Преобразование тепловой энергии

Для малых энергетических установок специального назначения, например, для бортовых источников электроэнергии космических кораблей, 8

разрабатываются и находят применение термоэлектрические и термоэмиссионные установки прямого преобразования энергии. Термоэлектрический генератор (ТЭГ) состоит из двух полупроводниковых термоэлементов с разным типом проводимости - электронной и дырочной. С одного торца эти элементы соединяются между собой коммутационной пластиной, а к свободным их торцам присоединяются электрические контакты для подключения к внешней цепи. Если торцы (спаи) элементов поддерживать при различной температуре, то возникает термоэлектродвижущая сила, пропорциональная разности температур торцов.

Когда цепь термоэлементов замкнута на внешнее сопротивление, в ней возникает электрический ток, при протекании которого в горячем спае начнёт поглощаться теплота, а в холодном - выделяться. Если пренебречь джоулевыми потерями в цепи и перетоком теплоты теплопроводностью от горячего спая к холодному, то КПД термоэлемента окажется равным КПД цикла Карно для температур, соответствующих температурам спаев. Действительные значения КПД термоэлементов и составленных из них ТЭГ существенно меньше и достигают при разностях температур между спаями в 400-500 К, в лучшем случае, нескольких процентов. Этим, а также высокой стоимостью самих термоэлементов объясняется малая распространённость ТЭГ, несмотря на их крайнюю простоту и отсутствие каких-либо движущихся частей.

Простейший термоэмиссионный преобразователь энергии (ТЭП) аналогичен двухэлектродной электронной лампе (Диоду). Если катод и анод лампы поддерживать при разных температурах, подводя к катоду теплоту и отводя её от анода, то электроны, вылетающие из катода в результате термоэлектронной эмиссии, устремятся к аноду, заряжая его отрицательно. Если анод и катод во внешней цени соединить через какое-либо сопротивление, то за счёт разности потенциалов во внешней цепи пойдёт ток. Если пренебречь необратимыми потерями, КПД ТЭП также близок к КПД соответствующего цикла Карно. Реальный же КПД ТЭП не более 7-8 процентов, прежде всего из-за больших потерь теплоты излучением между катодом, имеющим температуру около 2000 К, и анодом - около1000 К. ТЭГ и ТЭП представляют интерес в сочетании с ядерными источниками теплоты, образуя полностью статичные автономные источники электроэнергии.

Вариант 5