книги из ГПНТБ / Поздняков, Б. С. Термоэлектрическая энергетика

ребер, которые прижимаются к холодным спаям стяжными болта­ ми и планкой. ТЭЭЯ изолированы от конструкций всего устройства слюдяными прокладками. В ТЭГ две термоэлектрические батареи: одна из них питает через вибропреобразователь анодные цепи, дру­ гая— цепи накала. Выводы тока крепятся на двух ребрах радиа­

тора.

ТЭГ ТГК-1 обеспечивает пи­ тание радиоприемников типа «Воронеж». Испытания неболь­ шой серии таких генераторов показали их высокие эксплуата­ ционные качества [4].

Рис. 6.6 Рис. 6.7

Р и с . 6 .7 . Т еп л о в а я т р у б а Т Э Г Т Г К -3 .

1 — р а с с е и в а т е л ь г о р я ч и х г а з о в , 2 — т р у б а д л я в ы в о д а п р о д у к т о в с г о р а н и я ; 3 — р е б р а о х л а ж д е н и я ; 4 — к л е м м о в а я к о л о д к а ; 5 — ц е п и ; 6 — т р у б а с р е б р а м и д л я н а г р е в а Т Э Э Л ; 7 — л а м п о в о е с т е к л о ; « — р е з е р в у а р д л я к е р о с и н а ; 9 — н и ж н и й д е р ж а т е л ь л а м п ы .

Р и с . 6 .7 . Т е п л о п е р е д а ю щ а я т р у б а Т Э Г Т Г К -3 .

На рис. 6.6 показан генератор ТГК-3, который по своей основ­ ной конструктивной схеме мало отличается от ТГК-1, но имеет большую мощность. В этом ТЭГ применена 20-линейная круглофитильная керосиновая лампа 8 и 7, а металлическая тепловая труба

116

среза лампы 8 до кольца 1 около 1 м, диаметр радиатора 300 мм. Однократной заправки лампы хватает примерно на 10 ч работы.

От батареи накала отделением части ТЭЭЛ и дополнительного вывода можно получить напряжение 1,2 в при токе 0,3—0,54 а.

Выводные концы от двух автономных батарей ТЭЭЛ подведены к пяти клеммам, сидящим на колодке 4, прикрепленной между

ребер радиатора. Вибропреобразователь заключен в отдельный кожух, в верхней части которого смонтирован измерительный при­ бор для контроля накала ламп радиоприемников и сигнальная лам­ почка для проверки готовности ТЭГ к работе. На выходе вибро­ преобразователя можно иметь 120 в при 8 ма или 90 в при 13 ма.

Генерируемой ТГК-3 энергии вполне достаточно для питания различных радиоприемников и других устройств, потребляющих напряжение 1—2 в при токе 0,3—0,5 а и напряжение 90—120 в при токе 8— 11 ма.

ТЭГ с вибропреобразователем имеет некоторые недостатки, влияющие на качество радиоприема. Поэтому завод, выпускавший ТГК-3, в дальнейшем серийно выпускал вместо ТГК-3 другой ге­ нератор, ТГК-2-2, без вибропреобразователя. Здесь высоковольт­ ная термобатарея из 2600 ТЭЭЛ служила для непосредственного питания анодных цепей на напряжение 120 в при токе 8 ма [1].

Срок службы ТГК-2-2 несколько тысяч часов. Расход керосина

развитие ТЭГ на керосине в направлении повышения мощности привело к разработке в 1954— 1955 гг. ТЭГ типа ТГК-9 и мало от­ личающегося от него ТГК-Ю, а также ТГУ-1 [Г], в которых осве­ тительная лампа была заменена керогазом. Такие ТЭГ начали вы­ пускать в 1957 г. (табл. 6.3).

ТГК-9 и ТГУ-1 внешне похожи друг на друга. Их различие заключалось в устройстве и технологии изготовления ТЭЭЛ. Места спаев ТЭЭЛ в ТГК-9 находятся на некотором расстоянии от нагре­ ваемых и охлаждаемых поверхностей полупроводника (см. рис. 5.3). В результате этого полезно использовалась не вся разность темпе-

117

ратур, создававшихся на полупроводнике ТЭЭЛ. Придав константановому электроду форму перемычки с чашками на концах, которые надевались на цилиндрические ветви из SbZn (см. рис. 5.5), удалось приблизить место спаев к концам ТЭЭЛ, расширив таким образом диапазон рабочих температур. Мощность ТЭГ была увеличена в 1,5 раза, с 9,6 до 14 вт с соответствующим увеличением к. п. д.

до 0,8—0,9% [1].

На рис. 6.8 представлена конструкция ТЭГ ТГУ-1. Восемь термобатарей охлаждаются ребристыми (два ребра на батарею) ра­ диаторами 1, вертикально расположенными вокруг восьмигранной трубы 2, нагреваемой керогазом 3. При помощи пружин, опираю­ щихся на ножки подставки 5, керогаз 3 поджимается к нижнему

срезу трубы, к которой прижаты ТЭЭЛ.

Т Э Г т и п а ТГК-36. Для питания районных сельских радио­ узлов в 1959 г. НИИТС (Научно-исследовательский институт го­ родской и сельской телефонной связи) Министерства связи СССР

разработал ТЭГ типа ТГК-36, имеющий следующие основные ха­ рактеристики:

из двух^ независимых ТГК-18 /.смонтированных на общей плите 3.

Каждый ТЭГ-18 имеет свою керогазовую горелку и выдает мощ-

118

Р и с . 6 .8 . Т Э Г ти п а Т Г У -1:

/ — р е б р а о х л а ж д е н и я ; 2 — г о р я ч а я т р у б а ; 3 — г о р е л к а

Р и с . 6 .9 . Т Э Г т и п а Т Г К -3 6 :

&— Т Г К - 1 8 ; 2 — р е з е р в у а р с к е р о с и н о м ; 3 — о б щ а я п л и т а ; 4 — щ и т и з м е р и т е л ь н ы х при *

боров,

ность 18 вт. У этих ТЭГ горелки типа «Саратов» имеют форму чаш­

ки, внутри которой уложен кольцом асбестовый шнур—фитиль. Интенсивность горения регулируется изменением высоты резер­ вуаров с керосином 2, которые трубкой соединены с горелкой. Каж­

дая секция ТЭГ может работать независимо. ТЭГ с одной горелкой обозначается ТГК-18.

В средней части станины установки ТГК-36 находится щиток 4 с

измерительными приборами: два милливольтметра, подключенные к контрольным термопарам для измерения температуры горячих спаев

Передача тепла от горячих газов к ТЭЭЛ осуществляется с по­ мощью двенадцатигранной силуминовой трубы, внутри которой установлены перфорированные диски, улучшающие подвод тепла

С”аруЖИ к гРаням трубы прижаты ТЭЭЛ. Холодные концы 1ЭЭЛ снабжены радиаторами из алюминиевых пластинок [1].

Т Э Г м о щ н о с т ь ю 30 вт н а б е н з и н е ( С Ш А ) .

здесь образуют вертикальную полость-трубу, примыкая к внутрен­ ней ^горячей трубе из бериллия или другого подходящего материа­ ла. При этом внутрь обращены горячие концы ТЭЭЛ, а наружу — холодные. Под нижним концом трубы размещена горелка 5, с по­

мощью которой сжигается бензин. Продукты сгорания идут вверх, внутри трубы 4. Окружающий воздух, входящий снизу в кольцевую

120

1

Рис. 6.10. Общий вид (а) и конструктивная схема (б) ТЭГ на бензине:

/ ТЭЭЛ; 2 — кольцевая холодная труба; 3 — кольцевой бак для бензина; 4 — горячая труба; 5 — бензиновая горелка

Теллуристый свинец для n-ветви легирован теллуристым иодом, для р-ветви — натрием.

Во избежание сублимации теллуристого свинца, работающего при 538° С, ТЭЭЛ покрывают слоем металлической окиси, например ТЮ2, с применением стекловидной эмали. Кольцевой бак для топли­ ва, вмещающий около 1 кг бензина, изготавливается из алюминия толщиной 1,27 мм. При помощи небольшого поршневого насоса,

вмонтированного в крышку бака, можно поддерживать давление внутри бака около 7 кГ/см2, что обеспечивает хорошее распыление

подогретого топлива в горелке. Клапан на трубе подачи топлива чувствителен к температуре и автоматически поддерживает ее в за­ данных пределах. Для начального пуска горелки имеется запальное устройство, которое вводится в зону горения через специальную трубу, проходящую через бак. Труба из термоэлементов имеет восемь граней, на каждой из которых находится ТЭЭЛ, так что в каждом горизонтальном ряду размещается по восемь ТЭЭЛ (каждый состоит из двух ветвей). ТЭЭЛ примыкают холодным спаем к наружной

Для электрической изоляции ТЭЭЛ от внутренней и наружной труб предусматривается применение пластинок, например, из нит­ рида бора, а для горизонтальных слоев между ТЭЭЛ — листовой слюды. Коммутация горячих концов ТЭЭЛ осуществляется желез­ ными пластинками и выводами между ТЭЭЛ на холодном конце.

Т Э Г н а б е н з и н е м о щ н о с т ь ю 5 вт (США).

В ходе второй мировой войны армия США использовала ТЭГ мощ­ ностью 5 вт с металлическими ТЭЭЛ и тепловым к. п. д. менее

0,2%. Характеристики этого ТЭГ [7]:

Эти ТЭГ на бензине были компактными источниками электро­ питания для переносной радиоаппаратуры малой мощности и одно­ временно использовались для обогрева помещения.

122

Хромель-константановые термопары заключены в теплоизо­ лирующую керамику. Применялась бесшумная бензиновая горелка с устройствами, регулирующими подачу воздуха, со смесительной камерой, и игольчатым краном для подачи бензина.

Для питания радиооборудования ТЭГ включался через вибро­ преобразователь при последовательном соединении термопар. Для зарядки двухвольтовых кислотных аккумуляторов термопары включались двумя параллельными группами, по 84 термопары в каждой. Как видно, температурный перепад на термопарах около

400° С [6].

левой проволоки. Охлаждается ТЭЭЛ воздухом, поддуваемым спе­ циальным вентилятором, работающим от низковольтного электро­ мотора (12— 18 в), получающего питание от самого ТЭГ. Удельная мощность ТЭГ составляет 5 вт/кг.

Создан также портативный ТЭГ мощностью 150 вт, весом 13,5 кГ, который вместе с топливом может быть перенесен в рюк­

заке. Его преимущество — полная бесшумность работы. Для непрерывной работы в течение четырех часов требуется 1,8 л

бензина. Топливо под.давлением впрыскивается в керамический цилиндр, где сгорает при высокой температуре. Цилиндр окру­

довательская лаборатория ВМФ США в результате длительных работ создала портативный ТЭГ мощностью 300 вт, работающий

на жидком топливе. Его основные характеристики [10]:

123

Коммутация ТЭЭЛ с медными шинами осуществляется через стальные диски, причем для р-ветвей между стальным диском и элементом дополнительно установлены графитовые диски. Кон­ такты ТЭЭЛ прижимные (пружинные). ТЭГ снабжен устройством для зажигания топлива и автоматического регулирования напря­ жения.

По заданию ВМФ США был разработан ТЭГ мощностью 5 кет,

состоящий из двух одинаковых агрегатов (полугенераторов), каж­ дый в форме полого цилиндра диаметром и высотой 76 см [11]. В ка­

честве топлива применялся керосин, который сжигался во внутрен­ ней полости генератора с помощью вертикальной горелки. Горя­ чие спаи ТЭЭЛ прижимались к внутренней оболочке, а холодные — к наружной, охлаждаемой водой. ТЭЭЛ собраны в модули, после­

электроизолированы с обеих сторон и прижимаются к источникам тепла и холода с помощью пружин. Мощность модуля 200 вт, напряжение 8,5 в, сопротивление согласованной нагрузки 0,3 ом. Модуль свободно вынимается из установки, его длина 80 см, ши­ рина 11,6 см, толщина 6,1 см. Модули заполнены инертным га­

зом.

Для питания насоса охлаждения, насоса подачи топлива и вен­ тилятора электроэнергия подается специальными дополнительными модулями, по четыре в каждом полугенераторе, расположенными в верхней части ТЭГ.

При испытаниях ТЭГ его мощность доводилась до 5,9 кет, причем

обеспечивались энергией все вспомогательные двигатели и отдава­ лось в цепь более 5 кет. Улучшенные модели ТЭЭЛ были осущест-

124

влены на основе РЬТе и GeBiTe с к. п. д. по материалу 9,3% при tr = 600, tx = 50° С и суммарным к. п. д. с учетом контактных

сопротивлений, неравномерности нагрева и т. д. около 4,7%.

§ 6.4

ТЭГ на газообразном топливе

В в е д е н и е . ТЭГ на газообразном топливе нашли широкое применение как в Советском Союзе, так и в других странах. Исполь-. зование газа упрощает регулирование подводимого тепла (легко осуществляется регулированием давления газа в горелке), обеспе­ чивает хорошее сгорание топлива при различных температурах и не сопровождается накоплением шлаков. Все это создает условия для длительной и устойчивой работы ТЭГ. В частности, в СССР

пятидесятые годы характеризуются строительством трубопроводов для доставки природного газа и нефти на большие расстояния к цент­ рам потребления. С этим связано и начало у нас широкого исполь­ зования ТЭГ на газообразном топливе для катодной защиты га­ зопроводов и других.трубопроводов от коррозии (в районах, не имеющих электростанций), для обеспечения сохранности трубопро­ водов при минимальных затратах, а также для других целей.

Газопроводы, находящиеся в поле блуждающих токов или в аг­ рессивных грунтах, быстро выходят из строя в результате появления раковин, свищей и других повреждений в тех местах, где нарушена изоляция трубопроводов. Так, по данным В. П. Проферансова

идр. [12], не имеющие электрической защиты газопроводы в Моск­ ве и Волгограде выходят из строя через 2—6 месяцев после укладки, в Ростове-на-Дону, Краснодаре, Грозном— через 1—3 года

ит. д. Стоимость замены 1 км выбывшего из строя газопровода диа­ метром 250 мм составляет около 20 000 руб. в средней полосе Ев­

ропейской части СССР.

Станция катодной защиты трубопроводов представляет собою источник постоянного тока мощностью до 0,5— 1 кет при 10—20 в,

отрицательный полюс которого присоединен с помощью изоли­ рованного кабеля к газопроводу, а положительный заземлен. Стоимость обычной катодной сетевой станции типа КСС, питающей­ ся от общей электросети и обеспечивающей в среднем защиту 3 км

трубопровода, составляет 700—800 руб.

Там, где питание катодной защиты от общей сети невозможно, эффективно применение ТЭГ. Предназначенные для этой цели ТЭГ должны надежно работать длительное время без участия обслужи­ вающего персонала. Вес установки не имеет решающего значения.

Г е н е р а т о р ы ТГГ-10 и Т Г Г-16. Для катодной защиты в СССР создано несколько типов ТЭГ мощностью от 10 до 300 вт,

в том числе ТГГ-10 и ТГГ-16. Эти ТЭГ разработаны Научно-иссле­ довательским институтом твердых сплавов совместно с Киевским

125