放射性同位素温差电池的空间应用及前景分析

放射性同位素温差电池(RTG)不受太阳光照和环境条件的影响,是月球探测和深空探测任务较理想的电源选择.介绍了RTG的主要组成及工作原理,阐述了美国关于RTG的空间应用现状,并展望了RTG的未来发展趋势.     

前苏联和俄罗斯同位素温差发电器发展状况

放射性同位素温差发电器是将放射性同位素的衰变热利用塞贝克效应直接转换成电能的一种高生存力的致密能源,是目前月球表面和深太空探测以及偏远地带用可供选择的最佳电源。详细介绍了前苏联和俄罗斯空间和地面用同位素温差发电器的研制、应用和发展状况。给出了代表性产品的主要技术性能。从结构设计上分析了放射性同位素温差发电器的核安全问题,阐明了其在俄罗斯的分布情况、数量、服役状态和存在的危机。     

温差发电器的研究进展

温差发电器是能将热能直接转化成电能的固态装置,具有结构简单、稳定可靠、无运动部件、绿色环保等优点,广泛地应用于航天、军事等领域,在废热的回收利用方面也展现出良好的应用前景。本文简要地介绍了温差发电器的工作原理及其结构,介绍了体温差发电器和微型温差发电器的国内外研究进展,并进行了对比分析,提出了温差发电器中存在的问题及解决方案,最后展望了温差发电器的前景。     

温差发电器热电材料的研究进展

介绍了温差发电器的材料、性能发展情况.简要介绍传统材料的性能,具体介绍了低热导率纳米材料、掺杂半导体材料和薄膜材料等的最新进展,阐述了对温差发电器组件结构和热交换进行优化设计,从而提高发电器性能.     

基于ANSYS的温差发电器性能

温差发电器用作高压电气设备的电源,能够有效解决检测装置的信号和电源隔离问题,并使设备余热得到利用。为了提高温差发电器的性能,本论文研究了影响温差发电器性能的各种因素,并在ANSYS上建立了由单PN结组成的热电单偶的三维模型。分别在稳态和瞬态条件下,研究了几种不同的绝缘填充物和散热片翅片高度对热电单偶的冷热两端温差和输出电压的影响。结果表明,随着冷端散热片翅片高度的增高,稳态时冷热两端温差和输出电压增大到逐渐趋于稳定;随着PN结的缝隙之间所添加的绝缘填充物的热导率的增大,稳态时冷热两端的温差和输出电压减小到逐渐趋于稳定。通过实验结果对比分析,仿真结果得到了进一步验证。     

半导体温差发电器模块的热分析

以TEP1-1264-1.5型温差发电器为研究对象,简化了温差发电器模块的几何模型,提出了一种模块整体化的计算模型。考虑了温差发电器两端的接触热因素的影响,以热力学的角度对温差发电器模块稳定工作时进行数值分析。结果表明:考虑了功率损失和接触热对温差发电器热电性能影响时,输出电动势与发电器热端温度并不呈简单的线性关系,输出电动势的增大幅度随热端温度升高而逐渐减小。此外,半导体材料导热系数、发电器冷端对流换热系数对温差发电器的热电性能也有较大影响。     

温差发电器的研制和产品现状

《电工技术杂志》1988年第3期上由贯佩英同志介绍了“温差发电器及半导体致冷堆”,并谈到研究成果的推广应用问题。现在本刊又请刘晓光同志对温差发电器作了较详细的说明。某些中小企业或乡镇企业对此有兴趣的同志可向电子工业部十八研究所联系技术转让问题。通讯地址为:天津市南开区凌庄子道,邮址为:天津市第296号信箱。     

温差发电器及半导体制冷堆简介

温差发电器是一种由热能直接转变为电能的器件,它是根据塞贝克效应发展起来的一种热电转换器件。由两种不同的导体(或半导体)连起来,一端加热,另一端可自然散热,这时热端就有电子跑出到较冷的电极上,电路中即产生一电位差。这种     

半导体温差发电器匹配负载的热电耦合分析

根据实际温差发电器的结构及尺寸建立三维数学模型,模拟了温差发电器的热电耦合工作过程,分析了在发电器两端陶瓷片恒温工作状态下回路中负载电阻值对发电器工作性能的影响,结果表明改变负载会影响半导体内部温度分布并导致出现最大输出功率时的负载与发电器内阻不一致而出现漂移,结合模型从理论上解释了出现这种现象的原因并计算得出此时匹配负载的值。     

温差发电器中热电材料物性的影响分析

考虑温差材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,与传热方程相结合,建立了温差发电器的一维计算模型,数值模拟了温差发电器的热电耦合工作过程。主要分析了温差材料的导热系数、电阻率和塞贝克系数的变化及其变物性计算对温差发电器工作性能的影响。计算表明,材料的导热系数、电阻率及塞贝克系数对发电器转换效率的影响规律均为非线性的,其中导热系数的影响作用最明显;当发电器的温差电元件物性参数差别较大时,其内部有不同的温度分布,采用平均值计算会有明显的误差;温差材料物性参数随温度变化后,发电器工作性能有较大的变化。     

高稳定W阻挡层的NbFeSb基半赫斯勒温差发电器件

半赫斯勒材料是兼具高性能和高稳定性的中高温热电材料,在深空探测等领域具有重要应用前景。开发了适用于p型Nb_0.86Hf_0.14FeSb的阻挡层W。通过1 073～1 173 K的真空等温老化实验,研究了Nb_0.86Hf_0.14FeSb/W界面的扩散反应行为和电输运性能。扫描电镜能谱分析发现界面发生了扩散反应并生成Fe-W反应层,反应层厚度与老化时间呈抛物线关系,表现为扩散控制过程,扩散激活能为211.1 kJ/mol。界面电阻率测试结果显示老化前后界面电阻率均小于1μΩ·cm²。基于有限元仿真计算结果,制备了以W为阻挡层的NbFeSb基温差发电器件。在温差为744 K时,器件的最大转换效率达9.5%,最大输出功率密度达2.27 W/cm²。     

同位素温差电源工作特性的数值研究

数值模拟了某型同位素温差电源的热电耦合工作过程,探讨了在温差材料常物性假设条件下环境温度、热源加热功率、表面发射率、肋片高度、肋片数等参数对温差电源工作特性的影响。结果表明,加热功率对电源内部的温度影响最明显,而环境温度、表面发射率及肋片参数对电源表面的温度影响显著;环境温度及表面发射率对温差电源电性能的影响作用较小;散热肋片安装后电源整体温度明显降低,输出电性能得到改善;较大的加热功率有利于提高温差电源的转换效率。     

同位素核能源的空间应用前景分析

同位素热源(radioisotope heating unit)简称"RHU",是利用放射性同位素衰变过程产生的热能而制成的热源;同位素温差发电器(radioisotope thermoelectric generator)简称"RTG",是利用温差电材料的塞贝克效应将放射性同位素热源的衰变热能直接转换成电能的固态能量转换器件。RTG和RHU统称为同位素核能源。对同位素核能源的空间应用前景进行了分析。     

嫦娥四号着陆器同位素温差电池设计与验证

嫦娥四号着陆器同位素温差电池是我国首个成功在航天器上应用的同位素电源,可为着陆器两相流体回路提供热能,并为原位月夜温度采集提供电能。同位素温差电池解决了温度和力学环境条件严酷、安装操作条件复杂、装配集成涉及电离辐射等难题,采用~(238)Pu密封同位素热源、平面式PbSnTe/PbTe温差电换能器、耐压密封外壳,开发了适应月面环境的同位素温差电池设计制造技术,圆满完成了为两相流体回路供热并为月夜温度采集器供电的任务。对同位素温差电池的设计约束、最终方案及试验验证情况进行了介绍。     

月球基地温差电源的应用研究

月球基地是未来深入开展月球探测、开发和利用月球资源的主体,常规的光伏发电系统在月夜期间无法提供电能,不能适应月球基地对能源供给的连续性要求。月面环境的特殊性导致月壤内部存在一定的温差,为温差电源的应用创造了条件。考虑热电材料的塞贝克效应及电流的珀耳帖效应,构建了平板型温差电源的热电耦合分析模型;与月壤传热方程联合求解,实现了月面温差电源工作过程的仿真。结果表明,由于温差电源的导热参数与月壤相差明显,导致电源两端无法建立起有效的温差,使其发电效率甚微。在此基础上,对月壤物性及温差电源的传热进行了尝试性改造分析,该措施能够明显提升电源的工作效率,但仍达不到具体应用的水平;对此提出了电源设计及温差材料研制的要求,旨在促进温差发电技术在后续月球探测的应用。     

略述温差电技术及其应用

温差电技术就是研究温差与电之间关系的科学，或者说是研究关于热能与电能相互转换的科学。在由两种不同导体构成的闭合回路中通有直流电流时，两个交接端子中的一个温度降低(吸热端)，而另一个则温度升高(放热端)，在两个交接端之间产生了温差，这一效应被称之为珀尔帖效应(温差电制冷、制热效应)。温差电制冷组件一般都采用半导体材料制作而成，故又称其为半导体制冷、电子制冷组件。     

铝电解槽侧壁余热温差发电的应用

铝电解是高能耗产业,近一半的电能以热量形式直接散失,降低铝电解槽能耗是铝电解过程节能重要的研究课题之一.根据铝电解槽侧部熔体区槽壳散热特点,在测试槽壳热流密度与槽壁温度等参数的基础上,对铝电解槽的低品位废热进行温差发电的可行性分析;通过实验的方法研究了磁场对温差发电器件的性能影响;根据散热孔的结构,设计制作了温差发电装置,并对散热器进行了优化;在电解槽上对温差发电装置的输出功率、温差电转换效率进行测试,数据表明温差发电在铝电解中的应用是可行的,为铝电解过程的节能探索出一条新途径.