DE1294518B

DE1294518B - Thermionischer Wandler

Info

Publication number: DE1294518B
Application number: DEC31465A
Authority: DE
Inventors: Bensimon Jacques; Laures Pierre
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1962-11-19
Filing date: 1963-11-19
Publication date: 1969-05-08
Also published as: US3313961A; DE1489265A1; US3431439A; GB1094279A; GB987627A; FR1347774A; FR87070E

Description

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Die Erfindung betrifft einen thermionischen Hierzu sieht die Erfindung vor, daß der Wandler

Wandler mit einer bei Erwärmung Elektronen emit- derart ausgebildet ist, daß die auf ihn auftreffende tierenden Emitterelektrode und einer Kollektor- Lichtstrahlung in den gasgefüllten Zwischenraum elektrode, die in einer lichteinlassenden Umhüllung zwischen Emitter- und Kollektor-Elektrode einfällt, angeordnet sind und deren Zwischenraum von einem 5 und daß die Mittel zur Erhöhung der Strahlungsionisierbaren Gas oder Dampf unter niederem Druck dichte so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie erfüllt ist, und mit Mitteln zur Erhöhung der Strah- die Strahlungsdichte im gasgefüllten Emitter-Kollungsdichte des in die Umhüllung einfallenden sieht- lektor-Zwischenraum erhöhen. Durch diese Maßbaren und/oder noch langwelligeren Lichtes. nahmen wird ein besonders hoher Grad der An-Bekanntlich besteht ein solcher Wandler in seiner io regung der in dem Gas oder Dampf enthaltenen einfachsten Form aus einem Vakuumgefäß, in dem Moleküle und als Folge davon ein wesentlich beseine Elektronen-Emissionselektrode und eine Elek- serer Wirkungsgrad erzielt.

tronen-Sammelelektrode angeordnet sind. Diese Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

Elektroden können voneinander isoliert oder durch Erfindung weist die Umhüllung ein oder mehrere einen metallischen Leiter relativ hohen Widerstands 15 lichtdurchlässige Fenster auf, ist sonst aber lichtuntereinander verbunden sein. Dabei wird keine undurchlässig. Vorzugsweise sind in der Umhüllung äußere Spannungsquelle zwischen diese Elektroden eine oder mehrere reflektierende Flächen vorgesehen, geschaltet. Wenn der Emissionselektrode Wärme zu- Auf diese Weise wird in den Wandler eindringendes geführt wird, erhöht sich die Energie einiger Elek- Licht veranlaßt, den gas- oder dampfgefüllten Raum tronen in ihrem Emissionsmaterial über dessen Aus- 20 mehrfach zu durchqueren.

trittsarbeit, wodurch diese Elektronen die Emissions- Bevorzugt hat wenigstens eine der beiden Elek-

elektrode verlassen und sich in Richtung auf die troden gewölbte Form.

Sammelelektrode bewegen, vorausgesetzt, daß die Um den Wirkungsgrad weiter zu verbessern, ist

Wirkung der Raumladung zwischen den Elektroden der im wesentlichen für Licht undurchlässige Teil nicht groß ist. Dadurch tritt zwischen der Emissions- 25 der Umhüllung innen bevorzugt mit einem reflekelektrode und der Sammelelektrode eine elektrische tierenden Metallüberzug versehen. Spannung auf, die an einen geeignet dimensionierten Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der

Belastungswiderstand angelegt werden kann. Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein für

Die Funktionsfähigkeit eines solchen Wandlers Licht und Wärme durchlässiges Fenster vor der setzt voraus, daß Raumladungseinflüsse nicht vor- 30 Emitterelektrode so angeordnet ist, daß die Strahlung handen oder vernachlässigbar schwach sind. Zu durch das Fenster auf die Emitterelektrode fällt. Bei diesem Zweck kompensiert man die Raumladungen gewölbter Elektrodenausbildung ist bevorzugt die bei bekannten Wandlern durch Einführen eines ioni- Innenfläche wenigstens einer der gewölbten Eleksierbaren Gases oder Dampfes, wie z. B. von Cäsium- troden lichtreflektierend ausgebildet. Auch diese gas oder -dampf, dessen Ionisation durch Zusammen- ₃₅ Maßnahme trägt zur Verbesserung des Wirkungsstöße mit den von der Emissionselektrode aus- grades bei.

gesandten Elektronen, d. h. als sogenannte Raum- Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Fen-

ionisation erfolgen muß. ster vorgesehen, auf dessen innerer Oberfläche eine

Bei bisher bekannten Wandlern dieser Art wurde für Licht halbdurchlässige Schicht aufgetragen ist, die Emissionselektrode lediglich einem Wärmefluß 40 die die Emitterelektrode darstellt, ausgesetzt. Der Wirkungsgrad derartiger Wandler ist Weiter kann die Umhüllung eine lichtdurchlässige

niedrig, was darauf zurückgeführt wird, daß ein isolierende Wandung aufweisen, die von einem großer Teil der von der Emissionselektrode aus- Spiegelsystem umgeben ist, in dem wenigstens eine gesandten Elektronen eine Energie aufweist, die nicht lichtdurchlässige Öffnung vorgesehen ist. dazu ausreicht, daß sie zur Raumionisation beitragen. 45 Weiter können bevorzugt Filter vorgesehen sein, Es ist auch schon ein thermionischer Wandler be- um aus dem Licht vor seinem Eintritt in die Gaskannt, bei dem die Emitter- und die Kollektor- füllung des Wandlers einen vorherbestimmbaren Teil elektrode in einer lichteinlassenden Umhüllung an- des Spektrums auszufiltern.

geordnet sind, bei dem der Raum zwischen den Elek- Die Erfindung wird in der nun folgenden Betroden mit einem ionisierbaren Gas oder Dampf ge- 50 Schreibung an einigen Ausführungsbeispielen an füllt ist und die einfallende Strahlung zur Erhöhung Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser der Aufheizung der Emitterelektrode mittels eines zeigt

Parabolspiegels konzentriert wird. Die durch die Er- Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungs-

höhung der Strahlungsdichte erzielbare Verbesserung form des erfindungsgemäßen thermionischen Wanddes Wirkungsgrades ist dabei jedoch relativ gering, 55 lers mit im Innern des Wandlers angeordneten reflekda bei diesem Wandler die Strahlung nicht in den tierenden Einrichtungen,

gasgefüllten Elektrodenzwischenraum gelangt und Fig.2 einen Querschnitt eines zweiten Aus-

somit die Raumionisation nur geringfügig erhöht führungsbeispieles des erfindungsgemäßen thermwird. ionischen Wandlers, der ähnlich wie in Fig. 1 mit

Es ist auch schon ein thermionischer Generator 60 inneren reflektierenden Einrichtungen versehen ist, bekannt, bei dem die Ionisation des Gases durch Fig. 3 einen Querschnitt einer dritten Aus-

oi-, β-, γ- oder Neutronen-Strahlen oder durch Ultra- führungsform des erfindungsgemäßen thermoelek-Violett-Strahlung ausgeführt werden kann. Zur irischen Wandlers, der ebenfalls mit inneren reflek-Herbeiführung der Ionisation sind dabei also be- tierenden Mitteln versehen ist, sondere Strahlungsquellen erforderlich. 65 Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine vierte Aus-

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines therm- führungsform des erfindungsgemäßen thermoelekionischen Wandlers der eingangs genannten Gattung, tischen Wandlers, bei welchem äußere reflektierende dessen Wirkungsgrad wesentlich gesteigert ist. Einrichtungen vorgesehen sind und

Claims

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F i g. 5 einen Querschnitt des Ausführungsbeispiels Strahlung halbdurchlässig zu sein. Das Anbringen der

nach der F i g. 4. Schicht 2 wird in solcher Weise vorgenommen, daß

In der Zeichnung, in der gleiche Bezugsziffern in keine Berührung mit dem Metall der Sammelelek-

den verschiedenen Figuren gleiche Teile bezeichnen, trode 3 besteht. Die Verbindung des Anschlusses 10 und insbesondere in F i g. 1 weist der dort dar- 5 mit der Schicht 2 wird mittels einer Durchführung

gestellte thermionische Wandler eine Emissions- durch die Isolation des Fensters 6 bewerkstelligt. Die

elektrode 1 auf, die in Form eines nach außen kon- Arbeitsweise ist dieselbe wie bei dem Wandler nach

vexen Plättchens, beispielsweise aus Molybdän, aus- Fig. 1.

geführt ist, das auf seiner konkaven Fläche mit einer F i g. 3 bezieht sich auf den Fall, bei dem der Licht-Schicht 2 bedeckt ist. Die Schicht 2 besteht aus io strom nicht aus der gleichen Energiequelle wie der einem Material zur Elektronenverdampfung mit einer Wärmestrom stammt, sondern seitlich gerichtet ist niedrigen Elektronen-Austrittsarbeit, wie z. B. aus und von einer eigenen Quelle geliefert wird. In diesem einem Erdalkalioxyd oder Mischungen aus Erdalkali- Fall sind die Emissionselektroden 1 und die Sammeloxyden. Weiter weist der Wandler eine Sammel- elektroden 3 ebene Scheiben, da eine gewölbte Form elektrode 3 auf, die die Form einer nach innen kon- 15 für sie nicht nützlich ist, weil sie an der Reflexion des vexen Scheibe hat und beispielsweise aus Kupfer Lichtes nicht teilhaben. Bei diesem Ausführungsbeioder Nickel besteht, wobei die konvexe Oberfläche spiel ist in Richtung der durch die Pfeile 9 angedeudurch irgendein geeignetes herkömmliches Verfahren teten, die Emitterelektrode 1 heizenden Strahlung glänzend und lichtreflektierend gemacht wurde, und keine öffnung und kein Fenster vorgesehen, da der einen isolierenden Ring 4 aus einem für Licht un- 20 Wärmestrom die Emissionselektrode 1 unmittelbar in durchlässigen Material, der mit der Emissions- Richtung der Pfeile 9 erwärmt. Dagegen ist in der elektrode 1 und der Sammelelektrode 3 derart dicht Wandung des isolierenden Ringes 4 eine durch ein verbunden ist, daß ein vakuumdichtes Gefäß entsteht. durchsichtiges Fenster 12 verschlossene öffnung vor-Der Füllstutzen 5 wird, nachdem er zunächst zum gesehen, damit der Lichtstrom in das Wandlergehäuse Auspumpen des Behälters und darauf zu dessen Fül- 25 in Richtung des Pfeiles 13 eintreten kann. Die innere lung mit Cäsiumdampf unter einem Druck von etwa Oberfläche des Ringes 4 kann durch irgendeine einem oder zwei Torr gedient hat, abgeschmolzen. zweckmäßige Behandlungsart reflektierend gemacht Ein beispielsweise aus Saphir bestehendes Fenster 6 sein und, falls erforderlich, mit einem metallischen wird dicht im beispielsweise aus Titan bestehenden Überzug 14 versehen sein, wodurch zylindrische kon-Zylinder 7 angeordnet, dessen Rand seinerseits dicht 30 kave Spiegel entstehen, welche eine mehrfache Reauf der konkaven Fläche der Emissionselektrode 1 flexion des Lichtes und eine Konzentration des Lichtbefestigt ist. Die Sammelelektrode 3 kann in irgend- stromes in solcher Weise bewirken, daß die Dichte einer bekannten (nicht gezeigten) Weise gekühlt pro Volumeneinheit wie bei den vorher beschriebenen werden. Ausführungsbeispielen ansteigt. Die Arbeitsweise und

Es ist nun mindestens ein Teil der Emissions- 35 die Ergebnisse dieses Ausführungsbeispiels sind die-

elektrode 1 lichtdurchlässig, indem wenigstens eine selben wie bei den obenerwähnten,

öffnung 8 vorgesehen ist, welche entweder mit einem Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 4

transparenten Material verschlossen oder aber un- und 5 wird der Wandler von einem zylindrischen

verschlossen ist. Behälter mit beispielsweise aus Saphir bestehenden

Im Betrieb dringt ein Strom von Wärme und 40 durchsichtigen Seitenwänden 15 gebildet, wobei die Licht, der beispielsweise von der Sonne geliefert Deckel des Zylinders von der Emissionselektrode 16 werden kann, und der gemäß den Pfeilen 9 gerichtet und der Sammelelektrode 17 gebildet werden. Der ist und eventuell gefiltert wird, um nur einen zweck- von einer nicht gezeigten Quelle kommende Wärmemäßigen Teil des Spektrums durchzulassen, durch strom 18 ist auf die Emissionselektrode 16 gerichtet, das Fenster 6 ein und erwärmt die Emissionselek- 45 Gemäß der Erfindung ist der Wandler von einem trode 1, wodurch ein Teil dieses durch die öffnung 8 zylindrischen Spiegel 19 umgeben, welcher eine öffbegrenzten Stromes in den Behälter des Wandlers nung20 aufweist, durch welche der von der nicht eindringt, wo das Licht mehrfachen Reflexionen an gezeigten Quelle kommende Lichtstrom 21 eintritt, der konvexen Oberfläche der Sammelelektrode 3 und Dieser insbesondere in Fig. 5 dargestellte Lichtstrom an der konkaven Oberfläche der Emissionselektrode 1 50 21 wird im Spiegel 19 mehrfach reflektiert, wobei er erfährt. Der Lichtstrom wird konzentriert, und seine durch die durchsichtigen Wände 15 hindurch zwischen Dichte pro Volumeneinheit steigt, wobei die Photonen den einzelnen Reflexionen durch das Innere des mehrmals mit den Cäsiumatomen zusammenstoßen Wandlers verläuft. Somit durchquert er das mit einer und deren Ionisation unter der Wirkung der von der ionisierbaren Substanz gefüllte Medium mehrere Male erhitzten Schicht 2 ausgesandten Elektronen erleich- 55 und verbessert die Arbeitsweise des Wandlers in dertern. Der Wandler arbeitet dann wie ein herkömm- selben Weise wie bei den vorher beschriebenen Auslicher Wandler, aber mit verbessertem Wirkungsgrad; führungsbeispielen.
die Ausgangsspannung wird, wie bekannt, zwischen

der Emissionselektrode 1 und der Sammelelektrode 3 Patentansprüche:

an den Anschlüssen 10 und 11 abgenommen. 60 1. Thermionischer Wandler mit einer bei Er-

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß wärmung Elektronen emittierenden Emitterelek-

F i g. 2, bei welcher dieselben Bezugszeichen wie in trode und einer Kollektorelektrode, die in einer

F i g. 1 entsprechende Bauelemente bezeichnen, ist lichteinlassenden Umhüllung angeordnet sind und

das Fenster 6 unmittelbar in die Sammelelektrode 3, deren Zwischenraum von einem ionisierbaren Gas

die die Form einer Kuppel oder eines Tellers auf- 65 oder Dampf unter niederem Druck erfüllt ist, und

weist, dicht eingesetzt. Die unmittelbar auf der mit Mitteln zur Erhöhung der Strahlungsdichte

inneren Fläche des isolierenden Fensters 6 ange- des in die Umhüllung einfallenden sichtbaren

brachte Schicht 2 ist ausreichend dünn, um für die und/oder noch langwelligeren Lichtes, dadurch

gekennzeichnet, daß der Wandler derart ausgebildet ist, daß die auf ihn auf treffende Lichtstrahlung (9; 21) in den gasgefüllten Zwischenraum zwischen Emitterelektrode (1; 2, F i g. 2; 16) und Kollektorelektrode (3; 17) einfällt, und daß die Mittel zur Erhöhung der Strahlungsdichte so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die Strahlungsdichte im gasgefüllten Emitter-Kollektor-Zwischenraum erhöhen.
2. Thermionischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein oder mehrere lichtdurchlässige Fenster (6; 12 ;15) aufweist, sonst aber lichtundurchlässig ist.
3. Thermionischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umhüllung eine oder mehrere reflektierende Flächen (1,3; 14) vorgesehen sind.
4. Thermionischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Elektroden (1,3; ao F i g. 1) gewölbte Form hat.
5. Thermionischer Wandler nach den Ansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen für Licht undurchlässige isolierende Teil (4; Fig. 3) der Umhüllung innen mit as einem reflektierenden Metallüberzug (14) versehen ist.
6. Thermionischer Wandler nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein für Licht und Wärme durchlässiges Fenster (6) vor der Emitterelektrode (1) so angeordnet ist, daß die Strahlung durch das Fenster auf die Emitterelektrode fällt (Fig. 1).
7. Thermionischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche wenigstens einer der gewölbten Elektroden (1,3; F i g. 1) lichtreflektierend ausgebildet ist.
8. Thermionischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fenster (6) vorgesehen ist, auf dessen innere Oberfläche eine für Licht halbdurchlässige Schicht (2) aufgetragen ist, die die Emitterelektrode darstellt. (Fig. 2).
9. Thermionischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine lichtdurchlässige isolierende Wandung (15) aufweist, die von einem Spiegelsystem (19) umgeben ist, in dem wenigstens eine lichtdurchlässige Öffnung (20) vorgesehen ist.
10. Thermionischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Filter zum Ausfiltern eines vorherbestimmten Spektralanteils des Lichtes vor seinem Eintritt in die Gasfüllung des Wandlers vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen