DE1112213B - Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Waermeenergie in elektrische Energie - Google Patents
Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Waermeenergie in elektrische EnergieInfo
- Publication number
- DE1112213B DE1112213B DEG29264A DEG0029264A DE1112213B DE 1112213 B DE1112213 B DE 1112213B DE G29264 A DEG29264 A DE G29264A DE G0029264 A DEG0029264 A DE G0029264A DE 1112213 B DE1112213 B DE 1112213B
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- current
- emitter
- collector
- electrical
- layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21C—NUCLEAR REACTORS
- G21C3/00—Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
- G21C3/40—Structural combination of fuel element with thermoelectric element for direct production of electric energy from fission heat or with another arrangement for direct production of electric energy, e.g. a thermionic device
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21D—NUCLEAR POWER PLANT
- G21D7/00—Arrangements for direct production of electric energy from fusion or fission reactions
- G21D7/04—Arrangements for direct production of electric energy from fusion or fission reactions using thermoelectric elements or thermoionic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
G29264Vmc/21g
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 3. AUGUST 1961
Es ist bekannt, aus Kernenergie direkt und ohne den Umweg über Wärmekraftmaschinen elektrische
Energie nach dem Anlauf stromverfahren zu erzeugen. Die Methode beruht auf dem Effekt der Elektronenverdampfung
aus heißen Oberflächen. Im Vakuum wird eine geheizte Elektrode, der Emitter, einer kalten
Elektrode, dem Kollektor, gegenübergestellt. Elektronen verdampfen unter Wärmeverbrauch aus dem
Emitter, gelangen auf den Kollektor und laden diesen fortgesetzt negativ auf. Dadurch entsteht eine Spannung
der Größenordnung von etwa 1V zwischen Emitter und Kollektor, die in einem äußeren Stromkreis
elektrische Arbeit leisten kann. Dieser Elektronenübergang kann durch Raumladungseffekte behindert
werden; um die Raumladung zu kompensieren, können in bekannter Weise positive Ionen
— z. B. Cäsiumionen — in den Zwischenraum zwischen Emitter und Kollektor gebracht werden.
Die besondere Eignung des Anlaufstromverfahrens zur Erzeugung von Elektrizität aus Kernenergie liegt
neben der prinzipiellen Einfachheit darin, daß bei diesem der Wirkungsgrad höher getrieben werden
kann als bei Kernreaktoren, die mit herkömmlichen Wärmekraftmaschinen arbeiten. Hierzu ist es aber
nach den bekannten Gesetzen der Thermodynamik notwendig, den Emitter bei entsprechend hoher und
den Kollektor bei möglichst niedriger Temperatur zu betreiben.
Die Erfüllung dieser technischen Bedingung stößt infolge der Wärmeableitung vom heißen Emitter auf
Schwierigkeiten, denn jeder Stromableiter führt gleichzeitig auch Wärme ab. Dabei steigt das Verhältnis
der schädlichen Wärmeleitung zur erwünschten elektrischen Leitfähigkeit nach dem Gesetz von
Wiedemann—Franz mit der Betriebstemperatur des Emitters an, so daß die mit zunehmender Temperatur
theoretisch zu erwartende Erhöhung des Wirkungsgrades beim Anlaufstromverfahren durch die
im Nebenschluß über die Stromableiter abfließende Wärme wieder zunichte gemacht wird.
Weiterhin ist es notwendig, die Wärmequellen, d. h. das spaltbare Material, z. B. Uran, möglichst
dicht an die Emissionsfläche zu bringen. Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades ist es ferner erforderlich,
die Dichte des emittierten Elektronenstromes bei der zur Verfügung stehenden Spannung von etwa
1 V in der Größenordnung von vielen Ampere je cm2 Oberfläche zu halten. Um den inneren Spannungsabfall
der Anordnung in erträglichen Grenzen zu halten, müssen dabei die Stromwege in den hochtemperierten und daher relativ hochohmigen Bauteilen
sehr kurz gehalten werden.
Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung
von durch Kernprozesse erzeugter
Wärmeenergie in elektrische Energie
Wärmeenergie in elektrische Energie
Anmelder:
Dr. Rainer Günther,
Frankfurt/M., Georg-Speyer-Str. 77
Frankfurt/M., Georg-Speyer-Str. 77
Dr. Rainer Günther, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
Im Hinblick auf die vorgenannten Schwierigkeiten wird eine günstige Bauart für eine nach dem Anlaufstromverfahren
arbeitende Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter
Wärmeenergie in elektrische Energie gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein mit der Emissionsfläche
in elektrischem Kontakt stehender, zur Aufnahme des Spaltstoffes dienender Grundträger aus
einem bei hohen Temperaturen elektrisch gut leitenden Stoff als Stromleiter dient und auf der der
Emissionsfläche abgewandten Seite mit Stromableitern versehen ist, die vorzugsweise quer zur
Stromflußrichtung derart geschichtet sind, daß die Schichten hoher Betriebstemperatur aus besonders
warmfestem Material und die Schichten geringerer Betriebstemperatur aus Materialien möglichst großer
Stromleitfähigkeit und möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachfolgend erläutert werden.
Die Fig. 1 zeigt die Grundform einer Konstruktion nach der Erfindung im Längsschnitt. Die Emissionsfläche
1, die z. B. aus Wolfram oder Zirkonkarbid bestehen kann, ist auf einen Grundträger 2 aus z. B.
Graphit, Molybdän 92 oder Wolfram 184 aufgebracht. Diese Materialien haben hohe Schmelzpunkte
und geringe Neutronenabsorptionsquerschnitte sowie eine relativ gute elektrische Leitfähigkeit bei hohen
Temperaturen. Der Grundträger 2 weist Hohlräume 3 zur Aufnahme des Spaltstoffes (Kernbrennstoffes)
auf. In der Querschnittsdarstellung der Fig. 2 ist die Anordnung dieser Hohlräume 3 verdeutlicht. Den
zwischen den Hohlräumen 3 befindlichen Stegen fällt
109 650/331
vor allem die Aufgabe zu, den elektrischen Strom von der Emissionsfläche 1 in die Stromableiter 5 zu
führen. Die Stromableiter 5 sind, wie in der Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist, derart angeordnet, daß sie
unmittelbar an die Stege des Grundträgers 2 anschließen, wodurch der Stromweg in dem heißen Grundträger 2 kurz gehalten wird.
Jeder Stromableiter ist aus mehreren senkrecht zur Stromrichtung verlaufenden Schichten zusammengesetzt.
In der Fig. 1 sind drei derartige Schichten 6, 7, 8 angedeutet. Die dem heißen Grundträger 2
zugekehrte Schicht 6 soll dabei aus besonders temperaturfestem Material bestehen, z. B. aus einem der
oben für den Grundträger 2 angegebenen Stoffe. Für die Wahl des Materials der folgenden Schichten? 15
und 8 braucht wegen deren geringerer Betriebstemperatur auf hohe Schmelz- und Siedepunkte
weniger Rücksicht genommen zu werden. Sie können daher aus einem Material gefertigt sein, das auf
Grund seiner Wiedemann-Franz-Zahl ausgewählt ist. Auf diese Weise läßt sich durch geeignete Wahl von
Schichtdicken und Materialien bei den jeweils herrschenden Betriebstemperaturen ein möglichst kleines
Verhältnis von Wärmeleitfähigkeit zu Stromleitfähigkeit für den gesamten Stromableiter 5 erreichen. Es
ist dabei im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, Materialien zu verwenden, aus denen Isotope mit
ungünstigen neutronenphysikalischen Eigenschaften, insbesondere großen Einfangquerschnitten, möglichst
weitgehend entfernt sind. Auch dieser Umstand läßt sich bei der Auswahl des Materials der einzelnen
Stromabieiterschichten berücksichtigen.
Die Stromableiter 5 sind mit einer Platte 9 verbunden, deren dem Grundträger 2 zugekehrte Oberfläche
einen hohen optischen Reflexionsgrad aufweist. Damit werden die Verluste durch Wärmestrahlung
von dem heißen Grundträger vermindert. Diese Oberfläche kann aus blankem Metall, z. B. Aluminium,
oder aus einem weißen Stoff, z. B. Magnesiumoxyd, bestehen. Wegen der wesentlich niedrigeren Betriebstemperatur
der Platte 9 kann ihr Stromleitungsquerschnitt entsprechend geringer sein als der Querschnitt
der Stromableiter 5. An ihr kann unmittelbar das Stromanschlußkabel 10 liegen.
Der Emissionsfläche 1 mit Abstand gegenüberstehend ist die Kollektorplatte 12 angeordnet. Diese
letztere und der Grundträger 2 werden durch einen ringförmigen Keramikkörper 13 von etwa C-förmigem
Querschnitt zusammengehalten und bilden mit diesem zusammen ein Vakuumgefäß. Die Stromableiter 14
der Kollektorplatte 12 sind ebenfalls aus Schichten verschiedener Materialien zusammengesetzt und in
an sich bekannter Weise als Thermoelemente ausgebildet, die zusätzlichen Strom erzeugen. Die Stromableitung
zu dem Kabel 15 erfolgt über eine Platte 16. Die zusätzliche thermoelektrische Stromerzeugung
ist dann vorhanden, wenn aus irgendeinem Grunde ein Temperaturgefälle von der Kollektorplatte 12 zur
Platte 16 bestehen muß, z. B. wenn die Oberfläche der Kollektorplatte 12 aus dem für Oxydkathoden
verwendeten Materialien besteht.
Mehrere der in der Fig. 1 dargestellten Anordnungen können zur Erzielung höherer Spannung
elektrisch in Reihe geschaltet und räumlich übereinander angeordnet werden. Die Zwischenräume
zwischen den dann einander gegenüberstehenden Platten 9 und 16 sowie der Raum zwischen den
Platten 12 und 16 können dabei in an sich bekannter Weise mit Moderatoren oder strömenden Kühlmitteln
angefüllt sein.
Selbstverständlich können alle Platten, insbesondere die Platten 1 und 12, auch gewölbt oder
gebogen sein.
Die erfindungsgemäße Anordnung eines Anlaufstromreaktors hat die folgenden technischen Vorzüge:
a) Der entstehende elektrische Strom hat nur kurze Wege im heißen Material relativ schlechter
elektrischer Leitfähigkeit zurückzulegen. Dies ist im Hinblick auf Betriebstemperaturen von über
1000° C und Stromdichten von etwa 1 bis 100 Ampere je cma Oberfläche wichtig.
b) Verluste durch Wärme und Strahlungsableitung, die bei den hohen Betriebstemperaturen erhebliche
Werte annehmen können, lassen sich durch die beschriebene Schichtung der Stromabnehmer
des Emitters sowie durch die reflektierende Schicht der Platte 9 gering halten.
c) Die den Stromableitern des Emitters analoge Schichtung der Stromableiter des Kollektors ermöglicht
es, diese letzteren in an sich bekannter Weise als Thermoelemente zur zusätzlichen
Stromerzeugung auszubilden.
Claims (3)
1. Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Wärmeenergie
in elektrische Energie mit einer durch Spaltstoff geheizten Elektrode (Emitter) und einer dem
Emitter gegenüberstehend und elektrisch isoliert davon angeordneten kalten Elektrode (Kollektor),
dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Emissionsfläche in elektrischem Kontakt stehender,
zur Aufnahme des Spaltstoffes dienender Grundträger aus einem bei hohen Temperaturen elektrisch
gut leitenden Stoff als Stromleiter dient und auf der der Emissionsfläche abgewandten
Seite mit Stromableitern versehen ist, die vorzugsweise quer zur Stromflußrichtung derart geschichtet
sind, daß die Schichten hoher Betriebstemperatur aus besonders warmfestem Material
und die Schichten mit geringerer Betriebstemperatur aus Materialien möglichst guter
Stromleitfähigkeit und möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit bestehen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der dem Kollektor
abgewandten Seite des Grandgerüstes eine reflektierende Platte angebracht ist.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Materialien,
aus denen Isotope mit neutronenphysikalisch unerwünschten Eigenschaften, insbesondere großen
Einfangquerschnitten, weitgehend entfernt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 021062;
Zeitschrift:» Nucleonics«, Bd. 17,1959, S. 49 bis 55.
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 021062;
Zeitschrift:» Nucleonics«, Bd. 17,1959, S. 49 bis 55.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
© 109 650/331 7.61
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEG29264A DE1112213B (de) | 1960-03-19 | 1960-03-19 | Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Waermeenergie in elektrische Energie |
GB9695/61A GB909989A (en) | 1960-03-19 | 1961-03-16 | Electron emission current nuclear reactor |
FR856083A FR1285570A (fr) | 1960-03-19 | 1961-03-18 | Réacteur nucléaire à courant d'émission thermique |
US102621A US3161786A (en) | 1960-03-19 | 1961-03-20 | System for the direct production of electricity in atomic reactors |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEG29264A DE1112213B (de) | 1960-03-19 | 1960-03-19 | Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Waermeenergie in elektrische Energie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1112213B true DE1112213B (de) | 1961-08-03 |
Family
ID=7123693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEG29264A Pending DE1112213B (de) | 1960-03-19 | 1960-03-19 | Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Waermeenergie in elektrische Energie |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3161786A (de) |
DE (1) | DE1112213B (de) |
GB (1) | GB909989A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1282200B (de) * | 1964-07-03 | 1968-11-07 | Bbc Brown Boveri & Cie | Thermionischer Energiewandler |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3400015A (en) * | 1963-03-22 | 1968-09-03 | Texas Instruments Inc | Energy converter |
US3330974A (en) * | 1964-02-03 | 1967-07-11 | Gen Electric | Power generation apparatus |
US3483037A (en) * | 1965-12-16 | 1969-12-09 | Gen Motors Corp | Isotope powered photovoltaic device |
US4368416A (en) * | 1981-02-19 | 1983-01-11 | James Laboratories, Inc. | Thermionic-thermoelectric generator system and apparatus |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1021062B (de) * | 1955-12-29 | 1957-12-19 | Siemens Ag | Isolierhuelse fuer die Hochspannungswicklung elektrischer Maschinen |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA543048A (en) * | 1945-07-03 | 1957-07-02 | Atomic Energy Of Canada Limited - Energie Atomique Du Canada, Limitee | Electrical power generation from nuclear reactor produced beta rays |
US2552050A (en) * | 1946-06-25 | 1951-05-08 | Rca Corp | Method of and means for generating electrical energy |
US2527945A (en) * | 1946-06-25 | 1950-10-31 | Rca Corp | Method of and apparatus for generation of electrical energy from nuclear reactions |
US2859361A (en) * | 1951-07-05 | 1958-11-04 | Radiation Res Corp | Method and means for collecting electrical energy of nuclear reactions |
GB797872A (en) * | 1954-09-30 | 1958-07-09 | Harry Hurst | Improvements in or relating to apparatus for generating electricity by thermionic emission |
US3005766A (en) * | 1957-09-27 | 1961-10-24 | Westinghouse Electric Corp | Thermoelectric systems |
-
1960
- 1960-03-19 DE DEG29264A patent/DE1112213B/de active Pending
-
1961
- 1961-03-16 GB GB9695/61A patent/GB909989A/en not_active Expired
- 1961-03-20 US US102621A patent/US3161786A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1021062B (de) * | 1955-12-29 | 1957-12-19 | Siemens Ag | Isolierhuelse fuer die Hochspannungswicklung elektrischer Maschinen |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1282200B (de) * | 1964-07-03 | 1968-11-07 | Bbc Brown Boveri & Cie | Thermionischer Energiewandler |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3161786A (en) | 1964-12-15 |
GB909989A (en) | 1962-11-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE976402C (de) | Elektrisch unsymmetrisch leitendes System mit einem eine Sperrschicht enthaltenden Halbleiterkoerper aus Germanium oder Silizium | |
DE3542324C2 (de) | Elektrische Kurzschlußvorrichtung | |
DE3426199C2 (de) | Überbrückungselement | |
DE1135977B (de) | Thermoelektronischer Generator | |
DE1671705A1 (de) | Batterie aus elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen mit Festelektrolyt | |
US3189765A (en) | Combined thermionic-thermoelectric converter | |
DE1112213B (de) | Einrichtung zur unmittelbaren Umwandlung von durch Kernprozesse erzeugter Waermeenergie in elektrische Energie | |
DE1203845B (de) | Thermionischer Wandler | |
CH401227A (de) | Elektrode für Energiewandler mit thermisch ionisiertem Arbeitsgas | |
DE1564371B2 (de) | Gleichrichter aus einer Vielzahl von Halbleiterdioden | |
DE1414637A1 (de) | Thermionischer Generator,insbesondere zur Verwendung in Kernreaktoren | |
DE1489276C3 (de) | Thermoelektrischer Generator | |
DE1464090B2 (de) | Thermionischer konverter | |
DE1297174B (de) | Thermionischer Energieumwandler zur Gewinnung elektrischer Energie aus der in einem Kernreaktor erzeugten Waermeenergie | |
DE1281002B (de) | Thermionischer Wandler zur Verwendung in Verbindung mit Leistungskernreaktoren | |
DE1219597B (de) | Konverter-Brennelement fuer Kernreaktoren | |
DE2826037A1 (de) | Verbundkoerper | |
EP0250496A1 (de) | Thermoelektrischer generator mit einer nuklearen wärmequelle | |
DE1074687B (de) | Einrichtung zur Ausnützung der thermoelcktrischen Effekte mit hohem Wirkungsgrad | |
DE1564070B1 (de) | Radionuklidbatterie mit thermionischer Energiewandlung | |
DE2117956A1 (en) | Rotating anode X-ray tube - with tungsten ring soldered to grain-oriented fibre-reinforced graphite disc | |
DE1190070B (de) | Thermoionischer Wandler zur direkten Umwandlung von Waermeenergie in elektrische Energie | |
DE1105076B (de) | Anordnung zur unmittelbaren Gewinnung elektrischer Energie aus Kernprozessen in Kernreaktoren | |
DE1286229B (de) | Vorrichtung zur Umwandlung von Kernenergie in elektrische nach dem MHD-Prinzip | |
DE1564070C (de) | Radionuklidbatterie mit thermionischer Energiewandlung |