DE1539277A1

DE1539277A1 - Thermionischer Wandler mit hoher Ionendichte der ionisierfaehigen Substanz

Info

Publication number: DE1539277A1
Application number: DE19661539277
Authority: DE
Inventors: Gerard Mongorge
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1965-02-24
Filing date: 1966-02-24
Publication date: 1969-08-28
Also published as: US3470393A; GB1138953A; FR1434315A

Description

DR. MÜLLER-BORS DlPL-ING. GRALFS DR. MANITZ PATENTANWÄLTE

Dr. Expl.

24. Februar 1966 7/Sv- O 679

CSF - Oompagnie Generale de lelegraphie Sans FiI,

47. Kue Dumont d'Urville, Paris 16°, Frankreich

Thermionischer Wandler mit hoher Ionendichte der ionisierfähigen Substanz

Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf thermionische Wandler zur Umwandlung von Wärme in elaktrisehen Strom.

Bekanntlich handelt es sich bei derartigen Wandlern um Dioden, die mit dem Dampf einer ionisierfähigen Substanz, beispielsweise Caesium, unter geringem Druck gefüllt-sindj unter der Voraussetzung, daß die Austrittsarbeits-Funktion der als Elektronenemissions-Elektrode in Anwesenheit des ionisierfähigen Gases größer als die der Sammelelektrode ist, verhalten sich solche Dioden als Generator, indem sie zwischen der Sammelelektrode und der Emissionselektrode eine elektrische Spannung hervorrufen, wenn letztere auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird.

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Des weiteren ist bekannt, daß diese Dioden im besonderen Bereich des sogenannten thermischen Bogens oder nicht in diesem Bereich arbeiten können, je nach der Wahl einer bestimmten Anzahl physikalischer Größen, wie z.B. Art und Druck des ionisierfähigen Dampfes, Elektrodenabstand, elektrische Felder, lemperaturen der Elektroden und des ionisierfähigen Dampfes, Emissionseigenschaften der .Emissionselektrode usw. Der Betrieb im Bogenbereich erfolgt bei starker lonendichte im Raum zwisc_hen den Elektroden und somit mit gutem Wirkungsgrad und auch mit hoher Stromstärke | andererseits ist die Klemmenspannung verhältnismäßig gering, so daß die Ausgangsleistung trotz des starken Stroms, der durch die Diode geht, ,nur schwach ist.

Der lichtbogenlose Betrieb erlaubt hingegen die Abnahme einer verhältnismäßig hohen Ausgangespannung, während die Ionisierung des ionisierfähigen Gases verhältnismäßig schwach ist, so daß die Ionendichte verhältnismäßig gering ist, woraus sich ein verhältnismäßig schlechter Wirkungsgrad und ein verhältnismäßig achwacher Strom ergibt, und die Ausgangsleistung daher ebenfalls beschränkt ist.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Diode zur Umwandlung von Wärme in elektrischen Strom, in welcher die Ionendichte der ionisierfähigen Substanz im Baum zwischen den Elektroden verhältnismäßig hoch ist, so daß der Wir-

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kungsgrad günstiger ■ und· den* Stronr stärker, und somit die Ausgangsleistung unter; sonstigen -vergleichbaren Bedingungen höher ist als "bei den bekannten· Dioden, die mit oder ohne Bogen-arbeiten. ^: -■ ·

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Zwisehenelektrodenraum der Hauptdiode mit dem Dampf der .. ionisierfähigen Substanz, z.B. Caesium, der Zwisehenelektrodenraum einer Hilfsdiode angeordnet ist, deren Betriebsparameter so gewählt sind, daß die Hilfsdiode im Bogenbereieh arbeitet, und daß die Elektroden der Hilfsdiode kurzgeschlossen und an das Potential entweder der Emissi'ons-- oder der Sammelelektrode gelegt sind* Die im Zwisehenelektrodenraum der Hilfsdiode sehr dicht erzeugten Oaesiumionen diffundieren in den Raum zwischen den,Elektroden der Hauptdiode und tragen dort zur Erhöhung, der Ionendichte bei. .

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Nach; einer bevorzugten-Ausführungsform der Erfindung bilden die' Emissionselektrode der Hauptdiode und der Hilfsdiode ein einziges Element.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben^ in dieser zeigen;

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Figur 1 sGhematisch das Prinzip der Elektrodenanordnung einer erfindungsgemäßen Diode,

Figur 2 schematisch, eine Ausführungsform der Diode nach Figur 1,

Figur 3 ein Axialschnitt der bevorzugten Ausführungsform einer flachen Diode gemäß der Erfindung und

Figur 4 ein Axialschnitt einer Ausführungsform einer zylindrischen Diode, b.ei der das Prinzip der Erfindung angewendet wird.

In Figur 1 bezeichnet 1 die Emissionselektrode und 2 die Sammelelektrode einer Wandlerdiode; diese Elektroden können aus Jedem beliebigen Material bestehen, das üblicherweise zu diesem Zweck verwendet wird. Gemäß der Erfindung befindet sich in der Nähe des Raumes 3 zwischen den Elektroden 1 und 2 der Zwischenelektrodenraum 4- zwischen Emissionselektrode 5" lind. Sammelelektrode 6 einer Hilfsdiode. Die Elektroden 5 und 6 sind durch die Verbindung 7 kurzgeschlossen und z.B. an die Emissionselektrode 1 angeschlossen, um ihr Potential festzulegen. Die Parameter, welche die Art und den Druck des umgebenden Gases, die Materialien und die Temperaturen der Elektroden 5 und. 6 und die Breite des Raumes 4 umfassen, werden so gewählt, daß in der Hilfs-

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diode ein Bogen zündet. Dieser Bogen wird durch einen kleinen Blitz im Kaum 4 symbolisch dargestellt»

In Figur 2 beziehen sich die Zahlen 1, 2, 3 auf die gleichen Einzelteile wie in Figur 1| die Ziffer1 bezeichnet die gemeinsame Emissionselektrode für die Hauptdiode und die Hilfsdiode, während die Sammelelektrode der

Hilfsdiode in der Form eines Hohlzylinders aus geeignetem ■ ^w Material angefertigt ist, das sich vom Material der Emissionselektrode 1 unterscheidet j dieser Zylinder ist auf ^ der Emi'ssionselektrode 1 befestigt, schließt auf diese Weise die Elektroden der Hilfsdiode kurz und verbindet sie mit dem Potential der Emissionselektrode 1. Der ringförmige Raum 9 zwischen den Elektroden der Hilfsdiode ist in geeigneter Größe ausgeführt, daß der Bogen zündet, der in der Zeichnung in Raum 9 durch die Blitze 10 symbolisch dargestellt ist. . M

Figur J ist ein Axialschnitt einer bevorzugten Ausführungs- · form einer flachen Diode* Diese Diode besteht aus einer Emissionselektrode 11, beispielsweise aus Rhenium, mit

einer Emissionsobarfläche von beispielsweise 3 chl , deren Mittelteil einer Sammelelektrode 12 der Hauptdiode, bei-

spielsweise aus Molybdän, mit 2,4 cm Oberfläche gegenüberliegt, und dessen Außenteil der Sammelelektrode 18 der

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ringförmigen Hilfsdiode, beispielsweise ebenfalls aus

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Molybdän und mit 0,6 cm Oberfläche, gegenüberliegt. Per Raum 13 zwisehen den Elektroden 11 und 12 ist 0,2 mm breit, der Raum 19 zwischen den Elektroden 11 und 18 ist 1,5 mm breit. Die Sammelelektrode 18 ist mit dem Rand der Emissionselektrode 11 leitend verbunden, wobei eine ringförmige Schale 20 zur Aufnahme des flüssigen Oaesiums vorgesehen ist. Auf der anderen Seite ist die Sammelelektrode 18 von der Sammelelektrode 12 durch einen Isolierring 16 isoliert.

Auf heiZungsvorrichtungen sind für die Emissionselektrode wie für das Caesium im Behälter 20 vorgesehen, jedoch in der Abbildung nicht dargestellt.

Wie die Emissionselektrode 11 auf 1500⁰K aufgeheizt wird und die Sammelelektrode 12 auf 700⁰K und der Oaesiumdampf auf 650⁰K gehalten werden - diesen Werten entspricht ein Druck von einigen lorr im Inneren des Gefäßes - zündet ein Bogen im Hilfsraum 19, jedoch nicht im Hauptraum 1J. Die Erfahrung zeigt, daß man unter diesen Bedingungen an den Klemmen 14 und 15, die wie gewöhnlich mit der Emissionselektrode bzw. der Sammelelektrode der Hauptdiode verbunden sind, eine elektrische Leistung von etwa wenigstens 3 Watt pro cm der Sammelelektroden-Oberfläche abnehmen kann.

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Dieses Ergebnis erklärt_:sicli aus der relativen Erhöhung· der Caesiumiönendichte im Raum 1.3 der, Hauptdiode.

In der in Figur 4 dargestellten Variante, die die Anwendung des gleichen Prinzips auf eine' zylinderförmige Diode' darstellt-, bedeutet 21 eine zylindrische Emissionselektrode, die auf einem z.B. durch eine Flamme erhitzten Iräger 17 befestigt ist} 22 bedeutet eine Sammelelektrode in der Form einer abgedichteten Umhüllung,- wobei die Sammel— elektrode durch zwischengelegte Isolierringe 26, 27 gegen die Emissionselektrode isoliert ist} 28, 29, 30 sind mehrere ringförmige Hilfssammelelektroden, deren Anschlüsse durch die isolierten Durchführungen 23, 24, 25 in der abgedichteten Umhüllung gehen und außerhalb derselben durch die Verbindung 31 untereinander und mit dem Träger 17 zusammengeschlossen sind. Die Klemmen 14 und 1-5 sind - wie in Figur 3 an die Emissionselektrode bzw. die Sammelelektrode angeschlossen. Wenn der Innenraum der abgedichteten Umhüllung mit ionisierfähigem Dampf gefüllt ist, so zünden bei einer geeigneten Auslegung der Parameter Bögen zwischen den Ringen 28, 29, 30 und der Emissionselektrode 21, wodurch die gleichen günstigen Ergebnisse erzielt werden wie in Figur 3·

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele, sondern erstreckt sich auch auf jede Variante, die ein Fachmann unter Anwendung des in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Prinzips herstellen kann. 909835/0774

- Patentansprüche -

Claims

P a t e η t ans ρ r ü cn e

1.] Thermionischer Wandler für die direkte Umwandlung von Wärmeenergie in Elektrizität, der im Inneren eines mit dem Dampf einer ionisierfähigen Substanz gefüllten Gefäßes eine erste, verhältnismäßig große Diode enthält, die geeignet ist, im nicht gezündeten Betrieb zu arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, verhältnismäßig kleine Diode vorgesehen ist,
die dazu geeignet ist, im gezündeten Betrieb zu arbeiten, und daß die beiden Dioden so angeordnet sind, daß die Räume zwischen den jeweiligen Elektroden nahe beieinanderliegen.

2. Thermionischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i cn η et, daß die zwei Elektroden der zweiten Diode miteinander und mit einer der Elektroden der ersten Diode verbunden sind.

3· Thermionischer Wandler nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Emissionselektrode
der beiden Dioden zu einem einzigen Element vereinigt sind. ι

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4. Thermionischer Wandler nach Anspruch. 2 , dadurch gek θ ώ. η ζ ei ch η e tr, daß die Sammelelektrode der beiden Dioden zu einem einzigen Element vereinigt sind.

5. Thermionischer Wandler nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t, daß die Sammelelektrode der zweiten Diode die gemeinsame Emissionselektrode der beiden Dioden umschließt.

6. Thermion!scher Wandler nach Anspruch 2j dadurch g e kennzeichnet, daß die zweite Diode aus einer ringförmigen Schale besteht, die die Emissionselektrode der ersten Diode umschließt.

7· !Thermionischer Wandler nach Anspruch J, dadurch g e ken η ζ e i c h η e t, daß die gemeinsame Emissions» elektrode aus einem Zylinder besteht, während die Sammelelektrode der beiden Dioden aus mehreren Ringen bestehen, die den Zylinder umgeben.

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