Термоэмиссионный преобразователи энергии — страница 2

газонаполненные ТЭП с парами цезия имеют лучшие показатели. Их характеризуют удельная масса ЭГК G*= 3 SYMBOL 184 f "Symbol" 10 кг/кВт, поверхностная плотность мощности Р*= 100 SYMBOL 184 f "Symbol" 200 кВт/м2 (на единицу площади, эмитирующей электроны), плотность тока эмиттера J = 5 SYMBOL 184 f "Symbol"8 A/cм2, КПД преобразования тепла в электроэнергию SYMBOL 104 f "Symbol" = 0,15 SYMBOL 184 f "Symbol" 0,25, рабочий ресурс - более 104ч (до 5 лет). Вакуумные ТЭП в

настоящее время применяются сравнительно мало вследствие сложности технологии изготовления межэлектродных зазоров порядка 10-2мм, при которых возможны удовлетворительные эксплуатационные показатели преобразователей. 2. Физические основы работы термоэмиссионных преобразователей. Работа основана на явлении термоэлектронной эмиссии (эффекте Эдисона) - испускании электронов нагретым металлическим катодом (эмиттером).

Физическими аналогами вакуумных и газонаполненных ТЭП могут служить электронные лампы - вакуумные диоды и газотроны. В отдельных случаях вследствие упрощения эксплуатации целесообразно использовать вакуумные ТЭП, но лучшие характеристики имеют, как указывалось, ТЭП, наполненные парами легкоионизирующегося металла - цезия (Сs). Различают межэлектродные газовые промежутки ТЭП с частичной и полной ионизацией. Последние

принадлежат к плазменным ТЭП, которые можно относить к контактным преобразователям. Процесс преобразования энергии в ТЭП рассмотрим вначале на примере анализа плоской вакуумной модели элементарного генератора (рис. 1.) Промежуток SYMBOL 68 f "Symbol" между металлическими электродами - катодом (эмиттером) 1 и анодом (коллектором) 2, заключенными в вакуумный сосуд 3, откачан до давления 0,133 мПа (примерно 10-6мм рт. ст.). Электроды и их

выводы 4 изолированы от стенок сосуда. К эмиттеру подводится тепловая энергия Q1, и он нагревается до температуры Т1 SYMBOL 187 f "Symbol" 2000К. Коллектор поддерживается при температуре Т2 < Т1 вследствие отвода от него тепловой энергии Q2. Распределение электронов по энергиям в металле электрода зависит от его химической природы и определяется среднестатистическим уровнем Ферми. Это тот (наименьший) уровень, на котором располагались

бы все электроны при температуре Т=0. Если Т>0, то вероятность наличия у электрона энергии уровня Ферми всегда равна 0,5. Вплоть до точки плавления металла уровень Ферми мало зависит от Т. Рис. 1. Рас­чет­ная элек­тро­ста­ти­че­ская мо­дель ТЭП 2. Батареи термоэммисионых элементов Вертикальные гирляндные ЭГК образуют батарею ТЭП - электрогенерирующий блок (ЭГБ) реактора. Например, в серийных генераторах "Топас" (СССР)