Термофотовольтаічні перетворювачі випромінювання високотемпературних технологічних процесів - Автореферат

Національна академія наук України Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукДля отримання максимальної ефективності перетворення необхідно обрати матеріал перетворювача таким чином, щоб його ширина забороненої зони узгоджувалася із спектральною характеристикою джерела випромінювання, тобто для кожного технологічного процесу потрібно виконувати окремі розрахунки. Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити наступні задачі: - встановити особливості процесів теплообміну випромінюванням при роботі ТФВ - перетворювачів з випромінюванням високотемпературних технологічних процесів; ТФВ - перетворювачів від електрофізичних характеристик напівпровідникових матеріалів, при роботі з випромінюванням різного спектрального складу і інтенсивності; визначити вплив реальних умов експлуатації ТФВ-перетворювачів на ефективність їх роботи; Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що: - розроблена та експериментально підтверджена математична модель фізичного процесу ТФВ - перетворювання, яка дозволяє виконувати розрахунки експлуатаційних параметрів перетворювачів в системах утилізації ІЧ - випромінювання в інтервалі температур 1000-3000 К, на основі скорегованого спектру випромінювання абсолютно чорного тіла (АЧТ); У роботах, виконаних у співавторстві, особисто Аппазову Е.С. належать такі наукові результати: в роботах [1,6,7,10] - розробка математичної моделі фізичного процесу та компютерної програми для розрахунку характеристик перетворювача, в роботах [2,3,4,8,14,17] - виконання розрахунків, вимірювання, обробка та узагальнення експериментальних результатів, в роботах [11,12,13] автором запропоновано та обґрунтовано конструкцію та технологію виготовлення, в роботах [5,9] - розробка конструкції вимірювального приладу, в роботах [3,15,16] - систематизація властивостей матеріалів та сполук, придатних до використання в ТФВ - перетворювачах, в роботі [15] - огляд і аналіз основних конструкцій ТФВ - перетворювачів.Типова ТФВ - система складається із трьох основних компонентів: теплового (ІЧ) випромінювача, спектрального фільтра (селектора) та ТФВ-перетворювача. Завдяки можливості повернення невикористаних в ТФВ-перетворювачі фотонів до випромінювача, відносно високим температурам ІЧ - випромінювача (1000 - 2000 К), а також близькому розташуванню джерела випромінювання (~5см) забезпечується більша питома потужність (порівняно із сонячними перетворювачами). У другому напрямку ТФВ - генерація досягла найбільшого розвитку, коли вдалося успішно сумістити випромінювачі з порівняно широким спектром випромінювання з ТФВ - перетворювачами на основі вузькозонних напівпровідників, здатних максимально використовувати цей спектр. Показано, що відсутній єдиний алгоритм розрахунку ефективності ТФВ - елементів, що дозволяє на попередній стадії проектування системи здійснювати вибір необхідних матеріалів і компонентів для перетворення заданої ділянки ІЧ - спектра, практично не досліджено напрямок ТФВ - енергетики, повязаний із утилізацією ІЧ - випромінювання високотемпературних технологічних процесів, недостатньо повно сформована база даних по оптичних і електрофізичних властивостях напівпровідникових матеріалів, придатних для виготовлення ТФВ - перетворювачів, недостатньо повно представлені результати вирішення теплових задач, що мають винятково важливе значення для ТФВ - елементів, що працюють при високих густинах потоків теплової енергії. Запропонована та захищена Патентом України установка дозволяє імітувати зміну умов експлуатації у широкому діапазоні температур експлуатації Те = 100 - 400 К та випромінювання Твипр = 1073 - 1473 К із одночасним контролем зміни основних параметрів ТФВ - перетворювача.Розроблено математичну модель фізичного процесу та створено компютерну програму, що дозволяє розраховувати основні вихідні характеристики ТФВ - перетворювачів в залежності від характеристик матеріалу та умов експлуатації.. Розроблено та виконано метрологічну атестацію вимірювального стенду, здатного підтримувати температуру перетворювача, що тестується, в межах 100 - 400 К та відхилення максимуму спектра випромінювання ± 0,012мкм при визначенні навантажувальних характеристик ТФВ - перетворювачів. На основі комплексного аналізу особливостей процесів теплообміну випромінюванням запропоновано та захищено Патентом України оптимальне для систем утилізації ІЧ - випромінювання взаєморозташування елементів генератора - напівциліндр у напівциліндрі, завдяки якому забезпечується герметичність конструкції, спрощується монтаж на технологічному обладнанні та підвищується коефіцієнт опромінювання. Запропоновано та захищено Патентом України застосування нітриду індію в якості матеріалу для ТФВ - перетворювачів. Використання ТФВ - перетворювачів на основі INN забезпечує переваги при підвищених температурах експлуатації перед відомими конструкціями ТФВ - перетворювачів із антимоніду галію.

Основний зміст роботи