ТЕРМОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ И ДРУГИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Термоэлектромеханические преобразователи, чаще всего выполненные в виде термоэлектрических насосов, представляют собой устройства для перекачки электропроводящих жидкостей и являются органическим сочетанием в едином агрегате электромагнитного насоса и термоэлектрического источника тока. В отличие от электромагнитных насосов, работающих от внешних источников тока, термоэлектромагнитный насос не требует дополнительного электропитания: этот насос действует за счет температурных градиентов.
Стимулом для создания термоэлектромагнитных насосов явилась разработка атомнореакторных энергетических систем. Так, в 1954 г. в США была разработана реакторная установка с теплообменником в виде термоэлектрического насоса. Дальнейшее развитие термоэлектромеханических преобразователей связано с использованием их в атомнореакторных установках с жидкометаллическим теплоносителем, применяющихся в качестве энергосистем для питания космической техники и других объектов [29].
Термоэлектрические насосы для этих целей впервые предложены в 1961 г. почти одновременно в СССР А. X. Черкасским и Н. А. Козловым, в США М. Роклином. На III Международной конференции по мирному использованию атомной энергии, состоявшейся в Женеве в 1964 г., сообщено об их практическом применении в космических атомнореакторных энергосистемах. В 1965 г. автономная космическая энергосистема CHAII-10A (США) с термоэлектрическим насосом для перекачки жидкометаллического носителя была запущена на орбиту искусственного спутника Земли [20].
Термоэлектрический насос энергосистемы СНАП-10А питался постоянным током (700 А) от двух параллельных термопар из теллурида свинца. Требуемое магнитное поле (2400 Гс) обеспечивалось постоянным магнитом. Вес установки составлял примерно 9,1 кг, и юна создавала перепад давления 0,05 атм при мощности 0,82 л·с-1. Общая эффективность термоэлектрического насоса достигала 1 % [9].
Работа термоэлектрического насоса основана на взаимодействии короткозамкнутых термоэлектрических токов, генерируемых в прокачиваемой среде с магнитным полем.
Рис. 11.1. Схема термоэлектрического насоса:
1 — канал с прокачиваемой жидкостью; 2 — замыкающая термоэлементы шина; 3 — постоянный магнит; 4 — теплоотводящее ребро; 5,7 — термоэлемент; 6 — тепловая и электрическая изоляция.
Схема устройства термоэлектрического насоса представлена на рис. 11.1. Основными его узлами являются рабочий канал, заполненный перекачиваемой электропроводящей средой, термоэлементы с замыкающей шиной, постоянный магнит, ребристый теплоотвод и тепловая и электрическая изоляция. Поле магнита ориентировано перпендикулярно горизонтальной плоскости симметрии насоса.
По мере совершенствования термоэлектромеханических преобразователей основные достоинства термоэлектрических насосов — автономность действия при отсутствии источника электропитания, отсутствие деталей, размещенных в потоке с электропроводящей рабочей средой, возможность использования естественных температурных градиентов для создания принудительной циркуляции проводящих сред, обратимость, возможность пуска от тепловых источников или стоков, возможность прокачки проводящей среды, состоящей из смеси твердой и жидкой фаз, — нашли широкое применение не только в автономных энергетических установках, но и в качестве интенсификаторов теплообмена различных устройств, автономных теплопроводов для вывода тепла из полностью герметичных тепловыделяющих зон. О работе термоэлектромагнитной трубы в качестве теплопередающего устройства сообщалось, в частности, в докладе А. Т. Белевцева, В. Ф. Лебедева, В. С. Макарова и др. на совещании по электромагнитным расходомерам и электротехнике жидких проводников (Таллин, 1971) [4]. Использование термоэлектромагнитных насосов в термоэлектрических охладителях позволяет значительно увеличить их мощность. Такой комбинированный термоэлектрический холодильник разработан советскими специалистами в 1967 г. [21]. Термоэлектрические насосы также применяются в системах защиты от замерзания различной аппаратуры автоматических метеостанций, радиомаяков в арктических и антарктических районах, космических спутников.
В настоящее время ведутся работы по использованию термоэлектромеханических преобразователей в качестве различных пусковых устройств, запорных клапанов, переключателей, гидромагнитных реле и других элементов контрольно-управляющей аппаратуры. Перспективным является применение термоэлектромагнитных насосов в индустриальной металлургии для электромагнитной обработки расплавов и очистки их от окислов и газовых включений. Возможно применение термоэлектрических преобразователей в медицинской аппаратуре и автономных системах жизнеобеспечения [20].
