i
В.
А.
И.
Даниелъ-Бек:
Воронин,
Рогинская
, Е
До настоящего времени единствен-
ным источником электрического тока,
пригодным для питания радиоприем-
ников в неэлектрифицированных сель-
ских местностях, служили батареи из
гальванических элементов. Однако
названные батареи обладают рядом
недостатков, основным из которых
является то, что из-за саморазряда
такие источники тока могут сохра-
няться лишь ограниченное время и
что напряжение на их зажимах при
разряде нестабильно (оно снижается
в процессе эксплуатации примерно
па 50%).
В настоящее время у нас разра-
ботаны и осваиваются промышленно-
стью новые источники питания для
радиоустройств — термоэлектрогене-
раторы.
В данной статье дается описание
принципа действия и устройства тер-
моэлектрогенератора типа ТГК-3
мощностью 3 вт, предназначенного
для питания сельских батарейных ра-
диоприемников «Родина-47», «Роди-
на-52», «Искра», «Таллин Б-2», «Ту-
ла» и т. п.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА
Действие термоэлектрогенератора
основано на использовании термо-
электрического эффекта, сущность
которого заключается в том, что при
нагревании места соединения (спая)
двух разных металлов между их сво-
бодными концами, имеющими более
низкую температуру, возникает раз-
ность потенциалов, или так называе-
мая термоэлектродвижущая сила
(термо-ЭДС). Если замкнуть такой
термоэлемент (термопару) на внеш-
нее сопротивление, то по цепи поте-
чет электрический ток (рис. 1). Та-
ким образом, при термоэлектрических
явлениях происходит прямое преобра-
зование тепловой энергии в электри-
ческую.
Величина термоэлектродвижущей
силы определяется приближенно по
формуле
Е = а (Л - Т2).
(1)
Здесь Е — термоэлектродвижущая
сила в вольтах, Ту и Т2— соответ-
ственно температура нагретого и хо-
лодного (холодных концов) спая тер-
мопары, <х— коэффициент термо-ЭДС,
зависящий от природы обоих метал-
лов, образующих данную термопару,
и выражающийся в микровольтах
градус.
на
Рис. 1. Схема включения термопары
Возьмем кольцевой проводник, со-
стоящий из двух металлов А л Б
(рис. 2), и нагреем места их соеди-
нения соответственно до температуры
Г] и Т2 так, чтобы Ту было больше,
чем Т2. В горячем спае такой термо-
пары ток идет из металла Б в ме-
талл А, а в холодном спае из метал-
ла Л в металл Б.
таком случае термоэлектродвижущую
силу металла А положительной по
отношению к металлу Б.
Все известные металлы можно рас-
положить в последовательный ряд
так, чтобы любой предыдущий ме-
талл имел положительную термо-
электродвижущую силу относительно
последующего. Ниже приведены зна-
чения термоэлектродвижущей силы в
милливольтах, развиваемой термопа-
рой, в которой одним термоэлектро-
дом служит указанный металл, а дру-
гим — платина, разность температур
спаев которой равна 100°С (знаки
«+» и «—», стоящие перед цифровы-
ми данными термоэлектродвижущей
силы, указывают полярность этой
ЭДС относительно платины).
Принято считать в
Сурьма	+ 4,7
Железо	+ 1,6
Кадмий	+ 0,9
Цинк	+ 0,75
Медь	+ 0,74
Золото	+ 0,73
Серебро	+ 0,71
Олово	+ 0,41
Алюминий	+ 0,38
Ртуть	0
Платина	0
Кобальт	— 1,52
Никель	— 1,64
Константан	— 3,4
(сплав меди	
и никеля)	
Висмут	— 6,5
По приведенным выше данным лег-
ко подсчитать термоэлектродвижу-
щую силу, развиваемую термопарой,
составленной из любых указанных в
таблице металлов. Она будет равна
алгебраической разности термоэлек-
тродвижущих сил двух термоэлектро-
лов, для каждого из которых эта ве-
личина дается относительно платины.
Так, например, термоэлектродвижу-
24
РАДИО № 2
Рис. 2. Кольцевой проводник, состав-
ленный из двух разных металлов
щая сила пары висмут — сурьма
составит +4,7—(—6,5) = 11,2 мй,
а пары железо — алюминий +1,6 —
— (+0,38)= 1,22 Мв.
Если температуру холодного спая
термопары поддерживать постоянной,
термоэлектродвижущая сила будет
изменяться приблизительно пропор-
ционально изменению температуры
горячего спая. Это дает возможность
применять термопары для измерения
температуры.
Наряду с использованием термо-
электрических явлений для измери-
тельных целей, начиная с середины
прошлого столетия, делались много-
численные попытки применить термо-
элементы для энергетических целей,
т. е. использовать батареи из после-
довательно соединенных термоэлемен-
тов в качестве источников электриче-
ской энергии. На рис. 3 показано
схематическое устройство термоба-
тареи.
Условные обозначения:
1^1 ПербЬ/й термозлектроднЫй
г—. Второй термоэлектронный
материал
ц Термоизолируныций
материал
=а Электроизоляционные
прокладки
Рис. 3. Схематическое устройство
термобатареи
Такой агрегат может найти практи-
ческое применение, если ои будет об-
ладать достаточно высоким коэффи-
циентом полезного действия и сохра-
нять свои свойства при длительной
эксплуатации. Однако по причинам,
о которых будет сказано дальше, до
последнего времени не удавалось со-
здать термоэлектрогенератор, удовле-
творяющий таким требованиям.
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО
ДЕЙСТВИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОГЕНЁ-
РАТОРА
Вследствие несовершенства нагре-
вательных устройств далеко не вся
тепловая энергия топлива поступает
к горячим спаям термоэлементов.
Кроме того, вследствие теплопровод-
ности термоэлектродпых материалов
значительная часть тепла бесполезно
расходуется, уходя от нагревателя
через термоэлектроды к холодильни-
ку. Наконец, не вся электрическая
энергия, возникшая в результате тер-
моэлектрического эффекта из тепло-
вой энергии, отдается во внешнюю
цепь. Часть этой энергии расходуется
на преодоление внутреннего сопро-
тивления термоэлемента. Поэтому
полный КПД термогенератора по-
лучается низким.
Для увеличения термоэлектриче-
ского КПД, представляющего отно-
шение отдаваемой термоэлектрогене-
ратором электрической энергии к той
части тепловой энергии, которая по-
ступает к горячим спаям термоэле-
ментов, следует стремиться:
1)	повысить возможно более пере-
пад температур между горячим и хо-
лодным спаями термоэлемента, т. е.
работать при возможно более высо-
кой температуре горячего спая, кото-
рая лимитируется температурами
плавления и жаростойкостью термо-
электродпых материалов;
2)	подбирать термоэлектродные ма-
териалы, развивающие в паре макси-
мально высокую термоэлектродвижу-
щую силу;
3)	подбирать термоэлектродные ма-
териалы, у которых отношение сред-
ней теплопроводности к средней элек-
тропроводимости будет возможно
меньшим.
Чисто металлические пары создают
малую термоэлектродвижущую силу,
поэтому КПД таких пар весьма
низок (равен долям процента). Более
высокие термо-ЭДС создает ряд ве-
ществ с полупроводниковыми свой-
ствами (некоторые сульфиды, окис-
лы, интерметаллические соединения).
Но для этих веществ отношение
средней теплопроводности к средней
электропроводности бывает обычно
выше, чем для чистых металлов. Од-
нако термо-ЭДС некоторых полупро-
водниковых материалов настолько
высока, что КПД термоэлементов,
составленных из подобных материа-
лов, получается больше, чем в слу-
чае типичных металлов.
Применение веществ с полупровод-
никовыми свойствами затрудняется
чрезвычайной хрупкостью этих ве-
ществ, легкой их окисляемостью,
трудностью создания в горячем и хо-
лодном спаях контактов, устойчивых
в условиях эксплуатации, а также
сложностью технологии изготовления
из этих материалов термоэлектродов
с однозначными характеристиками.
Из изложенного видно, что создать
термоэлементы с достаточным КПД
и с высоким сроком службы очень
сложно. Этим и объясняются неудач-
ные результаты многочисленных
прежних попыток создания термо-
электрогенератора, приемлемого для
энергетических целей.
Благодаря развитию отечественной
науки и техники в настоящее время
удалось построить пригодные для
практики термоэлектрогенераторы ти-
па ТГК-3, которые имеют приемле-
мый (хотя и не очень высокий)
КПД и достаточно высокий срок
службы. Характеристики этого тер-
моэлектрогенератора, отнюдь не яв-
ляются предельными. Надо полагать,
что советские ученые -дальнейшими
своими работами достигнут значи-
тельного повышения этих характери-
стик.
Рис. 4. Устройство термоэлектрогене-
ратора ТГК-3
КОНСТРУКЦИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРО-
ГЕНЕРАТОРА ТГК-3
Термоэлектрогенератор ТГК-3 пред-
назначен для питания индивидуаль-
ных радиоприемников в неэлектрифи-
цированных сельских местностях, где
применяется керосиновое освещение.
Поэтому в качестве источника тепло-
вой энергии для термогенератора
РАЦИО М 2
4
25
(Окончание статьи Гермоэлектрогенератор ТГК-3.)
было решено использовать обычную
керосиновую лампу «молнию», служа-
щую одновременно и для целей осве-
щения. Таким образом, термоэлектро-
генератор ТГК-3 не требует специ-
альных затрат топлива для своей ра-
боты.
В заголовке статьи показан внеш-
ний вид термоэлектрогенератора
ТГК-3, а на рис. 4 — его схематиче-
ское устройство. Лампа, обогреваю-
щая термоэлектрогенератор, имеет
укороченное стекло без верхней ци-
линдрической части. Внутрь этого
стекла, непосредственно над пламенем
лампы, входит нижняя часть метал-
лического теплопередатчика, имеюще-
го форму многогранной призмы 1. На
боковой поверхности верхней части
этого теплопередатчика, выступающей
над стеклом, расположены блоки тер-
мобатареи 2.
Для использования теплопередачи
не только путем лучеиспускания от
пламени, но и путем конвекции теп-
лопередатчик снабжен несколькими
продольными каналами. По этим ка-
налам горячие газы (продукты сго-
рания в смеси с избыточным возду-
хом) поступают в вытяжную трубу 3,
расположенную над теплопередатчи-
ком. Для охлаждения холодных
спаев термоэлементов к внешним по-
верхностям блоков прижаты металли-
ческие радиаторные ребра 4. Таким
образом здесь осуществляется воз-
душное охлаждение.
Термоэлектрогенератор имеет две
самостоятельные термобатареи, со-
стоящие из большого числа последо-
вательно соединенных элементов. Од-
на из них, дающая напряжение 2 в
при токе 2 а, служит для питания
анодных цепей приемника через виб-
ропреобразователь, и вторая, дающая
такое же напряжение при токе
0,5 а,— для питания нитей накала.
Кроме того, накальная батарея имеет
отвод на 1,2 в (при токе 0,36 а).
Спаи термоэлементов электрически
изолированы от нагревателя и от
ребер.
По сравнению с сухими элемента-
ми и батареями, применяемыми в
настоящее время для питания радио-
приемников, термоэлектрогенератор
имеет ряд важных преимуществ.
С экономической точки зрения одним
из преимуществ является резкое
уменьшение расхода цветных метал-
лов. Кроме того, следует отметить,
что термоэлектрогенератор может не-
ограниченно долго храниться в не-
рабочем состоянии и обладает дли-
тельным сроком службы в условиях
эксплуатации; он устойчив в работе,
дает стабильное напряжение и не
боится коротких замыканий. Так же
как и сухие элементы и батареи, тер-
моэлектрогенератор не требует специ-
ального ухода.
В настоящее время промышлен-
ность приступила к серийному выпу-
ску термоэлектрогенераторов типа
тгк-з.
26
РАДИО Л2 2