики понизили теоретически определенное значение эффективности на 10 4-22% [68].

В начале 60-х годов в США разработано, в том числе по заказам флота, большое количество термоэлектрогенераторов на органическом топливе, например термоэлектрогенератор мощностью 260 вт, конструкции которых аналогичны рассмотренным выше. Характеристики газокамерного термоэлектрогенератора Р = 260 em

Эффективная электрическая мощность, era...... 260

Полная электрическая мощность, era.......... 298

Мощность, затрачиваемая на собственные нужды (вентилятор), era ............... 38

Напряжение на номинальном режиме, е . . . 27,1

Сила тока на номинальном режиме, а . 9,6

Температура горячих спаев, °К . . . . . . 860

Температура холодных спаев, °К 424

Эффективный к. п. д., % . . . 2,42

Удельная мощность, вт/кГ . .17,3

Расход пропана, кг/сек . . . 0,19-10*

Общий вес термоэлектрогенератора, кГ 15

В заключение рассмотрим типовой термоэлектрический генератор небольшой мощности, разработанный в США и предназначенный для использования в качестве автономного источника электроэнергии, работающего на жидком топливе [28]. Конструкция термоэлектрогенератора и отдельных его узлов показана на рис. 133. В рассматриваемом конструктивном исполнении этот термоэлектрогенератор может быть спроектирован на различные мощности.

Характеристики газокамерного термоэлектрогенератора

Р = 30 era

Эффективная электрическая мощность, era . 30

Напряжение на номинальном режиме, в . 6

Температура горячих спаев, °К . . . . 775

Температура холодных спаев, °К...... 477

Материал ветвей термоэлемента (р- и п-типов) . . РЬТе

Размер ветвей термоэлемента, мм........7,94X6,35X6,35

Температура газовой смеси в камере сгорания, °К 533

Температура пламени, °К........... 3173

Температура уходящих газов, °К...... 1713

Средняя температура ребер радиатора, °К . . . . 433

Температура охлаждающего воздуха на выходе, °К 363

Средняя скорость охлаждающего воздуха, м1сек . . 0,3

Давление газовой смеси в камере сгорания, кГ/см 1,09 Длительность непрерывной работы без заправки

топливом, часы.......... 4

Моторесурс, часы................ 1000

Длительность выхода на режим номинальной мощности, сек ................ 300

Общий вес термоэлектрогенератора (без веса топлива), кГ.................. 3,2



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [63] 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93



0.0009