DE1489268B2 - Thermionic converter - Google Patents
Thermionic converterInfo
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- DE1489268B2 DE1489268B2 DE19651489268 DE1489268A DE1489268B2 DE 1489268 B2 DE1489268 B2 DE 1489268B2 DE 19651489268 DE19651489268 DE 19651489268 DE 1489268 A DE1489268 A DE 1489268A DE 1489268 B2 DE1489268 B2 DE 1489268B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J45/00—Discharge tubes functioning as thermionic generators
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- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Description
3. Thermionischer Konverter nach Anspruch 1, 20 vertermodelle veranschaulicht, die mit Al2O3-ScMr-3. Thermionic converter according to claim 1, 20 illustrated vertermodelle with Al 2 O 3 -ScMr-
dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme (27, 28) aus Oxydkeramik bestehen.characterized in that the screens (27, 28) consist of oxide ceramic.
men ausgestattet sind. Beide Konverter besitzen Wärmeröhren, doch ist das, wie erwähnt, für die Anwendung und Wirkungsweise der Schirme ohne Bedeutung, da die hier interessierende Kurzschlußgefahr überwiegend ein Temperaturproblem ist. Esmen are equipped. Both converters have heat pipes, but, as mentioned, this is for the application and the way in which the screens work is irrelevant, as the risk of short-circuits that is of interest here is predominantly a temperature problem. It
zeigt, jeweils im Längsschnitt,shows, each in longitudinal section,
F i g. 1 einen thermionischen Konverter mit koaxialzylindrischen Elektroden undF i g. 1 a thermionic converter with coaxial cylindrical Electrodes and
Fig.2 einen thermionischen Konverter mit plan-Die Erfindung bezieht sich auf thermionische Kon- 30 parallelen Elektroden.Fig. 2 a thermionic converter with plan-die Invention relates to thermionic con-parallel electrodes.
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verier mit wärmedämmenden, aus hitzebeständigem Material bestehenden Schirmen, bei dem die Schirme in solchen Spalten und Räumen des Konverters angebracht sind, in denen Bauteile des Emittersystems, welche Temperaturen unterhalb der Betriebstemperatur der Emitterelektrode aufweisen, Bauteilen des Kollektorsystems benachbart sind.verier with heat-insulating screens made of heat-resistant material, in which the screens are installed in gaps and spaces of the converter in which components of the emitter system, which have temperatures below the operating temperature of the emitter electrode, components of the Collector system are adjacent.
Es ist bei thermionischen Konvertern mit an Emitter- und Kollektorelektrode angeschlossenen Wärmeröhren bereits vorgeschlagen worden, bestimmte Bau- und Betriebsteile im Konverter gegeneinander durch wärmedämmende Schirme abzudecken (deutsche Auslegeschrift 1464 090).It is in thermionic converters with heat pipes connected to the emitter and collector electrodes It has already been proposed that certain components and operating parts in the converter against one another to be covered with heat-insulating screens (German Auslegeschrift 1464 090).
Es sind weiterhin Konverter bekannt, bei denen wärmedämmende Schirme an solchen Stellen im Innenraum angeordnet sind, an denen Bauteile des Emittersystems, welche im Betrieb niedrigere Temperaturen als die Emitterelektrode aufweisen, den Bauteilen des Kollektorsystems benachbart sind (USA.-Patentschrift 3 176165 und britische Patentschrift 977 954). Es ist ferner bekannt, zwischen Teilen, die einem einzigen Elektrodensystem angehören, einen Wärmeschirm anzubringen, um übermäßige Wärmeübertragungen auf ein bestimmtes Teil zu verhindern (deutsche Auslegeschrift 1 177 705).There are also known converters in which heat-insulating screens at such points in the interior are arranged on which components of the emitter system, which lower temperatures during operation as the emitter electrode, the components of the collector system are adjacent (U.S. Patent 3,176,165 and British Patent 977 954). It is also known, between parts that belong to a single electrode system, Attach a heat shield to prevent excessive heat transfer to a particular part to prevent (German Auslegeschrift 1 177 705).
Bei derartigen Konvertern hat sich nun herausgestellt, daß für Temperaturen unterhalb der Emitterelektrodentemperatur für die Elektronen ein potentielles Energiegefälle vom Kollektor zum Emitterteil auftreten kann, und zwar um so ausgeprägter, je tiefer die Temperatur des betreffenden Emitterbauteils liegt. Im Ergebnis kommt es dann zu einem inneren Kurzschluß im Konverter, wobei die Kurzschlußgefahr um so größer wird, je näher die betreffenden Bauteile einander benachbart sind.In converters of this type it has now been found that for temperatures below the emitter electrode temperature for the electrons a potential energy gradient from the collector to the emitter part can occur, and the more pronounced the lower the temperature of the emitter component in question lies. As a result, there is then an internal short circuit in the converter, with the risk of a short circuit the closer the components in question are adjacent to one another, the larger it becomes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem thermionischen Konverter die Kurzschlußgefahr innerhalb des Konverters zu beseitigen.The invention is based on the problem of reducing the risk of short circuits in a thermionic converter to eliminate within the converter.
In Fig. 1 bezeichnet 1 die Emitterwärmeröhre, 2 die Kollektorwärmeröhre, 3 die zylindrische Emitterelektrode, 4 die Emitterschicht, 5 die zylindrische Kollektorelektrode und 6 das Zentriersystem der Kollektorelektrode.In Fig. 1, 1 denotes the emitter heat tube, 2 the collector heat tube, 3 the cylindrical emitter electrode, 4 the emitter layer, 5 the cylindrical collector electrode and 6 the centering system of the collector electrode.
Die Wärmeröhren besitzen an der Innenwandung rechteckige Längskapillaren 7 bzw. 8. Die Emitterwärmeröhre weist 62 Kapillaren von 0,25 mm Breite und 0,4 mm Tiefe auf. Sie besteht einschließlich der Elektrode aus Tantal. Als Emitterschichtmaterial dient aufgedampftes Wolfram. Die Schichtoberfläche beträgt 17,5 cm2. Die Röhre hat im verjüngten Teil einen Innendurchmesser von 8 mm. Als Wärmeträger dient Blei. Die Emitterelektrode ist mit dem verjüngten Teil der Wärmeröhre durch das Konusstück 9 verbunden. Am unteren Ende ist die Wärmeröhre durch den eingeschweißten Stopfen 10 verschlossen, am oberen Ende, also an der Elektrode, durch den eingeschweißten Stopfen 11 mit Stempel 12. Die KoI-lektorwärmeröhre besteht aus der Legierung Nb-I Zr. Sie hat einen Innendurchmesser von 27 mm und weist 112 Kapillaren von 0,4 mm Breite und 0,6 mm Tiefe auf. Als Wärmeträger dient Cäsium.The heat pipes have rectangular longitudinal capillaries 7 and 8 on the inner wall. The emitter heat pipe has 62 capillaries 0.25 mm wide and 0.4 mm deep. It consists of tantalum including the electrode. Vapor-deposited tungsten is used as the emitter layer material. The layer surface is 17.5 cm 2 . The tube has an inner diameter of 8 mm in the tapered part. Lead serves as a heat transfer medium. The emitter electrode is connected to the tapered part of the heat pipe by the cone piece 9. At the lower end, the heat pipe is closed by the welded-in stopper 10, and at the upper end, that is to say on the electrode, by the welded-in stopper 11 with stamp 12. The KoI-lector heat pipe consists of the alloy Nb-I Zr. It has an inner diameter of 27 mm and has 112 capillaries 0.4 mm wide and 0.6 mm deep. Cesium serves as a heat transfer medium.
Die Kollektorelektrode besteht ebenfalls aus Nb-I Zr. An der dem Emitter zugekehrten Seite ist sie mit einer aufgesinterten Molybdänschicht bedeckt. An der der Wärmeröhre zugekehrten Seite besitzt sie Längskapillaren 13. Es sind 240 rechteckige Kapillaren von 0,1 mm Breite und 0,5 mm Tiefe vorhanden. Kollektorelektrode und Kollektorwärmeröhre sind unten am Ringboden 14, der gleichfalls Kapillaren aufweist, verschweißt. Oben wird die Kollektorelektrode durch den domartigen Deckel 16 abgeschlossen, der verschweißt ist. In den Elektrodenraum mündet zentral das Rohr 17 ein, welches zum Cäsium-Reservoir führt. Es durchdringt den oberen Abschlußdeckel 18 der Wärmeröhre. Der Konverter ist einmal über das Konusstück anThe collector electrode is also made of Nb-I Zr. On the side facing the emitter is it is covered with a sintered-on molybdenum layer. On the side facing the heat pipe it has Longitudinal capillaries 13. There are 240 rectangular capillaries 0.1 mm wide and 0.5 mm deep. The collector electrode and collector heat pipe are at the bottom of the ring base 14, which also has capillaries has, welded. At the top, the collector electrode is closed off by the dome-like cover 16, which is welded. The tube 17, which leads to the cesium reservoir, opens centrally into the electrode space leads. It penetrates the upper end cover 18 of the heat pipe. The converter is on once via the cone piece
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einem ersten Flansch 19 gehalten, der auch die Mi- bran 29 aus Tantal auf den Stempel aufgesetzt. Sieheld a first flange 19, which also placed the membrane 29 made of tantalum on the punch. she
nusklemme 20 trägt. Zum anderen wird er über die schirmt dabei mit ihrer lang heruntergezogenen Wan-nut terminal 20 carries. On the other hand, it is over the screens with its long drawn-down wall.
Kollektorwärmeröhre in der Hülse 21 gehalten, dung Stempel und Membran elektrisch vollständigCollector heat pipe held in sleeve 21, plunger and membrane electrically complete
welche am erwähnten Ringboden 14 verschweißt ist. ab, zu denen nun ein Überschlag von der Kollektor-which is welded to the aforementioned ring base 14. to which a rollover from the collector
Die Hülse ihrerseits ist am oberen Ende an einem 5 elektrode erfolgen könnte.The sleeve itself is at the top of a 5 electrode.
zweiten Flansch 22 verschweißt, welcher auch die Mit ihren vier Kanten berührt die Kappe die In-"second flange 22 welded, which also the four edges of the cap touches the inside "
Plusklemme 23 trägt. nenwand der Kollektorelektrode; es wird ein Elek-Positive terminal 23 carries. inner wall of the collector electrode; it will be an elec-
Die Elektrodensysteme sind elektrisch durch den trodenabstand von 0,35 mm eingehalten. Die Radialkeramischen Ring 24 aus Al9O3 gegeneinander iso- und Längsbohrung 30 des Stempels verbindet den
liert. Der Ring ist an Manschetten 25,26 aus Nb-I Zr io Membranraum mit dem Elektrodenraum,
angelötet, die ihrerseits mit den erwähnten Flanschen Der Konverter erreicht bei den obengenannten
gasdicht verbunden sind. Hierdurch entsteht der — Temperaturen eine Leistungsdichte am Kollektor
neben den Gasräumen der beiden Wärmeröhren. — von 6 W/cm2, also eine Gesamtaustrittsleistung von
dritte getrennte Gasraum des Konverters, der Elek- 105 W.
trodenraum, welcher mit Cäsium gefüllt ist. 15 In F i g. 2 sind die Verhältnisse wegen der ebenenThe electrode systems are electrically complied with due to the electrode spacing of 0.35 mm. The radial ceramic ring 24 made of Al 9 O 3 iso-opposed to one another and the longitudinal bore 30 of the punch connects the lined. The ring is soldered to sleeves 25, 26 made of Nb-I Zr io membrane space with the electrode space, which in turn are connected in a gas-tight manner to the flanges mentioned above. This creates a power density of the - temperatures on the collector next to the gas spaces of the two heat pipes. - of 6 W / cm 2 , i.e. a total outlet power from the third separate gas space of the converter, the electronics - 105 W.
trode space, which is filled with cesium. 15 In F i g. 2 are the conditions because of the flat
Im folgenden wird nun Art und Ort der Anbrin- Elektrodenausbildung des Konverters einfacher. EsIn the following, the type and location of the attachment electrode formation of the converter will now be simpler. It
gung zweier wärmedämmender Schirme gemäß der bezeichnen: 31 die Emitterwärmeröhre, 32 die KoI-two heat-insulating screens according to the designation: 31 the emitter heat tube, 32 the coil
Erfindung beschrieben. lektorwärmeröhre, 33 die Emitterelektrode, 34 dieInvention described. lector heat tube, 33 the emitter electrode, 34 the
Der erste Schirm ist die Al2O3-Hülse 27, welche Emitterschicht, 35 die Kollektorelektrode (mit Kapil-The first screen is the Al 2 O 3 sleeve 27, which is the emitter layer, 35 the collector electrode (with cap-
lose im Spalt zwischen Isolierring 24 und den be- ao laren 36 von 0,4 mm Breite und 0,4 mm Tiefe), 37loosely in the gap between the insulating ring 24 and the belly 36 of 0.4 mm width and 0.4 mm depth), 37
nachbarten Konverterteilen gelagert ist. Die Hülse das Cäsiumversorgungsrohr, 38 einen Kapillarstruk-adjacent converter parts is stored. The sleeve, the cesium supply tube, 38 a capillary structure
überdeckt besonders diejenigen Bauteile des Emitter- tureinsatz im Verdampferteil der Emitterwärmeröhreespecially covers those components of the emitter insert in the evaporator part of the emitter heater tube
systems, deren Temperatur am tiefsten unter derjeni- (mit 60 Kapillaren von 0,1 nun Breite und 0,4 mm.systems, whose temperature is lowest below derjeni- (with 60 capillaries of 0.1 now width and 0.4 mm.
gen der Emitterelektrode liegt. Das sind im vorlie- Tiefe), 39 den äußeren Halteflansch der Emitterwär-gen of the emitter electrode. These are in the present depth), 39 the outer retaining flange of the emitter heat
genden Falle der aufrechtstehende Kragen des Flan- 35 meröhre, 40 die negative Klemme des Konverters,in the case of the upright collar of the flange 35, 40 the negative terminal of the converter,
sches 19 und die Manschette 25. Hier könnte am und 41 die positive Klemme.sches 19 and the cuff 25. Here, on and 41 could be the positive terminal.
ehesten ein Überschlag vom Kollektorsystem zum Wie beim Konverter nach F i g. 1 sind auch hierMost likely a rollover from the collector system to As with the converter according to FIG. 1 are here too
Emittersystem erfolgen. Es sei bemerkt, daß der die Elektrodensysteme elektrisch voneinander durchEmitter system. It should be noted that the electrode systems are electrically separated from one another
Emitter bei einer Betriebstemperatur von 1600° C, einen Keramikring 42 aus Al2O3 isoliert, und zwarEmitter at an operating temperature of 1600 ° C, insulated a ceramic ring 42 made of Al 2 O 3 , namely
der Kollektor bei einer Betriebstemperatur von 30 unter Verwendung der Manschetten 43, 44. Wie inthe collector at an operating temperature of 30 using the sleeves 43, 44. As in
900° C arbeitet. In Bezug auf den Isolierring 24 übt F i g. 1 dient eine Al2O3-Hülse 45, lose zwischen Iso-900 ° C works. With respect to the insulating ring 24, FIG. 1 is an Al 2 O 3 sleeve 45, loosely between insulation
die Hülse 27 auch einen wärmedämmenden Einfluß Herring und Emitter eingefügt, zur elektrischen Ab-the sleeve 27 also inserted a heat-insulating influence Herring and emitter, for electrical disconnection
aus. ■ ■ schirmung gegen Überschlag und als Wärmeschildthe end. ■ ■ protection against flashover and as a heat shield
Der zweite wärmedämmende Schirm im Sinne der für die Isolierung. Ein Überschlag könnte besonders Erfindung befindet sich im Elektrodenraum der KoI- 35 zwischen den Manschetten 43 und 44 auftreten. Er lektorelektrode oberhalb der Emitterelektrode. Er er- wird durch die Verengung des Entladungsweges verfüllt einen doppelten Zweck: einmal bildet er das hindert, die die Hülse 45 in der betreffenden Zone Zentrierorgan am oberen Ende der Emitterelektrode verursacht.The second heat insulating screen in terms of insulation. A rollover could be special The invention is located in the electrode space of the column 35 between the cuffs 43 and 44. He lector electrode above the emitter electrode. It is filled by the narrowing of the discharge path a double purpose: once it forms that which prevents the sleeve 45 in the zone in question Centering organ caused at the upper end of the emitter electrode.
in der Kollektorelektrode, zum anderen sichert er die Eine Besonderheit beim dargestellten Konverterin the collector electrode, on the other hand it ensures the A special feature of the converter shown
für die Befestigung dieses Anschlages erforderlichen 40 besteht noch in der Einstellung des Elektrodenab-40 required for the attachment of this stop still consists in the adjustment of the electrode
Bauteile an der Emitterelektrode gegen Überschlag Standes, hier 0,30 mm. Der Abstand wird mit einerComponents on the emitter electrode stand against flashover, here 0.30 mm. The distance is with a
von der Kollektorelektrode her. Niobiumringfolie erzeugt, die in die Hauptbaufugefrom the collector electrode. Niobium ring foil is produced which is in the main structural joint
Wie F i g. 1 zeigt, besitzt die Emitterelektrode am der Konverterhälften eingelegt wird (s. Bezugszei-Like F i g. 1 shows, has the emitter electrode on which the converter halves are inserted (see reference
oberen Ende den Stopfen 11 mit Stempel 12. Der chen 46). Die Folie hat eine Dicke, die dem geStempel bildet den Sockel für das erwähnte Zentrier- 45 wünschten Elektrodenabstand entspricht. Sie wirdupper end of the stopper 11 with punch 12. The chen 46). The film has a thickness that corresponds to the stamped forms the base for the mentioned centering 45 corresponds to the desired electrode spacing. she will
organ, das durch die Keramikkappe 28 gebildet mit dem Fugenrand verschweißt. Der Ring 47 hinterorgan, which is formed by the ceramic cap 28 welded to the edge of the joint. The ring 47 behind
wird. Die Kappe ist im Querschnitt vierkantig abge- der Fuge dient der Zentrierung beim Zusammenbauwill. The cross-section of the cap is square - the joint is used for centering during assembly
plattet, und lose unter Vermittlung der Zentriermem- der Konverterhälften.Flattened and loose with the intermediary of the centering mem- bers of the converter halves.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |