AT235920B - Thermoelektronischer Generator - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



    Thermoelektronischer   Generator 
Die Erfindung betrifft thermoelektronische Generatoren zur Erzeugung von Elektrizität unmittelbar aus Wärme, u. zw. Plasma-oder Gasentladungs-Generatoren, in denen   bloom   durch von einer Glühelek- tronenquelle ausgesandte Elektronen erzeugt wird, die durch einen von   einem Plasma erfüllten Entladungs-   raum zu einem unbeheizten Kollektor fliessen. 



   Seit den in den frühen zwanziger Jahren von Irving Langmuir durchgeführten Untersuchungen ist es bekannt, dass die thermionische Vakuumdiode, wenn auch mit sehr schlechtem Wirkungsgrad, für die Um- wandlung von Wärme in elektrische Energie benutzt werden kann. In den letzten Jahren ist diese Idee wieder aufgelebt. Im Vergleich zu Festkörper-Thermoelementen bieten thermionische Generatoren auf den ersten Blick wichtige Vorteile. Sie sind von Natur aus für hohe Temperaturen geeignet. 



   Das Haupthindernis für die Erzielung hoher Leistungen in thermionischen Vorrichtungen liegt in dem hohen Scheinwiderstand der Entladungsstrecke,   d. h.   in dem grossen inneren Spannungsabfall. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wurden von Hatsopoulos Vakuumdioden mit sehr kleinen Abstandsräumen vorgeschlagen. Grover, Roehling, Salmi und Pidd, Hernquist und V. C. Wilson schlugen vor, die Elektronenraumladung   durch Cäsiumionen   zu kompensieren, welche durch   denLangmuir-Kingdon-Effekt, d. h.   durch die Ionisation von Cäsiumdampf in Berührung mit einem heissen Leiter, erzeugt werden. Wolfram, Tantal   und Molybdän,   die   für Emitter   benutzt wurden, haben eine Elektronenaustrittsarbeit von 4,52 bzw. 



    4, 3   bzw.   4, 2   Volt, und die als Emitter benutzte Zirkonkarbid-Urankarbid-Mischung eine von 4, 3 Volt. 



  Die Elektronenaustrittsarbeit all dieser Stoffe ist höher als das Ionisationspotential von Cäsium, das bei 3, 88 Volt liegt, so dass ein auf die erhitzte Oberfläche eines solchen Emitters auftreffendes Cäsiumatom diese mit   hoher Wahrscheinlichkeit aision verlässt. Der   Mindestaufwand an durch einen heissen Leiter ausgestrahlter Energie je Cäsiumion wurde auf etwa 100 Elektronvolt geschätzt. 



   Wegen des kleinen Spannungsabfalls zwischen Emitter und Kollektor sind auch anomale Niederspannungs-Lichtbogen-Dioden vorgeschlagen worden. Dieser Spannungsabfall ist jedoch immer noch zu gross, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen. 



   Die Erfindung betrifft einen thermoelektronischen Generator zur unmittelbaren Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, mit einer Elektronenentladungskammer, die eine Thermoelektronenemitterelektrode, eine Elektronenkollektorelektrode sowie eine unter einem Druck von wenigen Torr stehende Gas- bzw. Dampffüllung enthält, ferner mit einer zur Ionisierung des Füllgases bzw.-dampfes dienenden Hilfselektrode sowie mit Einrichtungen zum Beheizen der Emitterelektrode und zum Kühlen der Kollektorelektrode und mit elektrischen Leitungen zum Anschliessen eines Verbrauchers an die Emitter-und die Kollektorelektrode. 



   Ziel der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad, die Kapazität und die Energiedichte eines derartigen thermoelektronischen Generators zu erhöhen. 



   Gemäss der Erfindung zeichnet sich der thermoelektronische Generator dadurch aus, dass die Kollektorelektrode mindestens teilweise perforiert ausgebildet und zwischen der Emitterelektrode und der Hilfselektrode so angeordnet ist, dass eine Hauptentladungskammer und eine Ionisierungskammer gebildet werden, und dass beide Kammern nur durch die Perforierung der Kollektorelektrode miteinander kommunizieren. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Generator, der mehrere Generatoreinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse, eine gemeinsame Beheizungseinrichtung für den Emitter, eine gemein- same Kühlausrüstung für die Kollektoren und gemeinsame elektrische Anschlüsse für Emitter bzw. Kol- lektoren aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsentladungsraum ein einziger durchgehender Ka- nal ist. 



   Zur Neutralisierung der sich parallel zur Emitteroberfläche ausbildenden und die Elektronenemission behindernden Eigenmagnetfelder wird der thermoelektronische Generator gemäss der Erfindung vorzugs- weise mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes versehen, das eine senkrecht zur
Emitterfläche gerichtete Komponente aufweist. Mit dem erfindungsgemässen Generator lassen sich hohe Stromausbeuten erzielen. 



   Weitere technische Fortschritte werden bei dem thermoelektronischen Generator gemäss der Erfindung durch die gegenseitigen Grössenverhältnisse der wirksamen   Kollektor- und Emitteroberfläche   erzielt. Die Kollektoroberfläche muss kalt gehalten werden ; daher absorbiert sie die vom Glühemitter ausgehende Strahlung. Folglich ist es einerseits von Vorteil, die Kollektorfläche klein zu halten. Anderseits wird bei kleiner wirksamer Kollektorelektrodenoberfläche ein grösserer Spannungsabfall benötigt, um die Elektronen in sie   hineinzubefördem.   Es muss daher ein Kompromiss geschlossen werden. Bei anfänglichen, mit niedrigenStrömen durchgeführten Versuchen wurde festgestellt, dass, wie erwartet, der Gesichtspunkt der Strahlung vorherrscht.

   Gemäss der Erfindung wird jedoch vorzugsweise bei dem Generator die wirksame   Oberfläche der Kollektorelektrode grosser   als die wirksame Oberfläche der zugehörigen Emitterelektrode, vorzugsweise drei-bis sechsmal grösser als diese, gemacht. Bei derartigen erfindungsgemässen Grössenverhältnissen der Kollektor- und Emitterelektrodenoberfläche wird für praktisch anwendbare elektrische Energien nicht nur, wie erwartet, die Leistungsfähigkeit des Generators erhöht, sondern, entgegen den Erwartungen, auch die Wirtschaftlichkeit der Ionenerzeugung stark verbessert. 



   Dieser erfindungsgemässe thermoelektronische Generator ermöglicht es auch, zu höheren Stromdichten überzugehen und damit den Generator leistungsfähiger zu machen. 



   In einem   thermoelektronischenGenerator   ist nicht derStrahlungsverlust je   cni Kathodenfläche,   son-   dern   der je Ampere Emissionsstrom wesentlich. Als Beispiel : Wenn die Kathode etwa 20   W/cm2   abstrahlt und die Emission 1   A/cm ?   beträgt, so beläuft sich der Verlust auf 20 W/A während, wenn die Emission 4   A/cm2   beträgt, der Verlust nur 5 W/A ausmacht. Derartig hohe Stromdichten können jedoch der Kathode nur dann entnommen werden, wenn die Kollektoroberfläche gross ist und sich nahe bei der Kathode befindet.

   Dadurch verliert man unvermeidlicherweise einiges an Strahlung, was erspart werden könnte, wenn dieKollektorfläche klein wäre, so dass man den grössten Teil des der Glühkathode gegenüberliegendenBereiches als guten Reflektor ausbilden könnte. Dieser Verlust wird jedoch wieder wettgemacht durch die Wirtschaftlichkeit des Wertes Strahlung/Ampere und durch die Tatsache, dass die Vorrichtung kom-   pakter, d. h.   bei derselben Leistung kleiner wird. Noch wichtiger ist, dass die Wirtschaftlichkeit der Ionenerzeugung mit vergrösserter Kollektorfläche viel besser wird,   d. h.   es werden weniger Watt für Ionen je Ampere Emitterstrom verbraucht.

   Durch Vergrösserung der Kollektorfläche wurde es möglich, den Hilfsstrom von 1/25 des Emitterstromes auf 1/100 herabzusetzen ; mit einer weiteren Vergrösserung der Kollektorfläche wurde es möglich, den Hilfsstrom auf 1/300 des Emitterstromes zu senken, obwohl dies in der Praxis wohl nicht erreichbar sein dürfte. 



   Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen thermoelektronischen Generators weist der Emitter mehrere gesonderte Emitterflächen mit je einer eigenen, vorzugsweise durch die Entladungskammer zu einer gemeinsamen Emitterelektrode hindurchführenden Stromzuführung auf. Die Stromzuführungen sind vorzugsweise jeweils in der Mitte der einzelnen Emitterflächen   z. B. kreisförmiger   oder sechseckförmiger Gestalt angebracht. Elektrische Leiter, die bei dieser Ausführungsform von den Emittem aus durch die Entladungskammern hindurchgehend so angebracht sind, dass sie Stützen für die Generatoreinheiten gegen den atmosphärischen Druck darstellen, tragen gleichzeitig zur Verminderung schädlicher Magnetfelder bei. 



   Die Erfindung wird klar verständlich aus der folgenden Beschreibung gewisser, in den beiliegenden Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen. 



     Fig. 1   ist die schematische Darstellung eines thermoelektronischen Mehrfachgenerators mit dem zugehörigen Schaltbild, Fig. 2 ist die graphische Darstellung der Potentialverteilung in Fig. l, Fig. 3 zeigt einen Generator zur Erzeugung von Gleichstrom im Querschnitt, Fig. 4 und 5 zeigen Baugruppen, von denen jede eine Kollektor-Elektrode mit   einerBeschleunigungs-Elektrode   in einer Verbindung enthält, welche eine gute Kühlwirkung ergibt, Fig. 6 ist ein Querschnitt einer Kathode mit Einschnitten oder Wellungen zur Erzielung einer grossen Emissionsfläche, Fig.

   7 und 8 sind jeweils die Ansichten der Querschnitte 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 entlang der Achse und im rechten Winkel zur Achse eines Mehrfach-Generators, welcher verschiedene thermoelektronische Generator-Einheiten in einer gemeinsamen Verbrennungskammer mit einem Vorwärmer (Economiser) enthält, Fig. 9 zeigt in einer Querschnittsansicht einen thermoelektrischen Generator zur Erzeugung von Wechselstrom, Fig. 10 ist ein Querschnitt eines thermoelektronischen Generators zur Erzeugung von Gleichstrom mit einem Hilfsmagnetfeld, das so angeordnet ist, dass es der Wirkung des Magnetfeldes des Entladestromes selbst entgegenwirkt und die Emission von Elektronen durch die Kathode unterstützt.   Fig. 11   zeigt eine abgeänderte Anordnung gemäss Fig. 10 zur Erzeugung von Wechselstrom, Fig.

   12 ist ein Schnitt durch die Haupt- und Hilfsentladeräume eines Teiles einer grossen thermoelektronischen Generator-Einheit, Fig. 13 ist die Ansicht der Kollektoren des Generators nach Fig. 12 und ihrer Strahlungsschirme, vom Entladungsraum aus gesehen, Fig. 14 und 15 sind Quer- und Teil-Längsschnitte einer Generator-Einheit mit einem Verbrennungsraum von annähernd elliptischem Querschnitt, Fig. 16 und 17 sind Quer- und Längsschnitte einer Mehrfach-Einheit, bestehend aus Einheiten der in Fig. 14 und 15 gezeigten Art, zusammen mit einem Gegenstromvorwärmer (Rekuperator), Fig. 18 ist ein Querschnitt einer weiteren baulichen Abwandlung eines thermoelektronischen Generators, der den Ursprung des selbst induzierten Magnetfeldes darstellt, Fig.

   19 ist ein Teil-Schnitt durch eine weitere bauliche Abwandlung, bei der die Entladung in einem im wesentlichen vom Magnetfeld freien Raum stattfindet, Fig. 20 ist eine isometrische Aussenansicht einer ganzen Generator-Einheit dieser Art, Fig. 21 ist eine isometrische Darstellung in auseinandergezogener Anordnung, aus welcher ersichtlich ist, wie Strahlungsschirme für die in den vorhergehenden Darstellungen gezeigten Generatoren hergestellt werden können. Fig. 22 ist ein Schnitt durch eine weitereBauart einer Hilfsentladungsstrecke, Fig. 23 ist ein Schnitt durch einen thermoelektronischen Generator, der besonders geeignet für hohe Leistungsdichten ist.

   Fig. 24 zeigt einen Teil 
 EMI3.1 
 ist eine teilweise freigelegteDraufsicht auf die   inFig. 24 gezeigte Vorrichtung, Fig. 27   zeigt eine weitere Bauart eines Mehrfach-Generators im Längsschnitt, Fig. 28 zeigt eine Abwandlung der Bauart nach Fig. 23 bis 26, Fig. 29 ist ein Diagramm des Verlaufs des Kollektorstromes in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung bei Einrichtungen der in den   vorhergehendenDarstellungen gezeigten Art, Fig. 30   zeigt das Verhältnis zwischen den Kollektorströmen und den Strömen in der Hilfsentladungsstrecke, Fig. 31 stellt die StromSpannungs-Kennlinie der Hilfsentladungsstrecke dar. 



   Es ist bekannt, dass der Spannungsabfall einerGasentladungsstrecke mit Glühkathode wesentlich durch das Erfordernis der Erzeugung genügend vieler Ionen zur Neutralisierung der Raumladung im ganzen Entladungsraum bestimmt ist. Die niedrigsten Spannungsabfälle wurden bisher in Cäsium-Lichtbogen erreicht und waren von der Grössenordnung von 1 Volt für niedrige Stromstärken und stiegen für höhere Stromstärken auf über 2 Volt an. 



   Bei den zu beschreibenden Ausführungsbeispielen werden Ionen durch Elektronen-Aufprall auf die Gasfüllung erzeugt. In den in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen werden die Ionen in einer Hilfsentladungskammer hinter dem Kollektor erzeugt. Der Kollektor ist durchlöchert,   d. h.   über einen Teil seiner oder über seine ganze Fläche mit einer Anordnung feiner Löcher versehen. Die Elektronenentladung vom Emitter zum Kollektor ergibt das Hindurchgehen von Elektronenstrahlen durch die Kollektorlöcher in die Hilfskammer, in welcher die Elektronen das darin befindliche Gas durch   Aufpr ll   ionisieren. Die Ionen treten durch die Kollektorlöcher in die Hauptkammer ein und neutralisieren die Raumladung. Die Hilfsentladung kann mit Gleichstrom, Wechselstrom oder Hochfrequenz vorgenommen werden.

   Bei dieser Anordnung ist der Spannungsabfall im Gasraum auf sehr kleine Werte herabgesetzt. 



   Der Wirkungsgrad N eines thermoelektronischen Generators ist durch die folgende Formel gegeben : 
 EMI3.2 
 wobei AE und AK die Elektronenaustrittsarbeit des Emitters und des Kollektors, AUin und AUE den Spannungsabfall am ohm'schen Innenwiderstand und an der Entladungsstrecke,   AU,   den Spannungsaufwand für Ionen,   AEK   den Verlust an kinetischer Energie der Elektronen am Kollektor, AQ den Verlust durch Wärmeleitung und AS den Verlust durch Strahlung bedeuten. 



   Der Zähler des vorstehendenBruches kann als die wirksameKlemmenspannung gedeutet werden,   d. h.   als die im äusseren Stromkreis   jeAmpereEmissionsstrom   verfügbare Nutzleistung. Zur Erläuterung des er-   reichtenFortschrittes. sei   ein mit einem Emitter bei   1500-1600 C   und mit einem Kollektor bei 100-200 C arbeitender Generator betrachtet. Wenn eine zufriedenstellende Emission erreicht werden soll, so kann die Austrittsarbeit des Emitters nicht mehr als ungefähr 3 Volt betragen, während bei den bekannten Stof- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 fen die Austrittsarbeit des Kollektors nicht unter etwa 1, 2 Volt herabgesetzt werden kann.

   Der optimale innere   ohm'sche Widerstandsabfall,   welcher den besten Kompromiss zwischen dem Verlust an Klemmenspannung und dem Verlust durch Wärmeschwund durch den Leiter vom Glühemitter zur niedrigeren Temperatur darstellt, liegt bei ungefähr 0, 05-0, 1 Volt. Folglich liegt die grösstmögliche Klemmenspannung bei einem Spannungsabfall 0 in der Entladungsstrecke und bei zur Neutralisation ausreichenden Ionen, welche bei Null-Leistung erzeugt werden, bei ungefähr 1, 75 Volt. Es ist deshalb von grösster Wichtigkeit, den Spannungsabfall in der Entladungsstrecke sowie den Aufwand an Ionen so klein wie möglich zu halten. 



   Ein bekanntes Verfahren zur Durchschleusung eines starken Stromes durch einen Entladungsraum bei niedrigem Spannungsabfall ist der sog. anomale Niederspannungsbogen, welcher wegen des negativen   Anodenabfalls   seine eigenen Ionen mit einem Abfall liefert, der kleiner ist als die   Ionisationsspannung.   



  Der niedrigste mit einem Lichtbogen dieser Art je erreichte Abfall betrug 0, 8 Volt und wurde in einem Cäsium-Lichtbogen erreicht. Dabei bleibt eine grösste verfügbare Klemmenspannung von 0, 95 Volt bestehen. Bei einem weiteren bekannten Verfahren sind die zur Neutralisierung der Elektronenraumladung erforderlichen Ionen Cäsiumionen, welche durch Kontaktionisation an einer Glühelektrode erzeugt werden, wobei die Elektrode entweder der Emitter oder vorzugsweise eine dritte, elektrisch beheizte Elektrode ist. Theoretische Schätzungen ergeben einen günstigsten Wert von    0, 2   Watt als Aufwand für die elektrische Energie, welche zur Neutralisation bei einem Ampere Emitterstrom nötig ist. Veröffentlichte Versuchswerte liegen sehr viel höher.

   Durch eine Ionenentladung von einer Hilfskammer aus, wie oben beschrieben, ist es möglich, einen Betrag von   0,   1 und sogar von 0,05 Watt Energieaufwand je Ampere 
 EMI4.1 
 welcher das Quecksilber eine Ionisationsenergie von 10, 4 EV und das Argon eine solche von 15,7 EV hat. 



   Da dieser Aufwand vernachlässigbar ist, ist es möglich, die Verwendung von Cäsium zu vermeiden, das ein chemisch ungeheuer aktives Element und durchaus in der Lage ist, alle keramischen Stoffe, die für die Hülle der heissen Seite von thermionischen Generatoren mit Temperaturen in der Grössenordnung von
15000C oder mehr verwendet werden könnten, anzugreifen und zu zerstören. 



   Die Hilfsentladung erfordert für ihren Betrieb eine Spannung, die etwas unter der Ionisationsspannung der Gasfüllung liegt. Reines Argon braucht 10-12 Volt, Argon-Quecksilber-Mischung 7-10 Volt, Cäsium ungefähr 3 Volt. Etwas mehr ist für das Zünden der Entladung erforderlich. Zur Aktivierung der Hilfs- entladungen kann eine   kleinesammlerbatterie   vorgesehen sein, obwohl der Ausgang des Generators selbst zum Aufrechterhalten der Entladung verwendet werden kann. Wenn die Batteriespannung von der glei- chen Grössenordnung wie die Erhaltungsspannung ist, so kann die Zündspannung durch Unterbrechung des Stromes in einer Drossel in bekannter Weise erzeugt werden. Die Batterie kann ständig durch eine entsprechende Anzahl von in Serie geschalteten Generatoren wieder aufgeladen werden.

   Mit den richtigen Gasen und bei   geeigneten Gasdrücken   hat die Hilfsentladung eine leicht positive Kennlinie und ist so stabil, dass die Entladung ohne einen Serienwiderstand durchgeführt werden kann, obwohl ein kleiner Vorschaltwiderstand aus Sicherheitsgründen vorgesehen werden kann. 



   Wie oben festgestellt, können derartige thermoelektronische Vorrichtungen mit einer Edelgasfüllung besonders aus den schweren Gasen Argon, Krypton oder Xenon betrieben werden, oder mit Metalldämpfen, wie z. B. Quecksilber-Kadmium-oder Zink-Dampf, oder mit den Dämpfen der Alkalimetalle. Argon, Krypton und Xenon erzeugen stabile Hilfsentladungen in den Öffnungen des durchlöcherten Kollektors, z. B. einer Gaze, welche den Hauptentladungsraum mit dem Hilfsentladungsraum verbinden, und sie haben den Vorteil, dass sie der Bewegung langsamer Elektronen einen sehr kleinen Widerstand entgegesetzen.

   Quecksilber, Kadmium und Zink ergeben weniger stabile Hilfsentladungen, wegen der Tatsache, dass bei höheren Stromdichten eine Neigung zum Überwechseln von einem Ionisationsvorgang über die begrenzt beständigen Phasen auf einen Zweistufenvorgang besteht, was die Unbeständigkeitswirkung einer fallenden oder negativen Kennlinie hat. Eine sehr zufriedenstellende stabile Arbeitsweise wurde jedoch mit Mischungen von Argon und Quecksilber erreicht, worin Argon überwog, z. B. mit   Argondrücken   von 1 bis 2 mm Quecksilber und mit bei   50-1000C   gesättigtem Quecksilber.

   Die Alkalidämpfe Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium bewirken auch die Bildung von stabilen Entladungskennlinien, da ja die Alkaliatome keine metastabile Zustände besitzen ; ihre hohe chemische Aktivität macht ihre Verwendung jedoch bei den notwendigen hohen Temperaturen unerwünscht. Es ist ein wichtiger Vorteil, in der Lage zu sein, eine   leistungsfähige thermoelektronische   Umwandlung mit Hilfe von chemisch inaktiven Stoffen, wie Argon und Quecksilber, zu bewirken. 



   Das Verhältnis zwischen den Grössen der Emitter-und Kollektorflächen ist, wie vorher erläutert, ein wichtiges Ausbildungsmerkmal. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   Während eine kleine Kollektorfläche die Strahlungsverluste verringert und ihre Verwendung nicht aus- geschlossen ist, hat sie den Nachteil, den Spannungsabfall in der Entladungsstrecke wegen der Zusammen- drängung des Elektronenstromes bei Annäherung an den Kollektor zu erhöhen sowie den Nachteil eines sich bei höheren Strömen leicht ausbildenden positiven Anodenabfalls am Kollektor selbst. Es wurde gefunden, dass, während bei niedrigen Energiedichten der beste Kompromiss bei einem Verhältnis Kollektorfläche zu
Emitterfläche kleiner als 1 liegt, bei grossen Energiedichten das'Optimum sich auf die andere Seite von 1 verschiebt, d. h., es sind grosse Kollektorflächen zum Auffangen der grossen Ströme erforderlich.

   Wegen der mit   grösseren Strömen wachsenden Wichtigkeit   des Plasmawiderstandes müssen die Kollektorelektroden überdies so nahe wie möglich an der Kathode liegen. Kleine Abstände führen leicht zur Erhöhung der Wär- mestrahlungsverluste, aber diese Wirkung wird dadurch herabgesetzt, dass man der Kollektorelektrode eine zellenförmige oder kassettenähnliche Ausbildung mit rechtwinklig zum Emitter angeordneten Zellwänden gibt und die Zellenwände aus polierten, hoch reflektierfähigen Stoffen herstellt. Wie aus der oben ange- gebenen Leistungsgleichung ersichtlich, spielt nicht der Strahlungsverlust je Flächeneinheit des Emitters die Hauptrolle, sondern der Strahlungsverlust je Emissionsstromeinheit, und die Stromdichte wächst so stark, dass die Zunahme die erhöhten Strahlungsverluste mehr als ausgleicht. 



   Wechselstrom kann in einer geeignet ausgebildeten Generatoreinheit oder durch die Wechselwirkung von zwei Gleichstromgeneratoren erzeugt werden. Beispiele beider Arten werden unten beschrieben. 



   Thermoelektronische Generatoren vom Entladungstyp haben den Nachteil, dass sich leicht Magnet- felder parallel zu den Emitterflächen durch die erzeugten Ströme selbst aufbauen. Dieser Nachteil wird in der Nähe von Ausgangsklemmen in dem Masse grösser, wie der durch die Ausgangsklemmen gehende
Strom wächst, was die Elektronenemission von der Kathode in die betroffenen Teile ganz verhindern kann. 



   Diese sich parallel zum Emitter ausbildenden Eigenmagnetfelder, welche die Elektronenemission stark behindern, können durch ausreichende Verteilung oder Unterteilung des Ausgangsstromes vom Emitter und vom Kollektor oder durch Hinzufügen eines Magnetfeldes mit einer zum Emitter im wesentlichen senkrechten Komponente auf ein beliebiges gewünschtes Mass herabgesetzt werden. Diese Wirkung kann da- durch erreicht werden, dass man grossflächige Anodenanschlüsse gemeinsam für eine Gruppe einzelner Generatoreinheiten vorsieht und den Strom von einer Anzahl entlang der Peripherie dieser Anschlüsse angeordneter Punkte abführt, so dass das Entstehen starker Ströme in den Bereichen der Entladungsstrecken vermieden wird.

   Eine andere Lösung besteht darin, so zu bauen, dass eine Anzahl mit Zwischenräumen angeordneter Ausgangsleitungen von gesonderten Emitterteilen und von kleinen Kollektorgruppen vorgesehen ist, so dass die Ausgangsleitung unterteilt wird. Diese Leitungen können dazu benutzt werden, um die verhältnismässig dünnen und nahe aneinander angeordneten Seitenteile der Generatorhülle, wie in Fig. 23-26 gezeigt und im folgenden beschrieben, gegenseitig in Abstand zu halten und abzustützen. 



   Obwohl keramische Stoffe bekannt sind, welche bei hohen Temperaturen gasundurchlässig sind, wie z. B. geschmolzene Ton- und Zirkonerde und rekristallisiertes Siliziumkarbid, muss von all diesen Stoffen erwartet werden, dass sie bei Temperaturen von 1500 C und darüber wenigstens in kleinem Masse anfangen durchlässig zu werden, und auch dass sie langsam während ihrer Herstellung in sie eingeschlossene Gase freisetzen. Es ist deshalb vorteilhaft, thermoelektronische Generatoren mit einem ständig arbeitenden Pumpsystem zu versehen, vorzugsweise in Gestalt von Getterstoffen, wie z. B. Titan oder Zirkonium, welche auf einen Teil der zu beheizenden Oberfläche aufgebracht sind. Diese Vorkehrung hat wenig Einfluss auf die   Edelgas- oder Metalldampffüllung,   beseitigt jedoch die schädlichen Gase. 



   In Fig. 1 wird die Kathode 1 durch eine Wärmequelle, wie z. B. einen Brenner, auf eine für die Elektronenemission geeignete Temperatur erhitzt. Die Hauptentladung findet zwischen der Kathode 1 und einer Kollektorelektrode 2 statt, welche mit Löchern von geeigneter Grösse und Anzahl durchlocht ist. Die Hilfsentladung findet in einer Kammer zwischen dem Kollektor 2 und einer Hilfselektrode 4 statt, welche z. B. durch Luft, Wasser oder Öl gekühlt wird. Zur Kühlung des Kollektors 2 ist die Elektrode 4 mit Vorsprüngen versehen, welche von zwei durch dünne, gut wärmeleitende Lagen 5 elektrisch isoliert sind. 



   Von der Kathode 1 ausgesendet werden Elektronen ; durch den kleinen Spannungsabfall VD angetrieben, landen sie zum grössten Teil auf dem Kollektor 2. Ein kleiner Bruchteil der Elektronen dringt durch die Löcher 3 in den Hilfsentladungsraum ein, wo sie durch die grössere Spannung VA in Richtung auf die Anode 4 beschleunigt werden. Ein Teil dieser Elektronen erzeugt ionisierende Zusammenstösse mit den Gas- oder Dampfatomen   oder-molekülen   in diesem Raum, und ein Bruchteil der entstehenden Ionen dringt durch die Löcher in den Hauptentladungsraum ein.

   Unter richtigen Betriebsbedingungen hat der durch die Löcher fliessende Elektronenstrom die Form kleiner Strahlen, und die Elektronenraumladung führt die Ionen, so dass der Prozentsatz der ihren Weg durch die Löcher 3 findenden Ionen beträchtlich ist und von der Grössenordnung   501o   sein kann. Dies wird erreicht, wenn der mittlere freie Elektronenweg 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 weder grösser noch viel kleiner als die Tiefe des Hilfsentladungsraumes ist. Es sei noch bemerkt, dass bei kleinen Stromdichten die Gasdichte im   0 Hilfsentladungsraum   3-5mal grösser als im Hauptentladungsraum ist, weil die absolute Temperatur des Gases niedriger ist. Bei grossen Stromdichten neigt die Gasdichte im Hilfsentladungsraum dazu, abzusinken, weil die Entladung als lonenpumpe wirkt.

   In diesem Falle ist es vorzuziehen, Verbindungskanäle zwischen den erwähnten Räumen vorzusehen, durch welche das her- ausgepumpte Gas ersetzt werden kann, und dafür zu sorgen, dass eine Entladung durch die erwähnten Ver- bindungskanäle vermieden wird. 



   Um eine wirtschaftliche Arbeitsweise zu erreichen, muss die Hilfsentladung die erforderliche Anzahl Ionen mit dem   kleinstmöglichen Energieaufwand   bei der   erwähnten Entladung   liefern. Für Kathoden, welche reine thermische Emitter sind, wie z. B. alle reinen Metalle, ist es bekannt, dass das Optimum des Ionenstrom an der Kathode im Verhältnis      (m/M) zum Elektronenstrom steht, worin m die Elektronenmasse und M die Ionenmasse ist. Für Cäsium ist dieses Verhältnis 1 : 494, für Quecksilber l : 607. Bei zusammengesetzten Kathoden, wie z.

   B. aus Barium-, Kalzium- oder Thoriumoxyden, kann das Optimum höher liegen, weil eine übermässige   Ionenlieferung   ein elektrisches Gefälle an der Kathodenoberfläche erzeugt, was das Herausholen von Elektronen   unterstützt.   Wenn man beispielsweise Quecksilber nimmt, genügt es, etwa 1/50 der Elektronen in den Hilfsentladungsraum einzulassen, so dass das Verhältnis der Ströme   11   und   L an   den Elektroden 2 und 4, wie in Fig. 1 gezeigt, etwa 1 : 50 ist. Ein Spannungsabfall VA von 15 Volt genügt, um die erforderliche Anzahl Ionen, z. B. eines auf sechs Elektronen, d. h. ein Ion auf 300 Primärelektronen, zu erzeugen. Dies erlaubt einen   5 Obigen   Verlust an auf die Kollektorelektrode auftreffenden Ionen.

   Die meisten davon treffen auf den Kollektor auf, nachdem sie durch Zusammenprall mit Molekülen in den Hauptentladungsraum   zurückbefördert   wurden, und sie üben durch Ausgleichen der Raumladung in der Nähe des Kollektors eine nützliche Wirkung aus. Somit ist in diesem Beispiel 15/50 = 0, 3 W/A die in der Hilfsentladungskammer aufgewendete Energie. 



   Diese Energie kann weiter herabgesetzt werden, indem nur ein kleiner Gleichspannungsabfall in der   Hilfsentladungskammer   benutzt und diesem eine sehr hochfrequente Schwingung überlagert wird. Dieses Vorgehen ist in dem Masse wirtschaftlicher, wie das Fortschreiten des Elektrons zur Hilfsanode 4 verlangsamt wird, während es verschiedene Schwingungsperioden auf seinem Weg nach 4 ausführt. Die Wirkung ist so, als sei die mittlere freie Weglänge verkleinert, und bei gleichem Strom I, erzeugt ein grösserer Bruchteil der Elektronen vor Erreichen der Hilfsanode Ionen-Paare. 



   Die Erfahrung zeigt, dass der beschriebene Vorgang, bei dem Elektronenstrahlen aus den Löchern austreten, eine positive Kennlinie hat, was bedeutet, dass eine grosse Anzahl Löcher ohne Instabilität parallel arbeiten können, selbst wenn sich kein Widerstand zwischen der Hilfsspannungsquelle und der Elektrode 4 befindet. Es muss jedoch dafür gesorgt werden, dass eine Lichtbogenbildung durch die Löcher hindurch vermieden wird. 



   Dies wird dadurch vermieden, dass die Löcher ausreichend klein und in genügender Anzahl vorgesehen werden. Bei Edelgasen kann der Lochdurchmesser bis zu 0, 25 mm betragen, bei Quecksilber und Alkalidämpfen vorzugsweise nur halb so viel oder weniger. Die Erfahrung zeigt, dass das Verhältnis der Ströme 1/11 beim sachgemässen Betrieb kleiner als das Verhältnis der freien Flächen zur metallischen Fläche ist ;   es kann z. B. 1 : 50 sein,   wenn das Verhältnis der   Flächen     l :   10 ist. Als Beispiel. Bei Löchern von   0, 115 mm   Durchmesser,   d.   h., mit 0,01 mm2 freier   Fläche,   bedeutet dies, dass ein Loch von 0, 1   mm2   
 EMI6.1 
 



  Ein solcher Kollektor kann z. B. durch Photo-Ätzung verwirklicht werden, aber auch indem man ein Drahtnetz mit 32 Drähten je Zentimeter nimmt, und dieses so lange galvanisiert, bis die Lochdurchmesser auf 0, 115 mm oder etwa 0, 125 mm verkleinert sind. Eine Gaze mit 48 Drähten je cm ist ohne Änderung sehr geeignet. Schliesslich wird die auf diese Weise hergestellte durchlöcherte Kollektorelektrode wenigstens aufihrer dem Hauptentladungsraum ausgesetzten Fläche mit einem Überzug aus Stoffen geringer Austrittsarbeit versehen. Ein Weg zum Herstellen eines solchen Überzugs besteht darin, elektrolytisch durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Gaszersetzung ein Metall, wie Chrom, Wolfram oder Molybdän niederzuschlagen, es zu oxydieren und auf dem Oxyd ein Alkalimetall, wie Cäsium, vorzugsweise wieder oxydiert niederzuschlagen.

   Die beiden letztgenannten Verfahren finden automatisch in   einem Entladungs-   behälter statt, welcher Cäsium   enthält ;   folglich kann das Verfahren vor dem Zusammenbau beim Oxydieren der Unterlage abgebrochen werden, wenn Cäsium verwendet werden soll. 



   Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist weiter erläutert durch Fig. 2, welche ein Diagramm der elektrischen Potentiale im Gasraum und in den Leitungen zu den Elektroden darstellt.    Fem   ist der Fermipegel des Emitters, worunter das Raumpotential im Inneren des Metalls für die Leitungselektronen zu verstehen ist. Die Abhängigkeit dieses Pegels von der Temperatur des Metalles ist vernachlässigbar. Die Emitter- 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 oberfläche wirkt als Sperre für die Elektronen, deren kinetische Energie kleiner als die Austrittsarbeit   (Dein   ist. Ein Bruchteil der aus dem Innern des Metalls ankommenden Elektronen ist fähig, diese Sperre zu überwinden und wirkt dann als "Kopf" oder als E   M K,   durch welche diese Elektronen durch den übrigen Stromkreis getrieben werden.

   Diese ist jedoch nicht im ganzen im äusseren Stromkreis verfügbar. Zunächst muss man den Abfall VD im Gasraum abziehen. Dieser besteht hauptsächlich in einem kleinen Abfall an der Kathodenoberfläche in einer sehr dünnen Schicht von der Dicke S, da das für den Transport der Elektronen vom Emitter zum Kollektor erforderliche Gefälle sehr klein ist. Wenn die Kathode ein guter thermischer Emitter ist, kann der kathodische Abfallbereich selbst verschwinden ; bei übermässiger Ionenzulieferung, die z. B. den Wert (m/M) 1/2 übersteigt, was für die feldunterstützte Emission notwendig sein kann, wird er aber merklich sein. Am Kollektor fallen die Elektronen um    cpkoll, entsprechend   der Austrittsarbeit des Kollektors, auf den Fermi-Pegel Fkoll ab. Daher wird an diesem Punkt eine Energie von kola in Wärme umgewandelt.

   An der äusseren Belastung bleibt verfügbar die Klemmenspannung 
 EMI7.1 
 
 EMI7.2 
 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 



   Zum Zwecke der Erörterung sei angenommen, dass die andern Verluste durch Wärmeleitung drrch den festen Teil der Vorrichtung hindurch auf 22 Watt beschränkt seien. Im Prinzip können diese Verluste durch eine genügend weitgehende Wärmeisolierung auf jeden beliebigen Betrag herabgesetzt werden, ausgenom- men diejenige Wärme, welche vom Glühemitter durch die Leitung 14 zur Belastung fliesst. Diese kann nicht unter ein bestimmtes Minimum herabgesetzt werden, bei welchem die ohm'schen Verluste in diesem
Leiter gross werden. 



   Um einen guten Wirkungsgrad bei Wärmeverlusten von 50 Watt zu erreichen, darf der Strom in der
Vorrichtung nicht kleiner als ungefähr   20   Ampere sein. Bei einer Klemmenspannung von 1,5 Volt ergibt dies eine Nutzausgangsleistung von 30 Watt, während die gelieferte Wärme 3   X   20 = 60 Watt in Gestalt der vom Emitter durch die Elektronen abgeführte Wärme beträgt ; plus 50 Watt Verluste ist die Summe
110 Watt, so dass sich, ungerechnet der Aufwand für die lonenlieferung, ein Wirkungsgrad von   27, 2%   ergibt. 



   Wenn man eine Elektronenaustrittsarbeit von 1, 2 Volt für den Kollektor annimmt, so beträgt die ihm durch Elektronen zugeführte Wärme 20 X (1,2 + 0, 32)   = 30   Watt, wozu die vorher geschätzten 28 Watt   durch Strahlung und Wärmeleitung der Gase hinzugefügt   werden   müssen.   Folglich muss der Kollektor 2 mit einer Fläche von 3   cm   imstande sein, eine Wärmeleistung von etwa 60 Watt abzutühren, ohne auf eine viel über 3000C liegende Temperatur anzusteigen, bei welcher sein niedrige Elektronenaustrittsarbeit er- fordernder Überzug anfangen würde, Elektronen abzugeben. 



   . Um eine gute Kühlung zu erzielen, ist der perforierte Kollektor aus einem Metall guter Wärmeleit- fähigkeit, wie z. B. Kupfer, hergestellt, und ist durch metallische Leitwege von ausreichend dickem Quer- schnitt, wie in Fig. 3 gezeigt, mit einem grossen Deckel 15 verbunden, welcher dem Kühlmittel unmit- telbar ausgesetzt ist. Weiterhin ist zur Erhöhung der Kühlwirkung selbst in denjenigen Bereichen, welche nicht in unmittelbarer Berührung mit dem Kühlmittel sind, die elektrische Isolation zwischen 15 und dem metallischen Kranz 16 der Hilfsanode 4 als guter Wärmeleiter ausgebildet.

   Ein in der Technik bereits be- kannter Weg, um dies zu verwirklichen, besteht darin, einen oder mehrere mit Glasemail überzogene Me- tallunterlegringe 17 zwischen die erwähnten beiden Elemente einzufügen und die Emailüberzüge 5 zu verschmelzen, bis die Anordnung ein festes Ganzes wird. 



   Die Vorrichtung wird durch den Absaugstutzen 18 hindurch evakuiert, der vorzugsweise aus Metall ist, so dass die ganze Vorrichtung keine zerbrechlichen Teile enthält. Die Vakuumdichtung 19 zwischen dem   keramischen Gehäuse   7 und dem Deckel 15 wird vorzugsweise durch metallgeschützte Asbestunterlegringe bewirkt, wie sie in Zündkerzen verwendet werden, und wird z. B. emailverschmolzen oder mit den beiden festen Teilen hart verlötet, so dass der dünne Metallmantel des Unterlegringes die namhafte Belastung aufnehmen kann, die sich zwischen den beiden Teilen im Betrieb ergeben kann. 



   Fig. 4 zeigt eine andere Form des Hilfsentladungsraumes zwischen dem Kollektor 2 und der   Hilfs-   anode 4. Ein keramischer Körper 20 mit Öffnungen, die mit denen des Kollektors übereinstimmen, ist zwischen diese beiden eingefügt. Der Kollektor 2 kann eine dünne, auf die keramische Scheibe 20 aufgedampfte Metallschicht oder ein dünnes Blech sein, welches auf die Scheibe 20 aufgekittet und durch die Löcher hindurchgeätzt ist. Die Löcher im Kollektor 2 brauchen nicht zylindrisch zu sein ; konische Löcher, wie sie durch Ätzung erzeugt werden, erfüllen auch ihren Zweck. 



   Fig. 5 zeigt eine weitere Wahlform, bei der die Hilfsanode 4 selbst blinde, mit den Löchern im Kol-   lektor 2 übereinstimmende Löcher   hat und vom Kollektor 2 nur durch   eine dünne Schicht   5 aus geeignetem Isoliermaterial isoliert ist. Zusätzlich zu ihrer guten Wärmeleitfähigkeit hat diese Ausführung, wie auch die in der vorhergehenden Zeichnung gezeigte, den Vorteil, dass die einzelnen Kanäle im Parallelbetrieb besonders stabil sind. Wenn ein Kanal einen höheren Strom führt, wird das Gas oder der Dampf in ihm durch die ionische Pumpwirkung abgesaugt und die Stromstärke fällt.

   Der durchlöcherte Körper muss beim Evakuieren selbstverständlich in ausreichendem Masse von eingeschlossenen Gasen befreit werden, so dass der augenblicksweise erhöhte Strom nicht zu einer starken Freigabe von Oberflächengasen und damit zur Lichtbogenbildung führt. 



   Es ist noch möglich, die Emissionsfläche um den Faktor 2-4 zu vergrössern, entweder durch flache   zelIenförmige   Teilungen in der Nähe der Oberfläche oder, wie in Fig. 6 gezeigt, durch Ausrüsten der Kathodenfläche mit halbkugeligen oder fingerhutförmigen Wellungen 21. Eine weitere Vergrösserung ist durch Aufrauhen der Oberfläche möglich, z. B. durch Ätzen oder durch Abblasen mit Sand. Eine glatte Emitteroberfläche wird jedoch bevorzugt. 



   Fig. 7 und 8 zeigen Schnitte durch einen thermoelektronischen Generator, der mehrere Einheiten der in Verbindung mit Fig. 3 beschriebenen Art enthält. Eine Verbrennungskammer mit einer keramischen Hülle 10 von achteckiger Form ist mit einer Anzahl von Löchern versehen, die die Einheiten der beschrie- 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 benen Art aufnehmen. Die Verbrennungskammer enthält einen Brenner für den Brennstoff, welcher ein
Gas, eine verdampfte Flüssigkeit oder ein brennbarer Staub sein kann. Dieser Brenner besteht aus einem
Kanal 22 für den Brennstoff und aus einem Kanal 23 mit Düsen für das Oxydationsmittel, alles vorzugs- weise aus hitzebeständigen keramischen Stoffen. Die Verbrennung findet bei gleichbleibender Tempera- tur, z. B. bei 1600 C, statt.

   Die Wärme wird dabei durch die thermoelektrischen Einrichtungen in dem- selben Masse abgeleitet, in dem sie erzeugt wird. Daher haben die Absauggase immer noch eine Tempe- rator von   16000C.   Dies wird in einem Vorwärmer ausgenutzt, der sich vorzugsweise im Inneren des Ge- häuses 10 befindet und Wärmeaustauscher zur Vorheizung des Brennstoffes und des Oxydationsmittels auf eine so nahe wie möglich an die Temperatur der Verbrennungskammer heranreichende Temperatur ent- hält, z.   B.   in Form von Rohrwendeln 25, 26. 



   Fig. 9 ist eine thermoelektronische Vorrichtung für die unmittelbare Erzeugung von Wechselstrom. 



   Dieses Verfahren besteht darin, dass in einem thermoelektronischen Generator wenigstens zwei Kollektor- elektroden mit einem Emitter zusammenarbeiten, wobei die Kollektoren abwechselnd eine niedrigere und eine höhere Spannung gegenüber der Kathode haben und der Strom zu jeder Zeit mit dem niedrige- ren Potential fliesst, weil der Weg zum andern durch ein Magnetfeld gesperrt ist. 



   In Fig. 9 sind zwei Kollektoren 2 und   2'den   beiden Hilfsanoden 4 und 4'zugeordnet. Die Teilung der Hilfsanoden in zwei Teile ist, obwohl brauchbar, nicht wesentlich. Der Vorrichtung ist ein m-för- miges Magnetjoch 27 zugeordnet, welches zwei Wicklungssysteme   trägt.   Eins davon, 28,   28',   wird durch
Gleichstrom erregt, das andere, 29,   29',   durch Wechselstrom. Wenn die Vorrichtung nur bei einem be- stimmten Strom arbeiten soll, kann das erstgenannte der beiden Stromsysteme durch eine Dauermagnet- sierung ersetzt werden. In dem dargestellten Augenblick verstärken sich die beiden Stromsysteme gegen- seitig in dem dem Kollektor zugeordneten magnetischen Kreis auf der rechten Seite, während sie auf der linken Seite einander entgegenwirken und sich aufheben.

   Folglich wird den Elektronen der Zugang zum
Kollektor 2* versperrt, da sie diesen Kollektor nur bei Durchquerung eines starken Magnetfeldes erreichen könnten, während sie sich zum Kollektor 2, wie durch die Elektronenbahnen in Fig. 2 dargestellt, von fast allen Teilen der Kathode aus frei hinbewegen können. Die Wirkung kann noch verstärkt werden durch
Anlegen einer Beschleunigungsspannung nur an die Hilfskathode, welche die Wirkung des im Augenblick wirksamen Kollektors unterstützt,   d. h.   im dargestellten Falle an 4. Hiedurch wird der Strom gezwungen, nur zu dem Kollektor mit der niedrigeren Spannung zu fliessen, und die Vorrichtung wirkt als Wechselrichter, d. h. als Generator für Wechselstromleistung. 



   Während im allgemeinen die Leistungsfähigkeit von Antriebsmaschinen mit zunehmender Grösse ansteigt, entsteht bei grossen thermoelektronischen Gasentladungsgeneratoren die Schwierigkeit, dass grosse
Entladeströme ein magnetisches Feld erzeugen, welches die Stromstärken begrenzt und den Spannung- abfall erhöht. Dies erfolgt hauptsächlich wegen der Wirkung des Magnetfeldes nahe der Kathode. Eine starke Komponente des Magnetfeldes parallel zur Kathodenoberfläche hat das Bestreben, das Elektron zurück in die Kathode umzulenken. Diese Wirkung kann durch Hinzufügen eines magnetischen Feldes mit einer im rechten Winkel zur Kathodenoberfläche verlaufenden Komponente vermindert werden. Die Elektronen fliessen dann in einer Richtung leichten Austritts entlang den Feldlinien. 



   Fig. 10 zeigt die Anwendung eines solchen Magnetfeldes im Falle einer der in Fig. 3 gezeigten ähnlichen Gleichstromvorrichtung. Ein"Topf-Magnet ist am oberen Ende der Vorrichtung angeordnet er besteht aus einem Kern 30 über den Elektroden 2 und 4 und einem Ringmantel 31, welcher durchlöchert ist, um dem Kühlmittel einen Zugang zu ermöglichen. Der Magnet kann durch Gleichstrom erregt oder ein Dauermagnet sein. Man sieht, dass der magnetische Fluss die Kathodenoberfläche annähernd rechtwinklig kreuzt und so das für das Austretenlassen der Elektronen erforderliche zusätzliche Feld bildet. Dieses Feld ist überdies dort am stärksten, wo das am notwendigsten ist, nämlich nahe dem Oberteil des Kathodenhohlraumes, wo der Elektronenstrom am stärksten und deshalb das Eigenfeld dieses Stromes am grössten ist.

   Dieses Eigenfeld verläuft in Kreisen um die Drehachse, so dass es für sich allein überall parallel zur Kathodenfläche verlaufen würde. Das Hinzufügen des Hilfsmagnetfeldes bewirkt, dass das sich ergebende Feld in Wendellinien verläuft, welche alle in den Kollektor 2 hinein zusammenlaufen. Man sieht, dass der magnetische Fluss den Elektronen auf dem ganzen Wege eine Führung gibt. Es hat auch insofern eine vorteilhafte Wirkung, als er die Elektronen daran hindert, nach der Strahlungsabschirmung 13 hin zu wandern, welche sich deshalb auf eine positive Spannung auflädt, bis sie alle oder wenigstens einen grossen Teil der Ionen abstösst. Insofern ist das Magnetfeld auch unter dem Gesichtspunkt der Ioneneinsparung nützlich. 



   Fig. 11 zeigt die Verwendung eines senkrecht zum Emitter verlaufenden Magnetfeldes bei der Erzeugung von Wechselstrom. Das Entladungsgefäss selbst ist dasselbe wie in Fig. 9. Das Magnetsystem besteht 

 <Desc/Clms Page number 10> 

 aus einem Mantel 31 wie vorher, jedoch mit zwei Kernen 30, 30', welche den beiden Kollektoren 2,   2'   zugeordnet sind. In dem gezeigten Augenblick führen die Wicklungen des Kernes 30 den Maximalstrom, während 30'einen kleineren Strom gleichen Vorzeichens führt, der so bemessen ist, dass der Streufluss un- wirksam gemacht wird, der von 30 nach 30'eindringen würde, wäre   30'nicht erregt.   Der magnetische
Fluss ist daher ähnlich dem in Fig. 10 gezeigten, mit der Ausnahme, dass er zur Achsrichtung etwas ver- setzt ist.

   Folglich können Elektronen von fast der ganzen Kathodenoberfläche ausgestossen werden und frei entlang den Linien des magnetischen Flusses zum Kollektor 2 fliegen, während ihnen 2'durch den vor dieser Elektrode quer verlaufenden magnetischen Fluss versperrt ist. Während der nächsten halben Periode wechselt der Fluss vom Kern 30 zum Kern 30'über und der Elektronenstrom fliesst nach   2'.   



   Die Hilfsmagnetfelder, wie in Verbindung mit Fig. 10 und 11 beschrieben, sind besonders geeignet für grosse thermoelektronische Generatoreinheiten, welche andernfalls nicht leistungsfähig betrieben wer- den könnten. Man betrachte z. B. eine Einheit mit einem Kathodendurchmesser von 10 cm, einer Tiefe von 15 cm. einer Emitterfläche von 450 cm2 und einem Strom von 650 Ampere, die eine Ausgangslei- stung von rund 1 kW hergibt. Dieser Strom erzeugt im Hals,   d. h.   am oberen Rand der Kathode, ein Ma- gnetfeld von 0,2 x 650/5 = 26 Gauss.

   Dieses würde für sich allein die Elektronen mit der mittleren ther- mischen Energie, mit der sie von einer Kathode bei etwa   18000K   emittiert werden, auf Kreisbahnen von etwa 0,5 mm Halbmesser bringen, so dass die Emission fast auf Null absinken würde, wenn nicht ein star- kes elektrisches Feld angewendet wird. Durch Hinzufügen eines Hilfsfeldes mit einer senkrechten Komponente von 26 Gauss bildet das resultierende Feld aber einen Winkel von 450 mit der Senkrechten auf der
Kathode, und in dieser Richtung können sich die Elektronen frei von der Kathode hinwegbewegen.

   Ver- glichen mit dem theoretischen, feldfreien Fall wird die Raumladung der Elektronen bei gleichem Strom um den Faktor 2 = 1, 414 erhöht, als ob ihre Masse verdoppelt   würde, und   eine überschüssige Zufuhr von 41, 4% Ionen stellt die Stromkennlinien einer theoretisch feldfreien Anordnung vollständig wieder her. Die grössere Ionenzufuhr, die an der Kathode erforderlich ist, wird wenigstens teilweise durch die bessere Ionenausnutzung ausgeglichen, da, wie vorher erläutert, nur sehr wenige Ionen an der inaktiven Kollektorelektrode verlorengehen. 



   Es bestehen viele Wahlmöglichkeiten für Schaltungsanordnungen mit den oben beschriebenen Einheiten. Die für den Betrieb der Hilfsentladung und für die magnetischen Steuerungen erforderliche Energie wird gewöhnlich vom Generatorausgang abgenommen, obwohl es erwünscht sein kann, kleine Akkumulatoren als Energiequellen vorzusehen. 



   Zum Beispiel können die in Reihe geschalteten Ausgänge von zehn Generatoren die für die Hilfsentladung erforderlichen 15 Volt entweder unmittelbar oder durch Aufladen eines Akkumulators liefern. 



   Fig. 12 ist ein Querschnitt eines thermoelektronischen Generators mit einer grossflächigen Emitterelektrode oder Kathode 41, welche von aussen (in der Zeichnung von unten) durch Gasflammen od. dgl. beheizt wird. Gegenüber der Kathode befindet sich eine Anordnung durchlochter Kollektorelektroden 42',   42",     42"'und   zugehöriger Beschleunigungselektroden oder Anoden   44', 44"und 44'".   Der Rest der Hülle 64 ist gegen die Kathodenwärmestrahlung durch eine unten beschriebene Wärmeabschirmung geschützt.

   Die Kollektoren 42 können entweder Teile der Vakuumhülle 64 bilden, wie bei 42" gezeigt, oder sie stehen in elektrischer und wärmeleitender Berührung mit ihr, wie im Falle der Gazeelektroden   42'oder   der hülsenförmigen Elektroden   42sag   während die Anoden von ihnen durch dünne Lagen eines geeigneten Isolators 45, z. B. aus Emailglas, isoliert sind. Die Hülle 64 steht in unmittelbarer Berührung mit einem Kühlmittel. 



   Ein weiteres Element der Vorrichtung ist eine Strahlungsabschirmung 46, welche aus einem steifen Metallblech 47 und aus einer Anzahl sehr dünner Metallfolien 48 besteht. Der Zweck dieser Abschirmung ist es, den Wärmeübergang von der Kathode auf Bereiche der Umhüllung ausserhalb der Kollektoren zu unterbrechen. Die Abschirmung ist durch das Anbringen der dünnen Metallfolien in loser Aufschichtung, ohne dass die Folien in inniger Berührung miteinander stehen, wärmeisolierend gemacht. Bei der in der Zeichnung links gezeigten Ausführung ist dies durch Anschweissen der Folien 48 an die Unterlage 47 nur an den Kanten der Löcher im Blech 47 erreicht ; nach der Zeichnung rechts ist derselbe Zweck durch Ösen 49 erfüllt, welche die Bleche halten, ohne sie zusammenzudrücken. Der Abstand zwischen den Folien ist durch Ankörnungen, Ausdrückungen oder Wellungen gesichert.

   Eine besonders geeignete Ausführung wird später in Verbindung mit Fig. 21 beschrieben. 



   Fig. 13 zeigt die Kollektorelektroden von der Kathode her durch in der Wärmeabschirmung 46 vorgesehene Löcher gesehen, welche ein wenig grösser als die Lochbereiche der Kollektoren 42 gemacht sind, so dass ein Rand aus undurchlochtem Metall um jedes   Kollektorelement herum   freibleibt. In den vier links gezeigten Elementen-Reihen sind die Hilfselektroden oder Anoden   44', 44" kanalförmig,   während 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 
 EMI11.1 
 
Einheiten sind in in der Hüllenwand 64 vorgesehene Öffnungen eingelötet oder eingeschweisst. 



   Bei einer bevorzugten Arbeitsweise lässt man die aus den Blechen 47 und den Folien 48 zusammen- gesetzte Wärmeabschirmung elektrisch unbestimmt. 



   Sie nimmt deshalb ein etwas unter dem der Kathode 41 liegendes Potential an und sammelt Elek- tronen und Ionen in gleicher Anzahl. Da der Ionenstrom nur einen sehr kleinen Bruchteil des Elektronen- stromes ausmacht, geht weniger als   10/0   der Elektronenemission der Kathode an der Wärmeabschirmung verloren, während der Rest an die Kollektorelektroden fliesst. 



   Die oben beschriebene Anordnung ist leicht herzustellen und schafft einen Generator mit sehr ver- bessertem Wirkungsgrad, weil der Wärmefluss zwischen Kathode und Kollektor nur dort stattfindet, wo er von einem Elektronenstrom begleitet ist. Die mathematische Analyse zeigt, dass der Leistungsgewinn am höchsten ist, wenn die der Kathode am nächsten liegende Folie des Stapels 48 geschwärzt wird, d. h. ein guter Wärmeabsorber ist, während die inneren Bleche ebenso wie die Unterlage 47 aus hochpoliertem
Metall bestehen oder mit Stoffen hoher Reflexionsfähigkeit, wie Aluminiumoxyd oder Magnesiumoxyd überzogen sind.

   Der Grund für die Überlegenheit dieser Ausführung im Vergleich mit einer, in welcher das oberste Blech auch ein guter Reflektor ist, liegt in der Tatsache, dass die thermische Strahlungsdichte durch die Absorber herabgesetzt wird, während sie in dem Falle, in dem das obere Blech ein guter Re- flektor ist, um den Betrag erhöht wird, welcher wiederholt zwischen der Kathode und der Wärmeabschir- mung reflektiert wird. 



   Fig. 14 ist ein Querschnitt und Fig. 15 ein Längsschnitt durch einen thermoelektronischen Genera- tor, der aus mehreren der in Fig. 12 und 13 gezeigten Vakuumanordnungen besteht. Die Kathode 41 ist ein Rohr von elliptischem Querschnitt ; eine zweckmässige Form, welche eine hohe Packungsdichte der einzelnen Anordnungen zu erzielen gestattet. Das Rohr 41 besteht vorzugsweise aus einem Material, wie undurchlässiges Aluminiumoxyd, hergestellt und trägt auf seiner   Aussenfläche   eine als Emitter oder Ka- thode dienende leitende Schicht. Das Ganze ist von der Hülle 64 umgeben, die aus zwei Hälften besteht und auch elliptisch ist. Die beiden Hälften der Hülle können z. B. durch Pressen aus Metallblech hergestellt werden. In der in Fig. 15 gezeigten Ausführung bilden die Hilfsanoden 44 hervorstehende Teile der
Hülle 64.

   Die Kollektoren 42 haben die Form einer durchgehenden Gaze, die von der Hülle elektrisch isoliert, jedoch in gut wärmeleitender Berührung mit ihr ist, und die an der Hülle mittels einer dünnen Lage eines Materials, wie Emailglas, angebracht ist. Die Wärmeabschirmung 46 ist an die Gaze vorzugsweise angekittet, wobei wieder eine dünne Zwischenlage aus Emailglas   od. dgl.   benutzt ist. Wärmeleitung zwischen dem heissen mittleren Rohr 41 und der kalten Aussenröhre 64 findet nur an den Enden statt ; sie kann durch Befestigen der Aussenröhre auf einem gewellten Flansch 50 verringert werden, der seinerseits mit Hilfe eines elastischen Metallbalges 51 befestigt ist (Fig. 15). 



   Fig. 16 und 17 sind schematische Quer- bzw. Längsschnitte durch eine Energieerzeugungseinheit, die aus einer Anzahl thermoelektronischer Generatoren der beschriebenen Art zusammengesetzt sind. Die Generatoren sind in einem sechseckigen Gehäuse 52 untergebracht, durch welches ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel umläuft. Die keramischen Innenrohre 41 enthalten konzentrische Rohre 53,54 für den Brennstoff und das Oxydationsmittel und öffnen sich am Ende zu Flammendüsen 55. Auf diese Weise werden der Brennstoff und das Oxydationsmittel in den Verbrennungsrohren selbst auf ihre Endtemperatur erhitzt, Die austretenden Verbrennungsgase strömen in den Gegenstromvorwärmer 56, in welchem sie ihre Wärme an den Brennstoff und das Oxydationsmittel abgeben. Die Bauart solcher Gegenstromvorwärmer ist in der Wärmetechnik wohlbekannt. 



   Während die Ausführung, soweit sie bisher beschrieben wurde, für die Herstellung in grossen Einheiten an sich geeignet ist, hat sie noch den thermoelektronischen Gasentladungs-Generatoren eigentümlichen Nachteil, dass grosse Einheiten wegen der durch die thermoelektronischen Ströme selbst erzeugten Magnetfelder geringeren Wirkungsgrad besitzen. 



   Dies wird an Hand der Fig. 18, welche einen Schnitt durch eine Generatoreinheit darstellt,   erläutert.   



  Angenommen, dieses Element befinde sich irgendwo in der Nähe der Stromanschlüsse, so führen die Kathode 41 und die Hülle 64 den grossen Strom I, der durch die weiter im Inneren des Generators befindlichen Elemente geliefert wird. Diese Ströme erzeugen ein Magnetfeld H, wie in Fig. 18 gezeigt. Wenn z. B. der Strom I von der Grössenordnung 1000 Ampere ist und die Abmessung der Vorrichtung rechtwinklig zur Zeichnung z. B. 25 cm beträgt, so hat das magnetische Feld eine Stärke von ungefähr 100 Oersted, was hoch genug ist, um den Austritt fast aller Elektronen aus der Glühkathode 41 zu verhindern. 



   Diese grundlegende Schwierigkeit wird durch die in Fig. 19 im Schnitt gezeigte Ausführung über- 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 wunden, in welcher 57 eine nicht leitfähige keramische Umhüllung aus undurchlässigem Aluminiumoxyd od. dgl. ist, Die Kathoden 41 sind aus   V-förmigen   Metallblechen gebildet, welche an ihrem Scheitelpunkt mit einem den Kathodenstrom I führenden Metallblech 58 verbunden sind. 



   Die Verbindung mit den Kathoden kann entlang der ganzen Peripherie der Platte 58 hergestellt werden, so dass das Entstehen starker Ströme in irgendeinem ihrer Teile und das dadurch hervorgerufene Entstehen unnötig kräftiger Magnetfelder in den Bereichen der Entladungswege vermieden wird. Die Kathodenble- che 41 aus dünnem Metall können z. B. an ihrem Scheitelpunkt an das Blech 58 angeschweisst sein und befinden sich in enger wärmeleitender Berührung mit dem keramischen Stoff 57. Dies kann, wie beschrie- ben, z. B. durch Anschweissen der Metallteile, Überziehen der Bleche 41 mit einer keramischen Paste und Aufpressen dieser auf die Umhüllung 57 erreicht werden, wobei das Ganze einem weiteren Brennpro- zess zwecks Erhärtung der keramischen Paste unterworfen wird. 



   Man sieht, dass bei dieser Bauart der Hauptentladungsraum zwischen den Emittern 41 und den Kol- lektoren 42 sich ausserhalb des zwischen den starken, zwischen 58 und der Hülle 64 umlaufenden Strö- men I erzeugten Magnetfeldes befindet, wodurch es möglich ist, z. B. indem man der Vorrichtung eine zylindrische Form gibt, sicherzustellen, dass der Weg des Flusses im wesentlichen in sich geschlossen ist, so dass ein Streufluss oder Rückfluss nicht merklich in den Entladungsraum eindringt. Um zu verhindern, dass dieses Feld die Hilfsentladung im Raum zwischen dem Kollektor 42 und der Anode 44 beeinflusst, sind diese fingerhutförmigen Elektroden vorzugsweise aus ferromagnetischem Werkstoff, wie Weicheisen, hergestellt.

   Die Wärmeabschirmung ist im wesentlichen dieselbe wie bei der vorhergehenden Ausführung, mit dem Unterschied, dass das oberste Blech 18 des Abschirmstapels nun nicht elektrisch unbestimmt, sondern mit der Kathode verbunden ist. Da sich die Temperatur von 58 etwas von der der Kathoden 41 unterscheiden wird, ist es vorzuziehen, die Unterfläche von 58 mit Elektronen emittierenden Stoffen zu überziehen, um so die erhitzte Oberfläche am besten auszunutzen. 



   Fig. 20 ist eine Aussenansicht eines thermoelektronischen Generators mit einer Innenbauart, wie sie an Hand von Fig. 19 beschrieben wurde. Es ist klar, wie man derartige Einheiten zu thermoelektronischen Generatoren beliebiger Grösse zusammensetzen kann. Es ist besonders zweckmässig, diese Rücken an Rücken anzuordnen, so dass zwei Flächen 57 der gleichen Wärmequelle ausgesetzt sind. 



   Fig. 21 zeigt eine Ausführung eines Stapels wärmeisolierender Metallfolien 48. Aus diesen sind in einem regelmässigen Muster Ausdrückungen herausgearbeitet, wie sie mit einem meisselähnlichen Instrument hergestellt werden können, derart, dass sich jeweils eine Ausdrückung 59 zwischen vier andern Ausdrückungen 60 im rechten Winkel dazu und zu der auf der gegenüberliegenden Seite der Folie befindet. Wenn ein derartiger Stapel aufgeschichtet wird, entsteht nur Punktberührung zwischen den Folien. Es besteht deshalb kein kurzer Wärmeleitweg von der einen zur andern Folie, mit der Ausnahme dieser Punkte, welche in aufeinanderfolgenden Folien zueinander versetzt sind.

   Ein   zweckmässiges Herstellungsverfahren   ist folgendes : Diese Folien werden zunächst mit Löchern zur Aufnahme der Elektroden 42 versehen, dann werden die Ausdrückungen hergestellt und schliesslich werden sie auf der Unterlage 58 übereinandergelegt, wobei sie durch eine Platte niedergehalten werden, die schwer genug ist, um guten Kontakt zu sichern, aber nicht so schwer, dass sie flachgedrückt würden. 



   Das Ganze wird dann einem Brennprozess bei einer Temperatur unterworfen, die ausreicht, um ein Verschweissen an den Berührungsstellen zu sichern. 



   Fig. 22 zeigt eine abgeänderte Form des Hilfsentladungsraumes, welche leistungsfähiger ist als die vorher beschriebene. Bei dieser Ausführung hat die Anode 44 die Form eines den Hilfsentladungsraum umgebenden Zylinders, während die obere Elektrode 62 nicht mit der Anode verbunden ist. Sie ist entweder mit der (nicht gezeigten) Kathode verbunden oder bleibt elektrisch unbestimmt. Infolgedessen können die durch die Locher des Kollektors 42 hindurchschiessenden Elektronen nicht auf 62 landen, sondern werden hin-und herreflektiert, bis sie Zusammenstösse erleiden, von denen ein bestimmter Bruchteil ionisierende Zusammenstösse sind. Während dieses Vorganges landet etwa die Hälfte der Ionen auf 62, aber die Leistungsfähigkeit wird noch erhöht, weil der Strom zur Anode 44 nur durch diejenigen Elektronen aufrecht erhalten wird, die Zusammenstösse erlitten.

   Diese Ausführung ist besonders vorteilhaft bei sehr niedrigen Drücken, weil die Länge des Hilfsentladungsraumes durch die zwischen 42 und 62 pendelnden Elektronen sehr wirksam ausgenutzt ist. 



   Fig. 23-26 zeigen einen thermoelektronischen Generator, welcher für hohe Strom-und Energiedichten und für grosse Einheiten besonders geeignet ist. 



   Bei hohen Stromdichten in der Grössenordnung von 1   A/cm2   oder mehr genügt der durchlöcherte Kollektorbereich, selbst wenn er durch nichtdurchlöcherte ringförmige Kollektorbereiche ergänzt ist, nicht zur Sammlung der grossen Ströme bei einem negativen Abfall zwischen dem Plasma und dem Kollektor, 

 <Desc/Clms Page number 13> 

 und es entwickelt sich ein positiver Spannungsabfall, welcher die Klemmenspannung und den Wirkungs- grad verringert, Ausserdem wird der Plasmawiderstand,   d. h.   der Widerstand gegen den Durchgang der
Elektronen wegen der hohen   Ionen-und Elektronenkonzentration   merklich gross, selbst in Gasen wie Ar- gon, dessen neutrale Atome einen sehr kleinen Querschnitt für langsame Elektronen haben.

   In thermo- elektronischen Umwandlern hoher Stromdichte ist es deshalb notwendig, diesen Widerstand durch Ver- grösserung der Kollektorfläche und durch Verkleinerung seines Abstandes vom Emitter zu verringern. 



   In Fig. 23 bildet eine keramische Platte 87 die beheizte Seite des Vakuumgehäuses. Die Platte 87 trägt den Emitter 1 in Form von Metallplatten oder leitenden Überzügen, die voneinander isoliert sind und von oben mit Strom versorgt werden, wie später beschrieben werden wird. Diesem Emitter steht in einer kurzen Entfernung, z. B. von der Grössenordnung 1 mm, die Kollektorelektrode gegenüber. Diese besteht aus einer durchlöcherten Platte 72 zusammen mit einem Zell- oder Honigwabenstruktur aufwei- senden Gebilde 73, mit dem sie in gut wärmeleitender Berührung ist. 



   Die vorzugsweise konischen Löcher in der Platte 72 sind durch eine feinmaschige Gaze 74 verschlos- sen. Die Einzelheiten sieht man besser in Fig. 24, welche eine vergrösserte Schnittzeichnung darstellt, und in Fig. 25, welche eine von der Emitterseite her gesehene Ansicht des honigwabenförmigen Gebil- des 73 ist. Das Gebilde 73 ist als aus Metallstreifen 73 bestehend gezeigt, die vorzugsweise hochglanz- poliert sind und hohe Reflexionsfähigkeit   haben) nd   die an die durchlöcherte Platte 2 hartgelötet oder an sie angeschweisst sind, welche Platte selbst vorzugsweise hochreflexionsfähig gemacht ist, z. B. durch
Elektropolieren. In der gezeigten Ausführung eh einer Fläche des Emitters 71 ein einschliesslich der
Flächen der Kollektorplatte 72 und der Streife 73 mehrfach, z. B. 3-6mal grössere Kollektorfläche ge- genüber.

   Vom Kollektor wird eine vergleichsw se kleine abgestrahlte Wärmemenge absorbiert, weil die
Flächen 23 rechtwinklig zum Emitter stehen ur   i   hohe Reflexionsfähigkeit haben, insbesondere für Strah- lungseinfall unter nahe beim   Glarizwinkel lieg, iden   Winkeln. 



   Auf ihrer dem Emitter 71 abgewendeten   S,   : te trägt die durchlöcherte Platte 72 ein Rippensystem 85, und an ihren Kanten ist sie mit einem Rand 6 versehen. Die Platte 72, die Rippen 75 und der Rand 76 schliessen zusammen mit der Hilfselektrode   8t   den Hilfsentladungsraum ein. Die Rippen 85 in Fig. 26 sind kürzer als die Entfernung zwischen den rechtwinklig zu den Rippen stehenden Teilen des Randes 76 und sind abwechselnd längsweise gegeneinander versetzt, so dass die Durchgänge zwischen den Rippen 75 so miteinander verbunden sind, dass sie einen mäanderförmigen Kanal bilden. Die Hilfselektrode oder
Anode 84 ist eine ebene Blechplatte, welche auf den Rand und die Rippen durch dünne Isolierschichten 75, vorzugsweise aus einem Glasemail, aufgekittet ist.

   Die Schichten 75 sind dünn genug, um die Wärme mit nur kleinem Temperaturabfall zum Kühlmittel abzuleiten, welches in Berührung mit der Platte 84 ist. 



   Bei dieser Ausführung bildet also der Hilfsentladungsraum einen einzigen durchgehenden Kanal. Dies hat den Vorteil, dass die Hilfsentladungen, die eine grosse Anzahl dünner, aus den Öffnungen 74 austretender Elektronenstrahlen bilden, leichter gleichzeitig erregt werden können, als wenn sie in getrennte Entladungsräume einschiessen würden. In der Zeichnung sind die Öffnungen in der Mitte der Zellen befindlich dargestellt. Obwohl dies vorteilhaft ist, könnte eine genaue Übereinstimmung der Zellen mit den Löchern schwierig zu erreichen sein, wenn das honigwabenförmige Gebilde als selbständiger Teil hergestellt wird, und sie ist nicht durchaus notwendig.

   Eine gute Wirkung wird auch erzielt, wenn die Löcher und die Zellen nicht genau übereinstimmen, in welchem Fall es jedoch vorzuziehen ist, 2-3 Löcher je Zelle vorzusehen, so dass wenigstens eines in oder nahe der Mittellage ist. 



   Die in den Zeichnungen dargestellte Ausführung kann durch maschinelle Herstellung der Platte 72 mit ihrem Rand 76 und ihren Rippen 85 aus einem Stück Metall oder durch ihre Elektroformung in einem Stück, oder durch ihre Formung durch Pressen oder mittels metallkeramischer Verfahren verwirklicht werden. Anderseits könnten die Platte 72 und ihr Zellstrukturgebilde 73 in einem Stück hergestellt und die Rippen und der Rand später angeschweisst oder hart angelötet werden. Schliesslich kann es auch vorteilhaft sein, mit 72 als ebener Platte zu beginnen, ihre Löcher durch Photoätzverfahren zu erzeugen und das Zellstrukturgebilde, die Rippen und den Rand später anzuschweissen oder hart anzulöten. 



   Im Rücken jeder Zelle des Gebildes 73 befindet sich ein Loch in der Platte 72 und eine die Durchgangsöffnungen bildende Gaze 74 über den Löchern, und jede Zelle bildet einen selbständigen Generator. 



  Mit jedem einzelnen Emitterabschnitt 71 arbeitet eine Reihe von Generatorzellen zusammen, die gemeinsame Ausgangsleitungen haben. 



   Bei dieser Bauart gehen die   Emitterausgangsleitungen   durch den Kollektor parallel zu einer grossen Anzahl getrennter Emittersegmente 71 hindurch. Die Rippen 85 tragen regelmässig wiederkehrend Rohrabschnitte 77. Jeder Rohrabschnitt 77 enthält einen Kathodenstab oder-leiter 78, vorzugsweise aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie Wolfram oder Molybdän, der am äusseren Ende mit einer Platte 79 

 <Desc/Clms Page number 14> 

 verbunden ist, die mit Durchbrechungen versehen ist, welche den Kühlmittelumlauf gestatten. Da die
Stäbe 78 nicht nur den Emitterstrom, sondern auch den Wärmefluss von der oberen zur unteren Temperatur leiten, muss ihr Querschnitt so bemessen sein, dass der Spannungsabfall in ihnen den günstigsten Wert von
0, 05 bis 0, 1 Volt hat. 



   Am beheizten Ende enden diese Leiter entweder in einer Vertiefung im keramischen Gehäuse, in welchem Falle sie mit einer Unterlegscheibe 80 ausgerüstet sind, oder sie bilden einen Gleitkontakt mit dem Emitter, in welchem Falle sie vorzugsweise mit kugeligen Enden 81 versehen werden, welche aus
Molybdän oder Wolfram durch Schmelzen der Drähte in einem Lichtbogen leicht hergestellt werden kön- nen. Die erste Ausführung erlaubt die Verwendung sehr dünner leitender   Emitterüberzüge     71,   erfordert aber eine   genaue Lageübereinstimmung,   bei der zweiten müssen etwas dickere Metallschichten verwendet werden, damit sie nicht durch den Gleitkontakt während der Wärmeausdehnung am Betriebsanfang und - ende durchgescheuert werden.

   Die relative Ausdehnung zwischen dem kalten Metallkollektor und dem beheizten keramischen Gehäuse kann sich auf 1-2% belaufen, es lässt sich jedoch zeigen, dass die Lei- ter 78 dünn genug gemacht werden   können,   um die Biegung auszuhalten, selbst bei ziemlich grossen Vor- richtungen. 



   Diese Bauart löst zwei Aufgaben in einem. Die erste ist die Unterdrückung der Eigenmagnetfelder, die andere besteht im Einstellen der genauen gegenseitigen Lage von Kollektor und Emitter. Es ist mög- lich, das keramische Gehäuse verhältnismässig dünn zu machen, weil die vom atmosphärischen Druck herrührenden Kräfte an einer grossen Anzahl gleichmässig verteilter Punkte von den Emitterleitern 78 aufge- nommen werden, welche den kleinen Spalt zwischen den Teilen 84 und 71 genau bestimmen. Eigenma-   gnetfelder.   d. h. die parallel zum Emitter liegenden Magnetfelder, welche die Elektronenemission sehr behindern, können durch genügende Unterteilung auf jedes gewünschte Mass herabgesetzt werden. Es sei z. B. eine Einheit von etwa 1 kW mit einem Gesamt-Emitterstrom von 1000 Ampere angenommen.

   Wenn der Emitter in 100 Segmente 71 aufgeteilt ist, führt jeder Leiter 78 nur 10 Ampere. Die magnetische Feldstärke Hkri., welche die Emission merklich stört, ist von der Grössenordnung 10 Oersted. Diese besteht innerhalb eines Kreises mit einem Halbmesser von nur 0,2 cm um den Leiter herum ; daher erstreckt sich die Störung nicht viel weiter als die Kühlwirkung des Kathodenleiters. Bei 100 Ampere im Leiter würde dieser kritische Halbmesser 2 cm betragen. Diese Bauart unterteilt also in der Tat grosse Umwandler beliebiger Grösse in kleine mit gutem Wirkungsgrad. 



   Fig. 23 zeigt auf der rechten Seite auch eine geeignete Bauart der Kanten grosser Einheiten. Das keramische Gehäuse hat einen Rand 92 von Z-förmigem Querschnitt, der durch die vorzugsweise auch aus keramischem Material bestehende, hervorstehende Leiste 91 des Befestigungsrahmens gegen das Heizmittel geschützt ist. Der Rand 92 ist auf der Leiste 91 unter Zwischenlage einer weichen Dichtung 82 aus Asbest od. dgl. befestigt. Zwischen der keramischen Hülle und dem Kollektorkörper ist ein dünner, aus elastischem Metall bestehender Balg 93 hart eingelötet. Bei dieser Bauart werden die hartgelöteten Zonen durch innige Berührung mit dem Kühlmittel kühl gehalten.

   Der grosse Kollektorstrom und der gleichermassen grosse Emitterstrom werden vorzugsweise an verschiedenen Stellen des Umfanges durch positive und negative Leitungen an jedem Punkt abgenommen, so dass die gleich grossen und entgegengesetzten Ströme sich hinsichtlich ihrer örtlichen Wirkungen aufheben und keine merklichen Magnetfelder im Entladungraum erzeugen. 



   Die ganze Bauart ist aus Fig. 26 verständlich, welche eine teilweise freigelegte Draufsicht im gleichen Massstab wie Fig. 23 darstellt. In der linken oberen Ecke sieht man die gelochte Platte 79, durch welche hindurch die Anodenplatte 84 sichtbar ist. 



   Im benachbarten Bereich sind beide freigelegt und der mäanderförmige Hilfsentladungsraum um die Rippen 85 herum ist sichtbar ; die Gaze 74 ist nicht gezeigt, und die Durchgangsöffnungen sind nur in einem Teil des Bereiches angedeutet. Daneben ist das Zell- oder Honigwabenstrukturgebilde 73 bei weggenommenem Kollektor 72 gezeigt. Im rechten unteren Teil ist die Ansicht des Emitters 1 nach Wegnehmen des ganzen Kollektors gezeigt. Der Emitter besteht aus z. B. sechseckigen Inseln 71 aus leitendem und emittierendem Material, wie thoriertes Wolfram oder Thorerde od. dgl., das auf einen hitzebeständigen Metallüberzug aufgebracht ist, welcher z. B. durch Aufstäuben oder durch chemisches Niederschlagen aus Flüssigkeiten oder Gasen erzeugt werden kann. Da hitzebeständige Metalle teuer sind, stellt ihre Anwendung in dünnen Lagen eine grosse Kostenersparnis dar.

   Diese Bauart ist auch für die Wiederinstandsetzung von Umwandlern geeignet, in welchen die Kathodenemission versagt hat, während die andern Bauteile eine fast unbegrenzte Lebensdauer haben und wieder verwendet werden können. 



   Als Beispiel : Eine Einheit dieser Bauart in der Grösse von 929 cm2 kann etwa 1 kW bei einer Emitterstromdichte von 1   A/cm2   und 4 kW bei 4 A/cm2 liefern. Jede beliebige Anzahl solcher Einheiten kann in 

 <Desc/Clms Page number 15> 

 grossen Generatoren kombiniert werden, wie sie z. B. in elektrisch betriebenen Fahrzeugen oder in Kraft- werken benutzt werden können. 



   Fig. 27 ist eine Schnittansicht eines thermoelektronischen Generators, in welchem eine Seite der
Hülle den Emitter 1 enthält, welcher durch eine keramische Wand hindurch auf eine hohe Temperatur erhitzt wird. Die gegenüberliegende Wand ist der Elektronen-Kollektor 2, der gefacht ist, um ihm eine grosse Oberfläche zu geben, und der in ein Kühlmittel eingetaucht ist. Die Kollektorwand hat Öffnun- gen, die mit einer Metallgaze 3 überdeckt sind. Jeder Hauptentladungsraum steht durch die Gaze hin- durch mit dem Hilfsentladungsraum innerhalb eines Hilfselektrodenfingerhutes in Verbindung, der vom
Kollektor 2 durch eine Schicht 5 aus Emailglas   od. dgl.   isoliert ist. Die Hülle enthält eine geeignete
Gasfüllung, wie Argon oder Xenon oder eine Mischung aus Argon und Quecksilber.

   Auf die Emitterober- fläche kann ein monoatomarer Film aus Cäsium oder einem andern Alkalimetall aufgebracht werden.
Dieser Film ionisiert nicht und ist nicht zum Verringern des Spannungsabfalles, sondern zum Verkleinern der Elektronenaustrittsarbeit des Kollektors vorgesehen. 



   Wenn die Kathode 1 aufgeheizt wird, fliesst nur ein unbedeutender Strom zum Kollektor 2, bis eine zum Auslösen der Hilfsentladung ausreichende Spannung an die Anode 4 gelegt wird, Aus den Löchern der
Gaze 3 schiessen dann Elektronen in feinen Strählchen heraus, welche sich zu einem etwas unscharfen
Strahl verbinden und ionisieren das Gas. Da die Anode dicht benachbart ist, wird der Anodenabfall ne- gativ, und deshalb und auch wegen der   Zweistufen-Ionisations-Wirkungüber   Metastabile, z. B. im Falle einer Argon-Quecksilber-Atmosphäre, kann die Hilfsentladung mit Spannungen unter der des Ionisations- potentials betrieben werden : bei etwa 12 Volt bei Argon, 7-10 Volt bei einer Argon-Quecksilber-Mi- schung und etwa 3 Volt bei Cäsium.

   Kurz gesagt, hat die Hilfsentladung in vieler Hinsicht denselben Cha- rakter wie die kathodische Glimmentladung einer beheizten Kathode. In der Tat befindet sich bei die- sen Vorrichtungen ein dunkler Raum zwischen Emitter und Kollektor, während in der Hilfsionisierungs- kammer ein Glimmen auftritt. Auf diese Weise wird ein grosser Strom bei niedriger Spannung durch den dunklen Raum vom Kollektor zum Emitter befördert. 



   Ein ziemlich grosser Bruchteil der in der Hilfsentladung erzeugten Ionen, bis etwa   zo   durchdringt die Löcher der Gaze und bewegt sich teilweise durch Diffusion, teilweise durch elektrische Förderung auf die Glühkathode und die Kollektorwände hin und neutralisiert die Raumladung. Ein Plasma einer Trägerdichte von der Grössenordnung 109-1012/cm3 wird (entsprechend dem Strom) mit einer bemerkenswert niedrigen Elektronentemperatur im Bereich von 0, 11 bis 0, 25 Volt,   d. h. 1000-2600 C, gebildet.   Die grössere Zahl liegt nur wenig über der der verwendeten Kathode-temperatur, welche ungefähr   19000C   betrug. Bei nicht zu grossen Strömen ist dies ein fast äquipotentielles, vollständig dunkles Plasma, da die Elektronen nie eine für die Zündung ausreichende Energie erlangen.

   Wenn die Kollektorfläche genügend gross ist, fliesst ein grosser Bruchteil des gesamten Emissionsstromes zum Kollektor, sogar bei der Potentialdifferenz Null zwischen den Oberflächen der Kathode und des Kollektors. 



   Es ist sehr leicht, den Mechanismus dieser Entladung zu verstehen, wenn man zwei wohlbekannte Ergebnisse der Entladungstheorie in Betracht zieht. Das erste dieser Ergebnisse stammt von der von Irving Langmuir durchgeführten Studien über die doppelten Raumladungshüllen, die sich ergeben, wenn eine Glühkathode in ein Plasma eingetaucht ist. Es entsteht dann eine negative Raumladung nahe der Kathode und eine positive Raumladung nahe dem Plasma. Bei gegebener Hüllendicke und gegebenem Spannungsabfall wird der grösste Strom durchgeleitet, wenn das Plasma 1 Ion für jeweils   (M/m) 1/2 emittierte   Elektronen liefert. Dies ist die Quadratwurzel aus dem Verhältnis der   Ionen-zur Elektronenmasse.

   Langmuir's   Ergebnis bedeutet, dass beim grössten Strom ein Argon-Ion höchstens   270   und ein Quecksilberion höchstens 605 Elektronen heranziehen kann. Wenn man dies mit Steenbeck's Prinzip verbindet, wonach die Entladung sich so ausbildet, dass bei einer gegebenen Spannung der Strom am grössten wird (oder umgekehrt, dass bei einem gegebenen Strom die Spannung am kleinsten wird), erlangt man eine befriedigende Erklärung für die erhaltenen Ergebnisse.

   Eine sehr dünne doppelte Raumladungshülle von der Grössenordnung 1 Mikron bildet sich vor dem Emitter, mit einem Abfall, der weniger als 0, 1 Volt sein kann, aber welches auch die Dicke oder der Abfall (die beide durch das Prinzip des kleinsten Gesamtabfalls von der Kathode zum Kollektor bestimmt sind) sein mögen, 1 Ion macht aus einer emittierenden Glühkathode gerade   (M/m) 1/2   Elektronen frei. 



   Wenn jedes Elektron, das durch die Gaze hindurch in die Hilfsentladungskammer fliegt, 1 Ion zurücksenden würde, und wenn dieses Ion auf der Kathode landen würde (so dass keine Ionen am Kollektor verloren gehen), würde der kleinste Hilfsstrom in Argon 1/270 des Kathodenstroms betragen, was im wesentlichen erreicht wurde. In einer Argon-Quecksilber-Mischung können Ionen mit dem beinahe vernachlässigbaren Aufwand eines Spannungsabfalles von 0, 1 Volt erzeugt werden. 

 <Desc/Clms Page number 16> 

 



   Fig. 28 zeigt eine Abwandlung der Fig. 23-26, bei der der Kollektor lediglich aus dem Honigwabengitter 73 und der Gaze 72 besteht, welche auf die Rückseite des Gitters aufgeschweisst ist ; die perforierte Kollektorplatte ist hier vollständig weggelassen. 



   In diesem Falle erstrecken sich die Rippen 85 zwischen an sie angeschweissten Gittern 72 über die ganze Tiefe des Kollektors, so dass durch die Rippen 85 Wärme vom Kollektor abgeleitet wird. 



   Wie gezeigt, können die Leiter 78 unabhängig von den Rippen 85 durch die Platte 84 hindurchgehen ; sie sind von der Platte 84 durch die Isolation 95 isoliert. 



   Die   Fig. 29, 30   und 31 sind Diagramme, welche die Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtungen darstellen. Fig. 29 ist ein Diagramm, welches den Kollektorstrom als Funktion der Ausgangsspannung der Vorrichtung zeigt. Diese Ausgangsspannung ist mit Vkoll bezeichnet, da die Kathodenspannung als Null angenommen ist, und sie ist negativ, wenn die Vorrichtung als thermoelektronischer Generator arbeitet. Die Kennlinie verläuft wie dargestellt und hat annähernd die Gestalt einer hyperbolischen Tangentialfunktion. Die Theorie zeigt und die Praxis bestätigt, dass die steilste Tangente an diese Kennlinie im Wendepunkt einerseits durch die Elektronentemperatur T und anderseits durch den Plasmawiderstand R bestimmt ist.

   Ein Versuch zeigt, dass in Vorrichtungen, die genügend klein sind, d. h., welche einen genügend kleinen Abstand zwischen der Kathode und dem Kollektor aufweisen, die Elektronentemperatur gleich der oder wegen Ionenbeschusses etwas höher als die   Kathodentemperatur ist,   Der Widerstand R ist im wesentlichen gleich dem oder etwas höher als der Widerstand, wie er sich aus dem theoretisch bekannten spezifischen Widerstand eines völlig ionisierten Gases errechnet. Es ist bekannt, dass dieser spezifische Widerstand seinerseits eine Funktion nur der Elektronentemperatur ist ; für eine Vorrichtung, die z. B. bei   15000C   arbeitet, ist er von der Grössenordnung 0,5 Ohm. cm.

   Es ist dieser ziemlich hohe spezifische Widerstand eines Plasmas, der es notwendig macht, grosse thermoelektronische Generatoren im wesentlichen aus einer Anzahl kleinerer Einheiten zusammenzusetzen. 



   Die Leistungsfähigkeit eines thermoelektronischen Generators wird auch durch das Verhältnis zwischen Emissions- und Kollektorfläche beeinflusst. Es wurde gefunden, dass die Klemmenspannung V einen Wert annimmt, der gleich dem Unterschied zwischen den Werten der Elektronenaustrittsarbeit von Kathode und 
 EMI16.1 
 bei einem Wert 1 des Stromesstrom Im verhält wie die Kollektorfläche zur Gesamtemissionsfläche. Dieser Umstand verlangt wieder nach einem Kompromiss in der Bauart. Der Wärmestrahlungsverlust ist am kleinsten, wenn der Kollektor sehr klein gemacht ist, aber in diesem Falle fällt der Punkt 10 in den flachen Teil der Kennlinie, und die verfügbare Klemmenspannung wird stark verkleinert. Ein guter Kompromiss wird mit einer Kollektorfläche erreicht, die zwischen 1/5 und 1/20 der Emitterfläche beträgt. Sie sollte nicht mehr als 1/3 der Emitterfläche betragen. 



   Fig.   30   zeigt die Beziehung zwischen Kollektorstrom und Anodenstrom. Diese Kennlinie verläuft fast linear, bis die Kathodensättigung einsetzt, wenn das Verhältnis zwischen   Kollektor- und Anodenstrom   den Wert 10 : 1 oder sogar 100 : 1 annimmt. Dies ermöglicht eine leichte Regelbarkeit thermoelektronischer Generatoren, bei denen eine Hilfsentladung verwendet ist. 



   Fig. 31 zeigt die Kennlinie der Hilfsentladung (Anodenspannung gegen Anodenstrom). Bei negativer Anodenspannung fliesst kein Strom. Im Arbeitsbereich der Entladung steigt der Spannungsabfall leicht mit dem Strom, d. h. die Kennlinie ist leicht positiv. 



   Der Widerstand der Wege vom Emitter zum Kollektor sollte so klein wie möglich gemacht werden. 



  Obwohl in andern Punkten die   Verhältnisse gleich   sind, spricht dies zugunsten kleiner Einheiten, denn wenn alle geometrischen Abmessungen vergrössert werden und die Stromdichte am Emitter konstant gehalten wird, steigt der Spannungsabfall proportional zum Vergrösserungsfaktor. Grosse Einheiten sollten Vereinigungen parallelgeschalteter kleiner Einheiten sein. 



   Das Verhältnis zwischen den Flächen des Kollektors und des Emitters sollte so gross wie möglich gemacht werden. 



   Der räumliche Winkel, den der Kollektor, vom Emitter gesehen, einnimmt, muss klein gehalten werden, und der Emitter muss möglichst solchen Flächen gegenüberstehen, die gute Wärmestrahlenreflektoren sind. Mit Kollektorwerkstoffen, die gut reflektieren, ist die Winkelbegrenzung weniger kritisch. 



   Der Entladungsraum muss insbesondere bei grossen Einheiten frei von Magnetfeldern der starken Ströme gehalten werden. 



   Das Obige sind geometrische Baugrundsätze, derer man eingedenk sein muss, ganz gleich, welche Werkstoffe benutzt werden. 



   Geeignete Werkstoffe sind folgende :
Gasundurchlässige keramische Werkstoffe für das umhüllende Gehäuse, die imstande sind, ein 

 <Desc/Clms Page number 17> 

 
Vakuum während eines längeren Betriebes bei   16000C   oder mehr zu halten, Kathodenwerkstoffe mit einer
Elektronenaustrittsarbeit von etwa 3 Volt, mit langer Lebensdauer bei einer Emission von der Grössenordnung mehrerer   A/cm2.   und so weiss wie möglich. Thoriertes Wolfram und Molybdän, Thorerde und verschiedene Karbide erscheinen zur Zeit als die meistversprechenden Werkstoffe. Kollektorwerkstoffe mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit und hoher   Reflexionsfähigkeit.   Mittels der oben beschriebenen Merkmale können der Aufwand für Ionen und der innere Spannungsabfall auf einen kleinen Bruchteil eines Volt verringert werden.

   Mit irgendeinem der angegebenen Werkstoffpaare (für den Emitter und für den Kollektor) wird der Wirkungsgrad sehr verbessert. Das Problem der Überwindung der beim Bau grosser Einheiten durch   das Eigenmagnetfeld   verursachten Schwierigkeiten ist ebenfalls gelöst worden. Es sind auch Generatoren beschrieben worden, die imstande sind, Wärme unmittelbar in Wechselstromenergie umzuwandeln. 



   Wichtige Anwendungsgebiete für derartige Generatoren sind folgende :
Bei Kraftwerken mit Gleichstromerzeugung und Umwandlung in Wechselstrom durch herkömmliche Umformer oder mit unmittelbarer Wechselstromerzeugung als Hilfsanlage zur Aufnahme der Spitzenlast ; in Hintereinanderschaltung mit Generatoren herkömmlicher Art für den Betrieb zwischen z. B. 1600 und   550 C,   um die Leistungsfähigkeit des Werkes zu erhöhen ; bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen, in welchen Gleichstromgeneratoren mit ihrem höheren Wirkungsgrad und mit billigerem Brennstoff verwendet werden könnten, zumal Reihenschluss-Gleichstrommotore ausgezeichnete Eigenschaften für Zugzwecke besitzen. 



   Ohne die verschiedenen Hilfsmittel zur Überwindung des Eigenmagnetismus ist die Querschnittsfläche einer Generatorzelle oder-einheit durch die Eigenmagnetisierung auf wenige Quadratzentimeter beschränkt. Das Neutralisieren und/oder Herabsetzen des Eigenmagnetismus auf einen Kleinstwert hat jedoch die Planung von Zellen mit Querschnittsflächen von der Grössenordnung 25-100 cm2 und einem Ausgang von bis zu 50 bis 100 Ampere je Zelle ermöglicht. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Thermoelektronischer Generator zur unmittelbaren Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, mit einer Elektronenentladungskammer, die eine Thermoelektronen-Emitterelektrode, eine Elektronen-Kollektorelektrode sowie eine unter einem Druck von wenigen Torr stehende Gas- bzw. 



  Dampffüllung enthält, ferner mit einer zur Ionisierung des   Füllgases   bzw. -dampfes dienendeR Hilfselektrode sowie mit Einrichtungen zum Beheizen der Emitterelektrode und zum Kühlen der Kollektorelektrode und mit elektrischen Leitungen zum Anschliessen eines Verbrauchers an die Emitter- und die Kollek- 
 EMI17.1 
 so angeordnet ist, dass eine Hauptentladungskammer   (zwischen'71 und 72,   73, Fig. 23) und Ionisierungkammer (zwischen 72 und 84,85, Fig. 23) gebildet werden, und dass beide Kammern nur durch die Perforierung der Kollektorelektrode (72, Fig. 23) miteinander kommunizieren.

Claims (1)

1. 2. Generator nach Anspruch 1 mit mehreren Generatoreinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse, einer gemeinsamen Beheizungseinrichtung für den Emitter, einer gemeinsamen Kühlausrüstung für die Kollektoren und gemeinsamen elektrischen Anschlüssen für Emitter bzw. Kollektoren, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsentladungsraum ein einziger durchgehender Kanal (zwischen 74 und 84, Fig. 23) ist.

   3. Generator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30, Fig. 10) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, das eine senkrecht zur Emitterfläche (1, Fig. 10) gerichtete Komponente aufweist.

   4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Oberfläche der Kollektorelektrode (n) (72,73, Fig. 23) grösser ist als die wirksame Oberfläche der zugehörigen Emitterelektrode (n) (71, Fig. 23).

   5. Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Oberfläche der Kollektorelektrode (n) (72, 73, Fig. 23) 3-6mal grösser ist als die wirksame Oberfläche der zugehörigen Emitterelektrode (n) (71, Fig. 23).

   6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (71, Fig. 23) mehrere gesonderte Emitterflächen (71, Fig. 23) mit je einer eigenen (78, Fig. 23), vorzugsweise durch die Entladungskammer zu einer gemeinsamen Emitterelektrode (79, Fig. 23) hindurchftlhrenden Stromzuführung aufweist.

   7. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitteroberfläche in Bezirke <Desc/Clms Page number 18> (71, Fig. 23), z. B. kreisförmiger oder sechseckförmiger Gestalt, unterteilt ist, in deren Mitte jeweils eine Stromzuführung (78, Fig. 23) angebracht ist.

   8. Generator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch elektrische Leiter (78, Fig. 23), die von den Emittern (71, Fig. 23) aus durch die Entladungskammern hindurchgehen und Stützen für die Generatoreinheiten darstellen.

   9. Generator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderten Emitterflächen parallele Streifen (41, Fig. 19) längs der Scheitel (57. Fig. 19) eines gewellten Emitters sind.

   10. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor aus einer vorzugsweise zum Emitter parallelen Grundfläche (72, Fig. 23) und einem zu ihr senkrecht angeordneten System von Metallstreifen (73, Fig. 23) besteht.

   11. Generator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorgrundfläche (72, Fig. 23) und die Streifen (73, Fig. 23) eine Zellenstruktur bilden.

   12. Generator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorgrundfläche eine Metallplatte (72, Fig. 24) ist, die innerhalb jeder sich nach rückwärts verjüngenden Zelle ein oder mehrere durch sie hindurchgehende Löcher mit einem Mindestdurchmesser in der Grössenordnung von Millimetern aufweist, die mit Drahtgeflecht (74, Fig. 24) von 20 bis 50 Drähten je Zentimeter bedeckt sind.

   13. Generator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der ebene Kollektor oder die ebene Kollektorgrundfläche (72, Fig. 28) ganz aus Drahtgeflecht besteht.

   14. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor eine wenigstens zum Teil gelochte Grundplatte (72, Fig. 23) und mit ihr elektrisch verbundene, sich zum Emitter hin erstreckende Ansätze (73, Fig. 23) aufweist.

   15. Generator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (73, Fig. 25) gewellte, senkrecht auf der Grundplatte stehende Streifen sind.

   16. Generator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansätze (73, Fig. 25) röhrenförmig und mit ihren Achsen im wesentlichen senkrecht zur Grundplatte angeordnet sind.

   17. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterfläche aus einem Überzug (71. Fig. 23) elektrisch leitenden Materials in einer Dicke von bis zu 0,025 mm auf einer keramischen Unterlage (87-, Fig. 23) besteht.

   18. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch eine Füllung aus schwerem Edelgas.

   19. Generator nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Argon-Quecksilbermischung als Gasfüllung.

   20. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor und die Hilfselektrode durch dünne, elektrisch isolierende und wärmeleitende Schichten miteinander verbunden sind.