Техника - молодёжи 1961-04, страница 25

ТЕПЛО В

ТОК

К. ГЛАДКОВ, инженер Рис. Н. РУШЕВА

МАРШРУТ

БЕЗ ПЕРЕ САДНИ

жидкая углекислота

Схема преобразования тепла непосредственно в электричество при помощи термоионного вакуумного прибора, одна пластина которого нагревается до предельно высокой температуры и иялучает влек троны (катод), другая максимально охлаждается (анод).

МЫ НАСТОЛЬКО свыклись с существующим способом промышлен. ного получения влектрической внергии ив тепла, что даже многие специалисты не видят каких-либо иных равноценных или хоть сколько-либо близких им путей. Действительно, если отбросить химические источники тока, то остальные 99,999% генераторов влектрической внергии в мире — вто вращающиеся машины, в которых медные или алюминиевые проводники в виде системы соединенных между собой последовательно или параллельно катушек (ротор) непрерывно пересекают сильное неподвижное магнитное поле (ствтор) или же система неподвижных проводников (статор) пересекается вращающимся магнитным полем (ротор). Генератор, в свою очередь, приводится в движение паровой турбиной или двигателем внутреннего сгорания, а те, в свою очередь, * анергией сжигаемого топлива.

Современный турбогенератор тепловой влектрической станции, работающий на паре при температуре 550—600° С и давлениях в 250—300 атм., представляет собой, безусловно, шедевр машиностроительной техники, позволяющий получать огромные количества влектрической внергии — 300 тыс. квт и выше с одного агрегата при общем ковф-фициенте полезного действия (относительно внергии, заключенной в сжигаемом топливе) 35—38%, с перспективой достижения предела, лежащего где-то около 41%.

Однако в истории развития элект-ротехники было по крайней мере два периода, когда влектровнергетика могла с таким же, а возможно и с большим. успехом пойти по пути, исключающему применение вращающихся машин вообще.

Но... общее развитие производительных сил общества в те времена было таковым, что влектровнергетика логически и вполне обоснованно пошла по известному ныне пути.

И, пожалуй, только сейчас созрели условия, дающие право на повестку дня ближайшего, а тем более отдаленного будущего поставить вопрос о переводе влектровнергетики на более совершенный. вкономный и перспективный путь прямого промышленного получения влек-тричествв из внергии сжигаемого топлива.

Речь идет о так называемых термо-электрическом и термоионном способах непосредственного получения влектрической анергии из тепла. О первом ив них довольно подробно было рассказано в статье покойного академика А. Ф. Иоффе, напечатанной в N« 3 нашего журнала за 1959 год, повтому здесь мы затронем лишь некоторые детали, касающиеся втого метода.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Этот путь непосредственного получения влектричества ив тепла открылся перед влектротехникой после того, как в 1882 году Зеебек установил, что если кольцо, составленное из двух или нескольких проводников, подогревать в места* их спаев, то в нем начинает циркулировать влектрический ток. Коэффициент полезного действия такой системы зависит от отношения сопротивления внешней нагрузки к внутреннему сопротивлению — так называемого термоэлектрического ковффициента (Z), зависящего только от тепловых и влектрических свойств применяемых проводников, от разности температур холодного и горячего спаев и от максимальной температуры горячего спая.

В то время все усилия ученых и инженеров были направлены на получение самых идеальных проводников и изоляторов и все, что не отвечало втим усилиям. изгонялось ив влектротех-ники. Вместе с водой был выплеснут и ребенок.

Был изгнан — вернее не допущен — в царство влектричества огромный класс веществ и материалов, называемых полупроводниками. И когда на весах исторического раавитня электротехники стали взвешиваться два претендента на индустриальный способ получения влек-трического тока, то сразу Же перетянула чаша вращающегося индукционного генератора даже с очень низким кпд (10—12^e/t), ибо его конкурент — тер-мовлектричество — имел за душой в лучшем случае 1—2*/е. И именно вто предопределило судьбу влектротехннки на целый век вперед. Догадаться бы уче

ным применить казавшиеся в то время вредными и бесполезными полупроводники, позволяющие, однако, даже в первом своем приближении получать кпд порядка 6—11*/#, и развитие влектротехннки, более чем вероятно, пошло бы по пути создания котлов-генераторов, внутри которых сжигалось бы топливо, а с наружных охлаждаемых неподвижных оболочек непосредственно снимался бы влектрический ток.

В распоряжении ученых имелось мало времени и опыта, чтобы выступить с вызовом далеко ушедшему вперед и ставшему уже классическим способу получения влектричества даже в наши дни. Однако бурное развитие техники полупроводников, создание все новых и но-ных веществ и сплавов, в том числе и синтетических, неуклонно повышает кпд термовлектрических генераторов. В частности, ученые упорно работают над поисками веществ, работающих при максимально высоких температурах, что позволяет уже сейчас в лабораторных условиях получать спаи с кпд порядка 14—15*/# и с весьма обнадеживающими перспективами постепенного увеличения его до 23—ЗЗ^в/«, а возможно и выше. На чем основана вта уверенность?

При использовании термовлектрических материалов для достиженив максимальной влектрической отдачи спая источник и поглотитель тепла должны быть максимально изотермичными. Повтому мечта о том, что в будущем любой источник, ныне бесполезно отдающий в окружающее пространство свое тепло — трубы, котлы, печи, машины и даже крыши зданий. — можно было бы обложить батареями термовлементов и получать с них дополнительную влек-

22