РАДИОИЗОТОПНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2020 года по МПК G21H1/00 

Устройство относится к радиоизотопной энергетике и может быть использовано в энергетических установках, предназначенных для длительной автономной работы в труднодоступных и малонаселенных районах Земли, а также в условиях космического пространства. Устройство содержит герметичный корпус с размещенной внутри батареей тонких соединенных между собой фотоэлектрических преобразователей, покрытых радиолюминесцентной краской и уложенных в стопку, контакты которых выходят из корпуса. В фотоэлектрических преобразователях энергия световых квантов испускаемых радиолюминофором преобразуется в электрический ток. За счет конструкции из тонких фотоэлектрических преобразователей общие габариты батареи сильно уменьшаются, так же уменьшается количество необходимого радиоизотопа. Технический результат - увеличение общего КПД устройства.

Изобретение относится к области преобразования энергии распада радионуклидов в электрическую энергию, а точнее к радиоизотопной энергетике, и может быть использовано в энергетических установках, предназначенных для длительной автономной работы в труднодоступных и малонаселенных районах Земли, а также в условиях космического пространства.

Радиоизотопный фотоэлектрический генератор (РИФЭГ) включает в себя фотоэлектрические преобразователи, покрытые радиолюминесцентной краской. В фотопреобразователях энергия световых квантов испускаемых радиолюминофором преобразуется в электрический ток. Известен радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ), описанный в патенте РФ №2458420, содержащий герметичный корпус, радиоизотопный источник тепла, термоэлектрическую батарею, теплоизоляцию, выполненную в виде двух колец, и теплозащиту, установленную снаружи по периметру корпуса.

Недостатком такого генератора является его сравнительно низкий КПД, не превышающий, обычно, 8%.

Известен также радиоизотопный генератор (см. статью В.Ю. Баранов, А.Ф. Паль, А.А. Пустовалов, А.Н. Старостин, Н.В. Суетин, А.В. Филиппов, В.Е. Фортов «Радиоизотопные генераторы электрического тока» в книге «Изотопы: свойства, получение, применение», в 2-х томах, под. ред. Баранова В.Ю., М.: Физматлит, 2005, т. 2, с. 271-276, рис. 17.1.13-17.1.15), содержащий герметичную камеру, в полости которой находятся радиоизотопный альфа- или бета-излучатель в виде тонкостенной пластины, рабочий газ ксенон и фотоэлектрический преобразователь, размещенный в виде пластины напротив радиоизотопного излучателя.

Недостатком такого радиоизотопного генератора является то, что значительная часть энергии, выделяющейся при радиоизотопном распаде, не используется, а удаляется из генератора в виде тепла.

В качестве прототипа был выбран радиоизотопный фото-термоэлектрический генератор (РИФТЭГ), описанный в патенте №2595772, включающий в себя замкнутый газодинамический контур с рабочим газом - ксеноном, радиоизотопный излучатель, фото- и термоэлектрический преобразователи, теплоотводящие пластины и радиатор.

Недостатком такого радиоизотопного генератора являются значительные потери энергии в виде тепла и необходимость в большом количестве радиоизотопа в качестве топлива.

Задачей изобретения является уменьшение энергетических потерь, повышение безопасности и уменьшение габаритов радиоизотопного генератора.

Техническим результатом изобретения является повышение общего КПД радиоизотопного генератора.

Поставленная задача решается следующим образом. Из конструкции радиоизотопного генератора, включающего в себя фото- и термоэлектрический преобразователи, удален замкнутый газодинамический контур, теплоотводящие пластины, радиатор и термоэлектрические преобразователи, а фотоэлектрические преобразователи покрыты радиолюминесцентной краской и уложены в стопку друг на друга. Кроме того, фотоэлектрические преобразователи в конструкции соединены между собой и залиты эпоксидной смолой в защитном корпусе для обеспечения прочности конструкции и контакты вывода тока. Так как фотоэлектрические преобразователи имеют очень тонкую форму, можно уместить в корпус любое их количество, в зависимости от необходимых характеристик тока радиоизотопного генератора, сильно не увеличивая габариты всего устройства.

При этом:

• фотопреобразователи могут быть кремниевые или из теллурида кадмия

• радиолюминофор может быть на основе прометия-147, радия-226, стронция-90, криптона-85, никеля-63 или трития

• количество фотоэлектрических преобразователей может быть любым

• радиолюминофор может быть составляющей частью фотопреобразователя, например, из аморфного кремния или оксида титана

• интенсивность свечения радиолюминофора может быть любой, как и количество радиоактивного вещества

• в качестве фотопреобразователя может быть использована мягкая фотопанель, покрытая радиолюминофором и скрученная в рулон

На приведенной фигуре показана принципиальная схема такого радиоизотопного фотоэлектрического генератора (приложение 1).

Устройство состоит из защитного корпуса 1, фотопреобразователей 2, уложенных стопкой в батарею, радиолюминесцентной краски 3, соединительных кабелей 4 и контактов вывода 5. Внутри защитного корпуса 1 размещена батарея фотоэлектрических преобразователей 2. Свет, испускаемый радиолюминесцентной краской 3, падает на фотоэлектрические преобразователи 2, соединенные последовательно соединительным кабелем 4. Фотоэлектрические преобразователи преобразуют свет, испускаемый радиолюминесцентной краской, в электрический ток, который снимается с контактов вывода 5.

Устройство относится к радиоизотопному фотоэлектрическому генератору и может быть использовано в энергетических установках, предназначенных для длительной автономной работы в труднодоступных и малонаселенных районах Земли, а также в условиях космического пространства. Устройство содержит герметичный корпус с размещенной внутри батареей тонких соединенных между собой фотоэлектрических преобразователей, покрытых радиолюминесцентной краской и уложенных в стопку, контакты которых выходят из корпуса. В фотоэлектрических преобразователях энергия световых квантов испускаемых радиолюминофором преобразуется в электрический ток. За счет конструкции из тонких фотоэлектрических преобразователей общие габариты батареи сильно уменьшаются, так же уменьшается количество необходимого радиоизотопа. Техническим результатом является увеличение КПД устройства. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Радиоизотопный фотоэлектрический генератор, содержащий батарею соединенных между собой последовательно тонких фотоэлектрических преобразователей, покрытых радиолюминесцентной краской и уложенных в стопку друг на друга, защитного корпуса, соединительных кабелей и контактов для снятия тока, отличающийся тем, что выполнен в виде компактной батареи и преобразует энергию квантов света, испускаемых радиолюминофором, в электрический ток посредством большого количества фотоэлектрических преобразователей, компактно уложенных в стопку и соединенных между собой.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что фотопреобразователи изготовлены на основе теллурида кадмия или имеют другую основу для изготовления мягких фотоэлектрических преобразователей.

3. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиолюминофор находится в составе фотоэлектрического преобразователя.

4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что вместо батареи фотоэлектрических преобразователей использован один мягкий фотоэлектрический преобразователь, покрытый радиолюминесцентной краской и свернутый в рулон.

5. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиоизотопным веществом в люминофоре является прометий-147.

6. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиоизотопным веществом в люминофоре является радий-226.

7. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что радиоизотопным веществом в люминофоре является стронций-90.

8. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что вместо покрытия фотоэлектрических преобразователей радиолюминесцентной краской используется пластина или пленка из прозрачного полимера или другого вещества с примесью радиолюминофора и насыщенная радиоактивным газом.

9. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что фото-термоэлектрические преобразователи соединены параллельно.

10. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что является составной частью точно таких же генераторов, соединенных между собой и образующих более мощный генератор.