ТЕРМОЭМИССИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ
(ТЭП), термоэлектронный преобразователь энергии, термоионный
преобразователь энергии, устройство для непосредственного преобразования
тепловой энергии в электрическую на основе явления термоэлектронной
эмиссии. Простейший ТЭП состоит из двух электродов (катода, или эмиттера,
и анода, или коллектора, изготовляемых из тугоплавких металлов, обычно
Mo, Re, W.), разделённых вакуумным промежутком (рис. 1).
К эмиттеру от источника тепла подводится тепловая энергия, достаточная
для возникновения заметной термоэлектронной эмиссии с поверхности металла.
Электроны, преодолевая межэлектродное пространство (неск. десятых долей
мм), попадают на поверхность коллектора, создавая на нём избыток
отрицат. зарядов и увеличивая его отрицат. потенциал. Если непрерывно обеспечивать
подвод тепла к эмиттеру и соответствующее охлаждение коллектора (к-рый
получает тепло от достигающих его электронов), то во внеш. цепи
будет поддерживаться электрич. ток и т. о. совершаться работа. Так как
ТЭП представляет собой по существу тепловую машину, рабочим телом к-рой
служит "электронный газ" (электроны "испаряются" с эмиттера - нагревателя
и "конденсируются" на коллекторе - холодильнике), то кпд ТЭП не
может превосходить кпд Карно цикла.
Напряжение, развиваемое ТЭП (0,5-1
в),- порядка контактной разности потенциалов, но меньше её
на величину падения напряжения на межэлектродном зазоре и потерь напряжения
на коммутац. проводах (рис. 2). Макс, плотность тока, генерируемого ТЭП,
ограничена эмиссионной способностью эмиттера и может достигать неск. десятков
а с 1 см2 поверхности. Для получения оптимальных
величин работы выхода эмиттера (2,5-2,8 эв) и коллектора (1,0-1,7
эв) и для компенсации объёмного заряда электронов, образующегося
вблизи электродов, в зазор между ними обычно вводят легко ионизируемые
пары Cs. Положит, ионы цезия образуются при столкновении атомов Cs с быстрыми
и тепловыми электронами как на горячем катоде (поверхностная ионизация),
так и в межэлектродном объёме (вследствие либо однократного соударения
атомов Cs с быстрыми и тепловыми электронами, либо ступенчатой ионизации,
при к-рой в результате 1-го соударения с электроном атом Cs переходит в
возбуждённое состояние, а при последующих - ионизируется). В последнем
случае ТЭП работает в т. н. дуговом режиме - наиболее употребительном.
При используемых в совр. ТЭП темп-рах электродов (1700-2000 К на катоде
и 800-1100 К на аноде) их удельная мощность (в расчёте на 1 см2
поверхности катода) достигает десятков вт, а кпд может превышать
20%.
По роду источника тепла различают
ядерные (реакторные и радиоизотопные), солнечные и газопламенные ТЭП. В
ядерных ТЭП используется тепло, выделяющееся в результате реакции ядерного
деления (в реакторных ТЭП) или распада радиоактивного изотопа
(в радиоизотопных). В 1970 в СССР
создан первый в мире термоэмиссионный преобразователь-реактор "Топаз" электрич.
мощностью ок. 10 кет. В солнечных ТЭП нагрев эмиттера осуществляется
за счёт тепловой энергии солнечного излучения (с применением гелиоконцентраторов).
Газопламенные ТЭП работают на тепле, выделяющемся при сжигании органич.
топлива.
Рис. 1. Схема термоэмиссионного преобразователя:
К - катод, или эмиттер; А - анод, или коллектор; R - внешняя нагрузка;
Ок - тепло, подводимое к катоду; ОА - тепло, отводимое от анода; 1 -
атомы цезия; 2 - ионы цезия; 3 -электроны.
Рис. 2, Распределение потенциальной
Важные преимущества ТЭП по сравнению
Лит.: Елисеев В. Б., Пятницкий
энергии электронов в межэлектродном зазоре при недостаточной концентрации
ионов цезия (1), в условиях компенсации объёмного заряда (2) и в дуговом
режиме (3): УФК и УФА - уровни Ферми катода (эмиттера) и анода (коллектора);
Е - энергия; Е
катода и анода; AV
внешней цепи; е - заряд электрона; d - межэлектродное расстояние.
с традиц. электромашинными преобразователями - отсутствие в них движущихся
частей, компактность, высокая надёжность, возможность эксплуатации без
систематич. обслуживания. В наст, время (сер. 70-х гг) достигнут ресурс
непрерывной работы одиночного ТЭП св. 40 000 ч. Перспективно использование
ТЭП в качестве высокотемпературного звена многоступенчатых преобразователей
энергии, напр., в сочетании с термоэлектрическими преобразователями,
работающими при более низких темп-pax. В СССР, США, Франции и ряде др.
стран ведутся интенсивные работы по созданию ТЭП, пригодных для массового
пром. использования.
А. П., Сергеев Д. И., Термоэмиссионные преобразователи энергии, М., 1970;
Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма, М., 1973;
Технология термоэмиссионных преобразователей. Справочник, под ред.
С. В. Рябикова, М., 1974. H. С. Лидоренко.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я