RU29399U1

RU29399U1 - Radioisotope thermoelectric generator

Info

Publication number: RU29399U1
Application number: RU2002122284/20U
Authority: RU
Inventors: Ю.К. Завалишин; Г.И. Антонов; И.М. Акимов; Б.В. Дербунович; Б.П. Барканов; Г.И. Семкин; А.И. Платов; В.М. Бердников
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2003-05-10

Description

(п. США № 3551212, G21H1/10, опубл. 29.12.70), содержащий термоэлектрическую батарею, закрепленную между металлическим корпусом, служащим источником холода и теплосборником, имеюпщм внутренний канал, в который помещен источник изотопов. Теплосборник прижат к термобатарее пружинами, которые опираются на опору, прикрепленную к корпусу. Пространство между теплосборником и корпусом заполнено теплоизоляционным материалом. Радиоизотопный источник может быть вставлен в теплосборник через закрываемое отверстие в корпусе.(US p. No. 3551212, G21H1 / 10, publ. 29.12.70) containing a thermoelectric battery mounted between a metal casing serving as a source of cold and a heat collector having an internal channel into which the source of isotopes is placed. The heat collector is pressed against the thermal battery by springs, which rely on a support attached to the housing. The space between the heat sink and the housing is filled with insulating material. The radioisotope source may be inserted into the heat sink through a closable opening in the housing.

В данной конструкции отсутствуют элементы, способствующие самоцентрированию радиоизотопного источника тепла относительно оси термоэлектрического элемента. Упругим элементом в виде пружины сложно обеспечить в течение длительного времени требуемые характеристики поджима хрупкого термоэлектрического элемента, отсутствует надежная элекроизоляция термоэлектрического элемента от корпуса генератора и теплосборника.In this design, there are no elements that contribute to the self-centering of the radioisotope heat source relative to the axis of the thermoelectric element. It is difficult to provide for a long time the required characteristics of the clamping of a brittle thermoelectric element with an elastic element in the form of a spring; there is no reliable electrical insulation of the thermoelectric element from the generator body and heat collector.

Наиболее близким техническим решением к полезной модели является термоэлектрический генератор (з. Великобритании № 1367863, G21H1/00,The closest technical solution to the utility model is a thermoelectric generator (w. UK No. 1367863, G21H1 / 00,

опубл. 25.09.74), в котором под наружном кожухом находится источник тепла, состоящего из внутреннего кожуха, содержащего радиоизотопный источник, например плутоний-238. Термоэлектрический элемент генератора содержит несколько сотен последовательно соединенных ветвей из полупроводниковых материалов Р- и N-типов проводимости, а также теплоизолятор. Теплоэлектрический элемент расположен между источником тепла и наружным кожухом, с которым он соединен через упругие контактные элементы. Термическое сопротивление контактных элементов ниже термического сопротивления теплоизолятора, поэтому большая часть тепла, отводимого от источника, направляется к термоэлектрическому элементу. Внутри кожуха находится также газопоглотитель.publ. 09/25/74), in which under the outer casing there is a heat source consisting of an inner casing containing a radioisotope source, for example plutonium-238. The thermoelectric element of the generator contains several hundred series-connected branches of semiconductor materials of P- and N-types of conductivity, as well as a heat insulator. The thermoelectric element is located between the heat source and the outer casing with which it is connected through elastic contact elements. The thermal resistance of the contact elements is lower than the thermal resistance of the heat insulator, so most of the heat removed from the source is directed to the thermoelectric element. There is also a getter inside the casing.

В данной конструкции отсутствуют элементы, способствующие самоцентрированию радиоизотопного источника относительно оси термоэлектрического элемента. Упругим элементом в виде эластичной смолы сложно обеспечить в течение длительного времени требуемые характеристики поджима термоэлектрического элемента. Отсутствует надежная электроизоляция термоэлектрического элемента от корпуса генератора и теплового источника.In this design, there are no elements that contribute to the self-centering of the radioisotope source relative to the axis of the thermoelectric element. An elastic element in the form of an elastic resin is difficult to provide for a long time the required characteristics of the clamping thermoelectric element. There is no reliable electrical insulation of the thermoelectric element from the generator housing and the heat source.

Задачей полезной модели является достижение высокого коэффициента полезного действия радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), увеличение срока его службы и обеспечение высокого уровня радиационной безопасности РИТЭГ.The objective of the utility model is to achieve a high efficiency of the radioisotope thermoelectric generator (RTG), increase its service life and ensure a high level of radiation safety of the RTG.

Сущность полезной модели заключается в том, что в РИТЭГ, содержащем герметичный корпус, состоящий из обечайки, крышки и основания с электровыводами, с установленными в нем радиоизотопным источником тепла (РИТ), полупроводниковой термоэлектрической батареей (ПТЭБ), расположенной между РИТ и основанием корпуса, с которыми она соединена через теплопроводные гибкие контактные переходы, и тепловой изоляцией, РИТ установлен в стакан, тепловая изоляция состоит из двух частей, одна из которых жестко крепится к основанию корпуса, а вторая установлена на уровне торца стакана, между ней и РИТ установлено поджимное устройство и прокладки, внутренняя полость РИТЭГ через технологическое отверстие в крышке корпуса заполнена инертным газом, обладающим низкой теплопроводностью. Технологическое отверстие после заполнения газом заваривается. РИТ может быть выполнен с выступом по центру со стороны поджимного устройства и между ними установлена шайба. Поджимное устройство может быть выполнено из металлорезины. На основании корпуса РИТЭГ и на дне стакана в области установки термоэлектрической батареи нанесено электроизолирующее покрытие.The essence of the utility model is that in an RTG containing a sealed enclosure consisting of a shell, a lid and a base with electrical leads, a radioisotope heat source (RHS) installed in it, a semiconductor thermoelectric battery (PTEB) located between the RHS and the base of the housing, with which it is connected through heat-conducting flexible contact junctions, and with thermal insulation, RHS is installed in a glass, thermal insulation consists of two parts, one of which is rigidly attached to the base of the housing, and the second is installed ene at nozzle end, between it and the RHS found biasing device and the gasket, the internal cavity through the RTG process opening in the housing cover is filled with an inert gas having low thermal conductivity. The technological hole after filling with gas is brewed. RIT can be performed with a protrusion in the center from the side of the clamping device and a washer is installed between them. The squeezing device can be made of metal rubber. On the basis of the RTG housing and at the bottom of the glass, an insulating coating is applied in the area of the thermoelectric battery installation.

Использование в конструкции РИТЭГ стакана, РИТ с выступом по центру позволяет обеспечить действие на термоэлектрическую батарею усилия, развиваемого поджимным устройством, в строго осевом направлении. Теплоизоляция разделена на две детали с целью создания промежуточной сборки, в которой одна из деталей теплоизоляции, жесткоThe use of a glass, RIT with a protrusion in the center in the RTG design allows for the action on the thermoelectric battery of the force developed by the clamping device in the strictly axial direction. The thermal insulation is divided into two parts in order to create an intermediate assembly in which one of the thermal insulation parts is rigidly

закрепленная на крышке корпуса, предохраняет термоэлектрическую батарею и стакан от механических воздействий.fixed to the housing cover, protects the thermoelectric battery and the glass from mechanical influences.

На рисунке схематично изображена конструкция РИТЭГ. РИТЭГ содержит герметичный корпус, состоящий из обечайки 1, крышки 2. и основания с электровыводами 3. В корпусе установлены РИТ 4, полупроводниковая термоэлектрическая батарея 5, расположенная между РИТ 4 и основанием 3, с которыми она соединена через теплопроводные гибкие контактные переходы 6,7, тепловая изоляция, состояш;ая из двух частей 8 и 9. РИТ 4 помещен в стакан 10. Между тепловой изоляцией 8 и РИТ 4 установлено поджимное устройство 11, выполненное из металлорезины. Внутренняя полость генератора через отверстие В заполнена инертным газом, обладающим низкой теплопроводностью. Отверстие В после заполнения инертным газом заваривается. РИТ 4 выполнен с выступом А по центру со стороны поджимного устройства 11, между ними установлена шайба 12. На основании 3 и на поверхности стакана 10, в области установки полупроводниковой термоэлектрической батареи 5, нанесено электроизолирующее покрытие. Между деталью теплоизоляции 8 и крышкой 2 установлены прокладки 13. Между поджимным устройством 11 и шайбой 12 установлены прокладки 14. Нространство между полупроводниковой термоэлектрической батареей 5 и деталью теплоизоляции 9 заполнено супертонким волокном 15, обладающим низкой теплопроводностью.The figure schematically shows the design of the RTG. The RTG contains a sealed housing, consisting of a shell 1, a cover 2. and a base with electrical outlets 3. A RIT 4, a semiconductor thermoelectric battery 5, located between the RHS 4 and the base 3, with which it is connected via heat-conducting flexible contact junctions 6,7, are installed in the housing , thermal insulation, consisting of two parts 8 and 9. RHS 4 is placed in a glass 10. Between the thermal insulation 8 and RHS 4 is installed a clamping device 11 made of metal rubber. The internal cavity of the generator through the hole B is filled with an inert gas having low thermal conductivity. Hole B after filling with an inert gas is welded. RIT 4 is made with a protrusion A in the center from the side of the squeezing device 11, a washer 12 is installed between them. On the base 3 and on the surface of the glass 10, in the installation area of the semiconductor thermoelectric battery 5, an insulating coating is applied. Gaskets 13 are installed between the heat-insulating part 8 and the cover 2. Gaskets 14 are installed between the pressing device 11 and the washer 12. The space between the semiconductor thermoelectric battery 5 and the heat-insulating part 9 is filled with a superthin fiber 15 having low thermal conductivity.

1(1(

направленный поток тепла по отношению к полупроводниковой термоэлектрической батарее. Верхний торец полупроводниковой термоэлектрической батареи разогревается до проектной температуры, создавая горячий спай. Нижний торец полупроводниковой гермоэлектрической батареи из-за развитой излучающей внешней поверхности основания РИТЭГ имеет существенно более низкую температуру, образуя холодной спай. Градиент температур между горячим и холодным спаями полупроводниковой термоэлектрической батареи обеспечивает в ней за счет «р, «п проводимости термо-ЭДС. При подключении к контактам электропровода, внешней нагрузки в цепи протекает постоянный электрический ток при расчетном напряжении. directed heat flux in relation to a semiconductor thermoelectric battery. The top end of the semiconductor thermoelectric battery is heated to the design temperature, creating a hot junction. Due to the developed radiating external surface of the RTG base, the lower end of the semiconductor hermetic battery has a significantly lower temperature, forming a cold junction. The temperature gradient between the hot and cold junctions of the semiconductor thermoelectric battery provides in it due to the "p," n conductivity of the thermo-EMF. When connected to the contacts of the electric wire, an external load in the circuit flows constant electric current at the rated voltage.

Claims

1. A radioisotope thermoelectric generator (RTG) containing a sealed enclosure consisting of a shell, a lid and a base with electrical outlets, a radioisotope heat source, a thermoelectric battery located between the radioisotope heat source and the base of the casing with which it is connected via heat-conducting flexible contact transitions, the free space in the housing is filled with thermal insulation, characterized in that the radioisotope heat source is placed in a glass, between the thermal insulation and the radioisotope pnym heat source installed biasing device and gaskets between the insulation and housing cover are also installed gasket, the space between the battery and a thermoelectric heat insulation is filled with a soft material with low thermal conductivity in the housing cover has an opening, the internal cavity is filled with an inert gas generator having a low thermal conductivity.

2. Thermal insulation consists of two parts, one of which (lower) is rigidly attached to the base of the housing, and the second (upper) is installed between the lower thermal insulation and the housing cover, while the contact surface between the insulation parts is located at the level of the end of the glass.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the radioisotope heat source is made with a protrusion in the center from the side of the pressing device, and a washer is installed between the pressing device with gaskets and the radioisotope heat source.

4. The device according to claims 1 to 3, characterized in that the compression device is made of metal rubber.

5. The device according to claims 1 to 4, characterized in that on the lower cover of the RTG and on the surface of the glass, in the installation area of the thermoelectric battery, an insulating coating is applied.

6. The device according to claims 1-5, characterized in that the electrically insulating coating is made of refractory metal oxides or polymeric materials.

7. The device according to claims 1 to 6, characterized in that the thermally conductive flexible contact transitions are made of insulating or electrically conductive materials.

8. The device according to claims 1 to 7, characterized in that the cover and shell of the housing are made in the form of one part.