радионуклидный термоэлектрический генератор (ритэг)

Формула изобретения

1. Радионуклидный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), содержащий герметичный корпус с электровыводом, в котором размещены радионуклидный источник тепла (РИТ), термоэлектрическая батарея, теплоизоляция и теплозащита, отличающийся тем, что термоэлектрическая батарея состоит из трех составляющих, одна из которых выполнена кольцевой, внутри которой размещен РИТ, две другие установлены у открытых торцов РИТ, теплозащита установлена снаружи относительно термоэлектрической батареи по периметру корпуса, свободное пространство заполнено теплоизоляцией.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что длина образующей кольцевой термоэлектрической батареи равна высоте РИТ.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что каждая термоэлектрическая батарея, установленная у торца РИТ, выполнена в виде цилиндра, диаметр которого равен диаметру РИТ.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что теплоизоляция выполнена в виде двух колец, надетых на цилиндрические термоэлектрические батареи, при этом длина образующей каждого кольца равна длине образующей соответствующей цилиндрической термоэлектрической батареи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии распада радионуклидов в электрическую энергию, а более конкретно к радионуклидной энергетике, и может быть использовано, в частности, в установках космического назначения.

Известен РИТЭГ (а.с. № 11753123, G21H 1/10, опубл. 13.11.1990), содержащий радионуклидный источник тепла (РИТ), по крайней мере одну термоэлектрическую батарею, соединенную со средством теплоотвода и РИТ, тепловую изоляцию на основе дисперсно-пористых материалов и герметичный корпус с гермовыводом. Термоэлектрическая батарея соединена со средством теплоотвода через упругую теплопроводную мембрану. Тепловая изоляция выполнена поддерживающей и соединена с корпусом и боковой поверхностью РИТ с натягом.

В качестве прототипа выбран РИТЭГ (св. № 29399, G21H 1/10, опубл. 10.05.2003), содержащий герметичный корпус, состоящий из обечайки, крышки и основания с электровыводами, в котором установлены радиоизотопный источник тепла (РИТ), термоэлектрическая батарея, расположенная между РИТ и основанием корпуса, с которым она соединена через теплопроводные гибкие контактные переходы. Свободное пространство в корпусе заполнено тепловой изоляцией. РИТ помещен в стакан, между теплоизоляцией и радиоизотопным источником тепла установлено поджимное устройство и прокладки. Между теплоизоляцией и крышкой корпуса также установлены прокладки, а пространство между термоэлектрической батареей и теплоизоляцией заполнено мягким материалом с низкой теплопроводностью. Внутренняя полость генератора заполнена инертным газом, обладающим низкой теплопроводностью.

Недостатками вышеупомянутых РИТЭГ является то, что:

- для направления потока выделяемой тепловой энергии к преобразователю необходимо применение достаточно толстого теплоизоляционного слоя в РИТЭГ, что приводит к заметному увеличению габаритов РИТЭГ по сравнению с РИТ,

- увеличение габаритов приводит и к увеличению площади внешней поверхности конструкции, через которую тепловая энергия неэффективно уходит в окружающую среду,

- термоэлектрическая батарея в таких конструкциях устанавливается снаружи относительно теплозащитного слоя РИТ. Так как плотность термоэлектрической батареи в несколько раз больше плотности теплозащиты, то при использовании кольцевых термоэлектрических батарей массы таких термоэлектрических батарей неизбежно оказываются большими.

Задача изобретения заключается в увеличении теплоотдачи РИТ за счет увеличения площади «съема» тепловой энергии, уменьшении массы и габаритов РИТЭГ.

Технический результат заключается в увеличении коэффициента полезного действия РИТЭГ.

Поставленная задача решается тем, что в РИТЭГ, содержащем герметичный корпус с электровыводом, в котором размещены РИТ, термоэлектрическая батарея, теплоизоляция и теплозащита, термоэлектрическая батарея состоит из трех составляющих, одна из которых выполнена кольцевой, внутри которой размещен РИТ, две другие установлены у открытых торцов РИТ, теплозащита установлена снаружи относительно термоэлектрической батареи по периметру корпуса, свободное пространство заполнено теплоизоляцией. Длина образующей кольцевой термоэлектрической батареи равна высоте РИТ. Каждая термоэлектрическая батарея, установленная у торца РИТ, выполнена в виде цилиндра, диаметр которого равен диаметру РИТ. Теплоизоляция выполнена в виде двух колец, одетых на цилиндрические термоэлектрические батареи, при этом длина образующей каждого кольца равна длине образующей соответствующей цилиндрической термоэлектрической батареи.

Предложенная конструкция РИТЭГ позволила предельно увеличить площадь «съема» тепловой энергии, т.к. вся внешняя поверхность РИТ покрыта термоэлектрическими батареями, что позволило увеличить коэффициент полезного действия РИТЭГ. Кроме того, радиус кольцевой термоэлектрической батареи уменьшен на толщину теплозащитного слоя, что при высокой плотности термоэлектрической батареи приводит к заметному уменьшению общей массы РИТЭГ. Дополнительное уменьшение массы РИТЭГ возможно за счет исключения некоторых корпусных металлических деталей, т.к. их функцию выполняет теплозащитный слой. Уменьшение габаритов РИТЭГ достигается за счет сокращения количества теплоизоляционного материала.

На фиг.1 приведено схематичное изображение конструкции РИТЭГ.

РИТЭГ содержит герметичный корпус 1. В корпусе установлен РИТ 6 и три термоэлектрические батареи, одна из которых кольцевая 4 и две цилиндрические 3, 8. В кольцевую термоэлектрическую батарею 4 с натягом установлен РИТ 7, две другие закреплены на торцевых поверхностях последнего. На цилиндрические термоэлектрические батареи надеты кольцевые теплоизоляции 5, 6. При соблюдении всех вышеупомянутых размеров образуется цилиндрический пакет, состоящий из РИТ 7, термоэлектрических батарей 4, 3, 8 и теплоизляции 5, 6. Пакет окружен по всему периметру герметичного корпуса 1 теплозащитой 2.

Устройство работает следующим образом. РИТ 6 (набор таблеток из Pu²³⁸ ) обеспечивает подвод энергии к батареям 4, 3, 8. На спаях батарей, обладающих температурным сопротивлением, возникает перепад температур. Более низкая температура на холодном спае батарей обусловлена теплообменом с окружающей средой с низкой температурой. Теплоизолятор 5, 6 необходим для уменьшения неэффективных потерь тепла через ту часть внешней поверхности корпуса, которая не примыкает к батареям (увеличивает долю энергии, проходящей через батареи).

Согласно эффекту Пельтье, в термоэлектрических генераторах на горячем спае батареи поглощается тепло, а на холодном спае отдается, разница энергий преобразуется в электрическую энергию. При подключении РИТЭГ к цепи внешней нагрузки возникает электрический ток.