DE1237704B - Thermionischer Energiewandler fuer Kernreaktoren mit Kernbrennstaeben - Google Patents

Description

• Thermionischer Energiewandler für Kernreaktoren mit Kernbrennstäben Die Patentanmeldung C 33784 VIII c / 21g betrifft einen thermionischen- -Energiewandler für Kernreaktoren mit Kernbrennstäben, die in einem gemeinsamen zylindrischen, mehrere Anoden enthaltenden Anodenbauteil untergebracht und einzeln an diese Anoden angeschlossen sind. Bei diesem Energiewandler sind die Anoden koaxial zu den in axialem Abstand voneinander angeordneten Brennstäben angeordnet, der Zwischenraum zwischen den Brennstäben und dem Anodenbauteil ist von einem Plasma aus gasförmigem Caesium oder einem anderen thermisch leicht ionisierbaren Gas erfüllt, die wirksamen Anodenabschnitte, die mit ihrer Innenfläche jedem der Elementarbrennstäbe oder zumindest der mittleren Zone eines jeden Brennstabes gegenübersteht, sind zylindrisch, und diese zylindrischen Anodenabschnitte sind durch Verbindungsringe miteinander verbunden, die in axialer Richtung einen ohmschen Widerstand aufweisen, der größer ist als der ohmsche Widerstand der zylindrischen Anodenabschnitte in axialer Richtung.
• Bei einem thermionischen Energiewandler nach der Hauptpatentanmeldung besteht der gesamte Anodenbauteil aus Metall, und dieser Bauteil besteht ferner entweder aus einem einzigen Werkstück eines einzigen Materials, der zwischen den Anodenabschnitten ringförmige Abschnitte mit geringerer Wandstärke aufweist, oder aus gasdicht miteinander verbundenen zylindrischen Anodenabschnitten und Verbindungsringen aus unterschiedlichem Material. So dienen die Ringe dazu, die Stromstärke des Kurzschlußstromes auf einen annehmbaren Wert herabzusetzen.
• Ein wesentliches Merkmal der in Frage stehenden thermoelektronischen Energiewandler besteht also darin, daß jeder einzelne Ring eine Ringzone ausreichend reduzierter Dicke aufweist, um dem Ring in axialer Richtung einen solchen elektrischen Widerstand zu geben, daß er den Strom auf einen vertretbaren Wert drosselt, der beispielsweise höchstens einem Zehntel des Gesamtstromes entspricht.
• Der Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Widerstand der Verbindungsstücke von Anode zu Anode zu vergrößern und dabei für diese Verbindungsstücke Metalle zu verwenden, die normale spezifische Widerstände und normale handelsübliche Stärken aufweisen.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Zusatzerfindung dadurch gelöst, daß die Länge der ringförmigen Verbindungsstücke größer ist als die Abstände zwischen den benachbarten Enden der Anodenabschnitte.
• Diese größere Länge kann man beispielsweise dadurch erzielen, daß man eine gefaltete Membran aus Metall verwendet. Im Fall kreiszylindrischer Anoden hat diese Membran die Form eines Drehkörpers, dessen Erzeugende eine Länge hat, die sehr viel größer ist als die geradlinigen Erzeugenden der Kreiszylinder beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung; vorzugsweise hat diese Fläche im Axialschnitt die Form einer periodisch wellenförmig gekrümmten Linie mit mehreren Perioden.
• In dem nun folgenden Beschreibungsteil wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert.
• Die einzige Figur der Zeichnung zeigt die Ansicht eines Längsschnitts durch einen Teil einer Ausführungsform des thermionischen Energiewandlers.
• Wie man aus der Zeichnung ersieht, bestehen auch hier die Elemente, wie beim Gegenstand der Haupt-Patentanmeldung, aus einzelnen Kernbrennstäben 1 und 2, und jeder Stab hat ein Gehäuse und stützt sich auf einen Ansatz 5 ab, der den elektrischen Strom leitet und elektrisch mit einem Zylinder verbunden ist, der die Anode darstellt, welche die von dem Element emittierten Elektronen sammelt. Mit 31 und 32 sind die Dioden bezeichnet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils einem Kernbrennstab zugeordnet sind. Die gemeinsame Anode 34 weist Teile 34 b normaler Stärke auf, die beim Gegenstand der Hauptpatentanmeldung kreiszylindrisch sind und eine geringe Dicke haben.
• Die Ansätze 5 werden von Verbindungsstücken umgeben. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des thermionischen Energiewandlers bestehen diese Verbindungsstücke aus einer Membran 134 aus Metall, die nach Art eines Faltenbalges gefaltet ist. Da die Anoden kreiszylindrische Form haben, hat diese Membran die Form und Oberfläche eines Drehkörpers, dessen Erzeugende die aus der Zeichnung zu ersehende gekrümmte Linie ist, d. h., sie stellt eine Kurve mit vielen Wellen dar, deren radial gerichtete Höhe im Verhältnis zur Teilung groß ist, wobei unter der Teilung der Abstand zweier Maxima der Kurve voneinander zu verstehen ist.
• Das Verbindungsstück besteht aus handelsüblichen Metallen, die einen genügend großen spezifischen ohmschen Widerstand aufweisen, beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 1,2 - 10-4 Ohm - cm. Für diese Zwecke eignet sich vorzugsweise rostfreier Stahl mit einer Stärke von 0,1 mm; man kann auch andere Metalle oder Metallegierungen mit genügend hohem ohmschen Widerstand verwenden, wie beispielsweise bestimmte Legierungen aus Eisen und Aluminium.
• Wahlweise kann die Membran auch so hergestellt werden, daß man handelsübliche gewellte Ringe teilt; es ist jedoch immer erforderlich, diese Ringe abzuflachen, um das oben genannte Verhältnis für jede Welle zu vergrößern, d. h. also, das Verhältnis und auf diese Weise das Verhältnis der Membran ebenfalls zu vergrößern.
• Beispielsweise kann man von einer rohrförmigen gewellten Membran ausgehen, deren Wellung 60 - 40 beträgt (d. h. Außendurchmesser und Innendurchmesser in Millimeter), deren Teilung 4 mm beträgt, und bei der die radiale Höhe der Wellen 10 mm über einem gedachten Zylinder liegt, der die innenliegenden Maxima der Membran einhüllt. Läßt man nun die Verbindungsstücke am Ende außer acht, dann ist die. scheinbare Länge dieser Membran 52 mm, die auf 13 Stufen verteilt ist. Die effektive abgewickelte Länge ist etwa gleich 52 -f-13 - (60 - 40) = ungefähr 310 mm. Der Widerstand einer solchen Membran wird also mit einem Korrekturfaktor von etwa 6 gegenüber einer geradlinigen Membran von 52 mm Länge aus dem gleichen Metall vervielfacht. Außerdem kann man durch Zusammendrücken der Wellen in der Längsrichtung die Länge von 52 mm auf 13 mm verringern, so daß der Korrekturfaktor dann etwa 24 beträgt. Diese Ausführungsform erlaubt es somit, den linearen Widerstand der Verbindungsstücke beträchtlich zu erhöhen.
• Bei einer Membran von 5 cm scheinbarer Länge und 5 - 24 =120 cm effektiver Länge, einer Dicke von 0,1 mm, einem spezifischen ohmschen Widerstand von 10--4 Ohm - cm erhält man einen gesamten ohmschen Widerstand von 8 - 10-2 Ohm. Beträgt die elektrische Spannung 0,8 Volt, dann beträgt die Stromstärke des durch die Membran abgeleiteten Stroms 10 Ampere. In einer Diode für 200 Ampere ist die Stromstärke des abgeleiteten Stroms also nur 5 % der Gesamtstromstärke.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Thermionischer Energiewandler für Kernreaktoren mit Kernbrennstäben, bei dem die Anodenabschnitte durch Verbindungsringe miteinander verbunden sind, nach Patentanmeldung C 33784 VIIIe/21g, dadurch gekennz e i c h n e t, daß die Länge der ringförmigen Verbindungsstücke (134) größer ist als die Abstände zwischen den benachbarten Enden der Anodenabschnitte (34). 2. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (134) aus einer rohrförmigen Membran bestehen, deren Wandung nach Art eines Faltenbalges gewellt ist. 3. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (34) kreiszylindrischen Querschnitt und die Verbindungsstücke (134) die Form und Oberfläche eines Drehkörpers haben, dessen Erzeugende die Form einer gekrümmten Linie hat. 4. Energiewandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende eine sinusförmige periodische Wellenlinie ist, bei der das Verhältnis von Wellenamplitude zu Periodenabstand größer als 1 ist. 5. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Verhältnis von abgewickelter Länge eines der Verbindungsstücke zu Anodenabstand gebildete Verhältniszahl ein Mehrfaches von 10 beträgt. 6. Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (134) aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Metall bzw. aus einer Legierung mit hohem spezifischem ohmschem Widerstand bestehen. 7. Verfahren zur Herstellung ringförmiger Verbindungsstücke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man gewellte Ringe mit großer Teilung benutzt und diese in axialer Richtung zusammendrückt, gleichzeitig aber die radiale Höhe der Wellen beibehält, so daß die Größe des Verhältnisses Höhe der Welle zu Wellenabstand gesteigert wird.