Параметры наземных изотопных термоэлектрических генераторов

Таблица Х.14

транспортного контейнера 500 кг. габаритные размеры - диаметр 430 мм. высота 500 мм.

На основе конструкции Бета-2 в 1967 г. налажен серийный выпуск генераторов Бета-С на стронции-90 тепловой мощностью 250 Вт для питания метеорологических станций УАТГМС-3. Температура горячих спаев батареи, как в предыдущей конструкции, 250° С, холодных 20° С. Масса конструкции снижена до 120 кг.

Для работы в районах Крайнего Севера и Антарктиды создан генератор Бета-3 . Он работает при температуре окружающей среды до -70° С.

Модифицированный генератор Ангара разработан для питания радиоаппаратуры и одновременного ее подогрева. Он установлен на высоте 3000 м над уровнем моря со станцией для исследования космических лучей. Электрическая мощность станции 12 Вт, тепловая 250 Вт.

Разработаны также варианты изотопных генераторов Бета-М . Эфир-М и Пингвин . У генератора Бета-М тепловая мощность 230 Вт, допускаемое уменьшение электрической мощности за ресурс не более 50%, напряжения не более 25%, энергоемкость не менее 800 кВт/ч, масса 550 кг. Параметры генератора Эфир-М : тепловая мощность 650 ± 65 Вт, электрическая емкость не менее 2400 кВт/ч,

масса 1000 кг. Параметры генератора Пингвин : мощность до 10 Вт, электрическая емкость не менее 210 кВт/ч, ресурс работы Юч, масса 300 кг. Сведения о генератораХ приведены также в табл. Х.14.

Первые варианты зарубежных генераторов выполнены на изотопном топливе полония-210 в лаборатории Моунд [42]. Генератор № 1 имел тепловую загргузку 57 Ки, в качестве ампулы в нем использована стальная никелированная сфера диаметром 1 см; полученная тепловая мощность составляла 1,8 Вт. Термобатарея из 7 элементов хромель - константан при температуре горячих спаев 123° С и холодных 45° С развивала ЭДС 42 мВ и максимальную мощность 1,8 мВт, КПД генератора 0,1 %. В генераторе № 2 использовано 142 Ки топливной загрузки полония-210, помещенного в стальной никелированный цилиндр наружным диаметром 0,5 см и высотой 1,14 см; тепловая мощность 4,65 Вт. Батарея из 40 хромель-константановых термопар при температуре горячих спаев 324° С и холодных 80° С развивала ЭДС 0,75 В. При замене металлических термопар полупроводниковыми и увеличении мощности источника тепла (880 Ки, иро) электрическая мощность также возросла до 0,14 Вт (генератор № 8). Фирма Aiartin изготовила генератор для метеорологической станции. Изотопное топливо стронций-90 (17 500 Ки) помещено в цилиндрическую капсулу.

тепловая мощность источника 117 Вт. Термоэлементы из РЬТе соединены последовательно в батарею из 60 пар (рис. Х.36). Коммутация термоэлементов по горячей стороне производилась стальными пластинами, по холодной - медными зажимами. Изотопный нагреватель и термобатарея с теплоизоляцией собраны в отдельном стальном станке. Использована тепловая изоляция Min-K1301. Стакан помещен в цилиндрический блок свинцовой (11 см) биологической защиты. Для улучшения теплоотвода в зазор между станком и блоком залита ртуть. В начале работы при температуре г<Ч>ячмх-

Рис. Х.36. Схема генератора для метеостанции, разработанного фирмой Martin :

; - контейнер; 2, 6 - свинцовая защита; 3 - уровень ртути; 4 -. термобатарее; 5 - топливо [42].

Рис. Х.37. Схема генераторов СНАП-7А и СНАП-7С с биологической защитой:

/ - защита из обедненного урана; 2 - термоэлемент; 3 - топливо; 4 - корпус; S - теплоизоляция; 6 - ребро охлаждения [42]. %

спаев около 450° С и холодных 50° С термобатарея развивала напряжение 3,5-4,0 В, мощность 4,2 Вт при КПД 3,6%. Масса генератора 765 кг [42].

Дальнейшее развитие работ фирмы Martin связано с изготовлением генераторов серии СНАП-7 по заданию Военно-Морского флота США. Генераторы СНАП-7А и СНАП-7С одинаковы по конструкции, но используются для различных целей. Источник тепла стронций-90 (40 ООО Ки) загружен в четыре ампулы диаметром 5,1 см. Ампулы помещены в квадратный тепловой блок. Тепловая мощность изотопного источника 256 Вт. Поверхности блока, контактирующие с термоэлементами, изолированы окисью алюминия. Термоэлементы лзготовлены из материалов Martin дырочной проводимости (р= 1310 мкОм см, X =0,0199 Вт/(см К), - 210 мкВ/К, 2= 1,59 10-3 j-ij Транзитрон электронной прово-

димости (р = 4300 мкОм - см, х= 0,0196 Вт/(см - К), а= 190 мкВ К, Z= 0,54 10 3 К 1). Количество элементов в термобатарее 60. При температуре горячих спаев 510° С и холодных 60° С развиваемое генератором напряжение 5 В при мощности 11,6 Вт. По горячей части влементы защищены слюдяными гильзами. Тепловой блок и термобатарея помещены в оболочку, которая, в свою очередь, помещена в полость биологической защиты из обедненного урана толщиной 6,6 см (рис. Х.37). Снаружи корпус снабжен 36 ребрами высотой 3,8 см дляулучшенного теплоотвода. Масса генератора 850 кг, биологической защиты 106 кг [42]. Внутренняя полость генератора заполняется инертным газом. При понижении мощности генератора со временем инертный газ может быть заменен другим, с меньшей теплопроводностью, что должно увеличить выходную мощность. Например, прн замене аргона криптоном мощность возрастает от 9,3 до 9,85 Вт.

Аналогичны по конструкции, но имеют большую мощность генераторы СНАП-7Б и СНАП-7Д. В них топливо SrTiOg (225 ООО Ки) в виде спеченных дисков помещено в 14 ампул. Они помещаются

Рис. Х.38. Схема генераторов СНАП-7 Б и СНАП-7Д:

/ - термоэлектрический модуль; 2 - термоэлемент; 3 - ребро охлаждения; 4 - топливо; 5-электрический вывод; 6 - изолятор Min-K; 7 - биологическая защита (уран) [42].

В отверстия шестиугольного теплового блока. Общая начальная тепловая мощность блока около 1440 Вт. К плоским граням блока через слюдяную изоляцию вмонтированы горячие спаи термобатареи. Термоэлементы сббраны в модули по четыре штуки, пять модулей составляют одну плиту. Все шесть граней покрыты такими плитами. Развиваемая электрическая мощность 68 Вт, напряжение 12 В. Схема генератора приведена на рис. Х.38. Биологическая защита из обедненного урана толщиной 8,25 см. Масса генератора 2090 кг. Отличается от предыдущих моделей системой теплоотвода от внешнего оребрения с помощью дополнительного теплоносителя. Генераторы выдержалимеханические испытания: вибрации в трех плоскостях с частотой 5-300-5 Гц в течение 15 мин при перегрузках ±3g или смещениях 0,15 ± 0,015 см, у.цары по 3g с полушириной импульса 6 мс. Усовершенствование генераторов СНАП-7Б и СНАП-7Д произведено в конструкциях СНАП-23 [63], предназначенных для питания береговых морских устройств и плавучих автоматических метеостанций. Разрабатываются установки мощностью 26; 60; 100 н 200 Вт сроком службы 5-10 лет.

В США кроме серии СНАП разработаны изотопные генераторы типа РТГ [63, 86], предназначенные в основном для океанографи-