Учебные материалы
  • Регистрация

Термоэмиссионные преобразователи

Термоэмиссионные преобразователи Термоэмиссионные преобразователи — преобразователи тепловой энергии в электрическую на основе использования эффекта термоэлектронной эмиссии.

Открытие  физических явлений,  на  основе  которых  строятся термоэмиссионные преобразователи, относится ко второй половине XIX века. В термоэлектронном генераторе большая часть тепла (около 90%) передается от одного контакта к другому не за счет энергии упорядоченного движения электронов (электрического тока), а за счет теплопроводности. Наиболее простой способ, позволяющий исключить эту потерю, является удаление твердого проводящего тела. В этом случае между электродами внешней цепи создается вакуум. Передача тепла между электродами в этом случае осуществляется излучением, величина которого по сравнению с теплопроводностью мала. Возникновение ЭДС происходит здесь за счет термоэлектронной эмиссии электронов с горячего электрода (катода).

Термоэлектронной эмиссией называется испускание электронов твердыми или жидкими телами при их нагревании (лат.emissio - испускание, излучение). Для вылета электрона из металла необходимо, чтобы кинетическая энергия электрона была достаточной для преодоления его связи с металлом. Это условие   достигается при нагревании катода до высокой температуры, соответствующей видимому свечению раскаленного металла.


Принципиальная схема термоэмиссионного преобразователя. Катод и анод расположены в вакуумированном сосуде. К катоду подводится тепло, от анода отводится. При замыкании внешней цепи в ней потечет ток.

Для увеличения термоэлектронной эмиссии катоды покрывают тонким слоем некоторых металлов (например, тория или цезия). В межэлектродном промежутке возникает пространственный заряд из электронов, по каким-либо причинам не долетевших до анода. Для снижения его негативного влияния межэлектродное расстояние уменьшают до 0.01 мм и меньше. Для удобства подвода и отвода тепла вместо плоских используют трубчатые коаксиальные электроды.

Нейтрализация  пространственного  заряда  может  осуществляться введением положительных ионов какого-либо постороннего вещества (обычно цезия). Такие преобразователи называют газонаполненными термоэмиссионными электрогенераторами. Давление паров не превышает нескольких мм.рт.ст. В этом случае длина свободного пробега электронов превышает величину межэлектродного расстояния и этот преобразователь работает в режиме вакуумного, но с компенсацией пространственного заряда.

Нейтрализация   пространственного   заряда   позволяет   увеличить межэлектродное расстояние до 1 мм, упростив тем самым конструкцию и технологию изготовления преобразователя.

При более высоком давлении паров ионизируемого вещества наступает режим плазменного термоэмиссионного преобразователя.

Открытие термоэлектронной эмиссии было широко использовано в радиотехнике.

Общей проблемой для всех неконтактных термоэмиссионных генераторов является то, что на выходе получаются токи большой силы и очень малого напряжения, что неприемлемо для большинства областей. Из этого положения есть лишь один выход - соединение большого числа элементов в батарею, либо применение преобразователей, повышающих напряжение.

В качестве примера мощных установок, основанных на термоэмиссионном преобразовании можно назвать реактор ТОПАЗ - первый в мире реактор подобного принципа преобразования, пущенный в СССР в 1970 году. В качестве источника теплоты использовалось ядерное топливо. Расположение электродов коаксиальное. Материал катода - молибденовый сплав. Зазор между электродами - 0,4 мм. Зазор заполнен парами цезия. Материал анода- ниобиевый сплав. Последовательно соединены 6210 таких элементов, которые объединяются в электрогенерирующий канал. Реактор ТОПАЗ содержал 79 таких элементов. Генерируемая мощность - от 5 до 10 кВт. Было сконструировано два таких реактора, которые проработали 1500 часов и 6000 часов, соответственно.

Источник: yznaika.com

Вам также могут быть интересны следующие материалы:

Нравится

Комментарии:

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить