Загрузка ...Изотопные ТЭГ подводного назначения
В 1963—1968 гг. в СССР создана серия изотопных ТЭГ подводного назначения с изотопом 137Cs. Выбор этого изотопа обусловлен наличием его промышленного производства, большим периодом полураспада (29, 68 лет) и возможностью использовать морскую воду в качестве биологической защиты. Недостатками 137Cs являются наличие у-излучения и невысокое удельное тепловыделение (0,123 вт/см3). Поскольку 70% энергии радиоактивного распада заключено в кинетической энергии у-квантов, в ТЭГ на 137Cs введен массивный тепловой блок. Размещение этого блока внутри эффективной тепловой изоляции позволило создать направленный тепловой поток в термобатарее и увеличить его плотность в 5—6 раз. За время эксплуатации с 1964 г. он уже выработал электроэнергию 350 квт-ч.
В связи с необходимостью создания портативных источников энергии различного назначения основными требованиями к ним стали минимальные габариты, вес и фон сопутствующих нейтронного и у-излучений. Поэтому в них был использован изотоп 238Ри, являющийся единственным а-радиоактивным изотопом с большим периодом полураспада — 86,4 года. На его основе и были созданы портативные ТЭГ типа МИГ-67. При их разработке необходимо было решить проблему изготовления изотопного блока и микромодульной термобатареи.
Поскольку ограниченные размеры установки существенно влияют. на тепловые потери через конструктивные элементы, то при их малых размерах теплопотери через них оказываются соизмеримыми с потерями через тепловую изоляцию. В этом случае единственно возможным является расположение теплового блока небольшой мощности или непосредственно на термобатарее, или между двумя термобатареями.
Применение в качестве источника тепла изотопа 242Сш, обладающего высоким удельным тепловыделением, низкой интенсивностью у-излучения, возможностью получения его в больших количествах и высокой рабочей температурой, позволило создать на его основе ТЭГ с высокой удельной мощностью. Применяя в них каскадные термоэлементы, работающие при температурах горячего спая 575°С и холодного 25°С, удалось получить к. п. д. термобатареи, достигающий 8—10%.
Из созданных в СССР изотопных ТЭГ следует упомянуть также агрегаты, установленные на двух спутниках серии «Космос», запущенных на орбиту. Они аналогичны описанным выше изотопным ТЭГ с 2!0Ро.
Много изотопных ТЭГ различного назначения разработано и создано в США. Первые установки такого рода были изготовлены с применением металлических термопар и не представляют большого практического интереса. К первым установкам на полупроводниковых термобатареях следует отнести изотопный ТЭГ NAP-100, изготовление которого было начато в 1959 г. Изотоп 242Cm закладывался в параллелепипедную капсулу размером ЮХЮХ Х20 см. Расчетная температура капсулы 600°С при плотности теплового потока 2,2 вт/см2. Для обеспечения полезной электрической мощности 100 вт тепловая мощность изотопа должна была составлять 2500 вт, что соответствует полному к. п. д. устройства 4%- Термопреобразователь состоял из 140 термоэлементов с температурой горячих спаев 530° С.
Термоэлемент состоял из полупроводниковых материалов л-типа и р-типа GeBiTe, имеющих диаметр и длину 1,27 см. Полупроводники через коммутационные прослойки припаяны к железной пластине на горячем спае и медным дискам на холодном спае. К медным дискам, в свою очередь, припаяна медная оплетка для теплоотвода. Хороший термический контакт обеспечивался пружинами. В качестве электроизоляции использовались стекловолокно и слюдяная бумага. При ресурсных испытаниях после 335 ч установка прекратила работу из-за нарушения коммутации. За время работы была достигнута мощность 120 вт (эл.) при к. п. д. 5,2%, что превышает расчетные данные.
Более усовершенствованные изотопные ТЭГ — установки для метеорологической станции. Изотопный ТЭГ и телеметрическое оборудование устанавливались в группе и соединялись электрическим кабелем с метеорологическим оборудованием и передающей антенной. Приборы станции автоматически регистрировали температуру воздуха, барометрическое давление, направление и скорость ветра и передавали эти данные на ближайшую станцию с людьми каждые 3 ч. Необходимая мощность составляла ~6 вт.
Тепло, выделяющееся при распаде 17500 кюри 90Sr (SrTiCb) в цилиндре из хастеллоя-С, передается к термобатарее, изготовленной из 60 термоэлементов. Все термоэлементы соединены на горячем спае коммутационными шинами из железа, а на холодном — медными зажимами со сферическими гнездами для фиксации цилиндрических ветвей термоэлементов.
Топливная капсула и термобатарея образуют сборку, которая монтируется в отдельном стальном стакане высотой 35 и диаметром 17 см. В стакан включены также верхний блок биологической защиты из свинца и вывод электрических кабелей. Стакан вставляется в цилиндрический блок внешней защиты, наполненный также свинцом. Небольшой зазор между стаканом и внешней защитой заполнен ртутью через пробку для надежного теплового контакта. Стакан во внешнем корпусе крепится с помощью прокладки и болтов. Вес сборки вместе с внешней защитой составляет примерно 90% веса всего генератора и равен 765 кГ.
17 августа 1961 г. генератор был установлен на острове Акселя-Хейберга и успешно проработал в течение двух лет. При мощности источника 110 вт (т.) и температуре на горячем спае 726° К и холодном спае 326° К он вырабатывал мощность 4,2 вт (эл.), что составило к. п. д. всего устройства 3,8%. Энергия, вырабатываемая установкой; шла на зарядку никелькадмиевых аккумуляторов, необходимых для создания мощности во время передачи информации.
Оригинален разработанный в 1961 г. изотопный генератор с 137Cs мощностью 5 вт для питания морского сейсмографа на глубине 7000 м. Вес генератора и оборудования блока питания не должен был превышать 227 кГ при внешнем диаметре 33 см; ресурс от 3 до 5 лет. Устройство представляло собой массивный корпус с крышкой из алюминия, снабженной пробкой. Герметизация осуществлялась двойной прокладкой. В верхней части корпуса располагался блок питания, отделенный от нагревательного отсека тепловой изоляцией. Нагревательный отсек отделялся от верхней части фланцем, укрепленным на фиксирующем кольце через двойную прокладку и снабженным теплопроводящей пробкой для отвода тепла от термобатареи. Топливо мощностью 121 вт (т.)—боросиликатное стекло с 137Cs, загруженное в капсулу из хастеллоя-С. Капсула окружена радиационной защитой.
На внутреннюю цилиндрическую поверхность и дно радиационной защиты нанесены отражающее покрытие и теплоизолятор из стекловаты. Поэтому основной поток тепла проходил через верхнюю поверхность защиты и термобатарею из теллурида свинца. ТЭГ должен был работать при температурах 770° К на горячем спае и 366° К на холодном и вырабатывать мощность 5 вт (эл.) при напряжении 3,8 в на нагрузке. Внешняя оболочка всей установки должна противостоять давлению воды на глубине 7000 м и более значительных глубинах в случае аварийного затопления. Установка не была доведена до эксплуатации вследствие отмены всей программы работ.
Дата публикации: 04.04.2012
Электрический полотенцесушитель: мифы и легенды
Декор из стеклофибробетона: стиль, долговечность и уникальность
Трубный металлопрокат: виды и преимущества
