DE1539339A1 - Gas pipes, in particular for use as energy storage, and methods for operating the same - Google Patents
Gas pipes, in particular for use as energy storage, and methods for operating the sameInfo
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Description
United States Atomio Energy GommiesionUnited States Atomio Energy Gommiesion
Gasrohre, insbesondere zur Verwendung als Energiespeicher, und Verfahren zum Betrieb derselbenGas pipes, in particular for use as energy storage, and methods for Operation of the same
Priorität wird beanspruoht aufgrund Patentanmeldung USA Ser.No. 480 664 vom 18. August 1965Priority is claimed based on patent application USA Ser.No. 480 664 of August 18, 1965
Die Erfindung bezieht sieh auf Gasröhren und insbesondere | auf ein Verfahren zum Betrieb einer G-asröhre als thermoionigchei Energiewandler, der eine Gas- oder Metalldampfquelle enthält.The invention relates to gas tubes and more particularly to | on a method for operating a gas pipe as thermoionigchei Energy converter that contains a gas or metal vapor source.
Ein thermoionischer Energiewandler ist eine Elektronenröhre mit einer Kathode und einer Anode für die Umwandlung von Y/ärmeenergie an der Kathode zu elektrischer Energie in Sorrn ** einer durch die Bohre selbst erzeugten Spannung zwischen ihren Kathoden- und Anodenanschlüssen. Die Werkstoffe der Kathode und der Anode werden-iiblicherweise so gewählt, daß eine Kathode erhalten wird, deren elektronische Arbeitsfunktifcn wesentlich höher als die der Anode ist, um einA thermionic energy converter is an electron tube with a cathode and an anode for the conversion of Y / poor energy at the cathode to electrical energy in Sorrn ** a tension generated by the drill itself between their cathode and anode connections. The materials of the cathode and the anode are usually chosen so that a cathode is obtained whose electronic work functions much higher than that of the anode is to one
BAD ORIGINAL 909845/CU 31BATH ORIGINAL 909845 / CU 31
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inneres elektrisches Feld zum Beschleunigen der Elektronen von der Kathode zur Anode zu erzeugen»internal electric field to accelerate the electrons to generate from the cathode to the anode »
Damit die Elektronenbewegung von der Kathode zur Anode erleichtert wird, kann die Raumladung der Elektronen zwischen der Kathode und der Anode durch die Verwendung von positiven Ionen neutralisiert werden· Als Quelle für solche Ionen kann ein alkalischer Metalldampf dienen, der ein niedriges Ionisationspotential hat, wie Zäsium, der in den Raum zwischen den Elektroden eingeführt wird«So that the movement of electrons from the cathode to the anode is facilitated, the space charge of the electrons can between The cathode and the anode can be neutralized through the use of positive ions · As a source of such ions An alkaline metal vapor, which has a low ionization potential, such as cesium, which is present in the room can serve is inserted between the electrodes "
Ein bekannter Weg für die Einführung eines Alkalimetalldampfes wie Zäsium in den Raum zwischen den Elektroden erfordert die Anordnung eines flüssigen Alkalimetallbades in dem Röhrengefiß. Dieses Flüssigkeitsbad ist gewöhnlich in . einem mit dem;Elektrodenzwisehenraum in Verbindung stehenden Anhang des Rö&rengefäßes untergebracht,A well known way of introducing an alkali metal vapor like cesium in the space between the electrodes requires the placement of a liquid alkali metal bath in the tubular vessel. This bath of liquid is usually in. one connected to the electrode space In the appendix of the tube vessel,
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Ein erheblicher Nachteil, der Verwendung eines solchen Flüsaigineitsb|hälters oder -bades liegt darin, daß die Vorrichtung in unerwünschter Weise temperaturempfindlich gemacht ist· Es ist allgemein bekannt, daß der Dampf duck e.iiies flüssigen Bades von Alkalimetall, das als Quelle fürA significant disadvantage of using one Fluid storage or bath lies in the fact that the Device is made undesirably temperature sensitive · It is well known that steam duck e.iiies liquid bath of alkali metal, which is used as a source for
ο Alkalimetalldampf dient, um die erforderlichen positivenο Alkali metal vapor is used to provide the necessary positive
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»Ionen zu erzeugen, hauptsächlich durch die Badtemperatur **· ■ ■ .“Generating ions, mainly through the bath temperature ** · ■ ■.
.·£ bestimmt 1st. Der Zusammenhang zwischen dem Dampfdruck und. ' jj^der Badtemperatur, die nachstehend ala normale ■ Kondensations-·- ♦ !»temperatur bezeichnet wird, Ist für die meisten Elemente. £ determined 1st. The relationship between the vapor pressure and. 'jj ^ the bath temperature, hereinafter referred to as normal ■ condensation- ♦! »Temperature is called, is common to most elements
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bekannt. (Vgl. zum Beispiel K.K.Kelley, Bureau of Mines Bulletin 383, 1935).known. (See, for example, K.K. Kelley, Bureau of Mines Bulletin 383, 1935).
In diesem Sinne bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten Gasrohre und eines Verfahrens für den BetriebWith this in mind, the invention aims to create a improved gas pipes and a method of operation
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einer solchen Gasröhre, die sich durch eine geringere Temperaturempfindlichkeit des Gas- oder Dampfdruckes in . der Röhre auszeichnen· ': such a gas pipe, which is characterized by a lower temperature sensitivity of the gas or vapor pressure in. of the tube ' :
Is ist allgemein üblich, thermoionische Energiewandler unter solchen Bedingungen zu betreiben, daß die meisten, wenn nicht alle Metallflächen in dem Gefäß der Vorrichtung mit ■ einer monomolekularen Schicht von Zäsium oder weniger bedeckt sind. Beispielsweise kann die Kathode mit einer halben monomolekularen Schicht von Zäsium überzogen sein» Dieser Überzug der inneren Metallflächen der Vorrichtung ist in einem Gleichgewichtszustand zwischen einer zutretenden und einer verdampfenden Zäsiummenge an diesen Flächen.Is is common among thermionic energy converters such conditions to operate that most if not all metal surfaces in the vessel of the device with ■ a monomolecular layer covered by cesium or less. For example, the cathode with a half monomolecular layer of cesium coated »This coating of the inner metal surfaces of the device is in a state of equilibrium between an incoming and an evaporating amount of cesium on these surfaces.
Die Erfindung sieht vor, diese "Neigung des Zäsiums, MetalliLächen zu überziehen, auszunutzen» indem Mittel von verhältnismäiSig groiSer Oberfläche in der Vorrichtung vorgesehen werden, auf denen Zäsium in seiner Dampfphase gespeichertThe invention provides for this "tendency of the cesium, metal surfaces to exaggerate, to take advantage of »by means of proportionate large surface area provided in the device on which cesium is stored in its vapor phase
Φ wird«/Diese Speicher können einen Metallschwamm aufweisen, der Φ will «/ These tanks can have a metal sponge that
*** Poren enthalt, und beispielsweise durch Zusammensintern von jj, Wolf rainme tall te £b tien oder anderem Material, wie Aluminiumoxyd*** Contains pores, and for example by sintering together jj, Wolf rainmetal te £ b tien or other material such as aluminum oxide
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e» gebildet werden.- Der'Schwamm .kann auch die Form eines nichte »can be formed. The 'sponge. cannot take the form of a
ν gesinterten: Pulvers haben. Für ein gegebenes Volumen dieses; 3-ebild-es ist die Oberfläche der darin enthaltenen Poren ·-/"■" ν sintered: have powder. For a given volume this ; 3-ebild-it is the surface of the pores contained in it · - / "■"
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verhältnismäßig groß, so daß die Speicherung einer verhältnismäßig großen Menge Zäsium in seinem adsorbierten Zustand ermöglicht wird. ■relatively large, so that the storage of a relatively large amount of cesium is allowed in its adsorbed state. ■
: Die größere Affinität von Zäsium für andere Oberflächen als flüssiges Zäsium macht' es. möglich, in der Vorrichtung Zäsium in einem adsorbierten Zustand in einem verhältnismäßig weiten Temperaturbereich zu speichern· Dieser Temperatur* bereich erstreckt sich von einer Temperatur etwas über der normalen Kondensationstemperatur von Zäsium bis zu einer wesentlich höheren Temperatur, bei der der Wandler betrieben werden kann. Mit; anderen Worten kann eine Temperatur, bei der der Zäsiumdruck am günstigsten für den besten Wirkungsgrad des Wandlers ist, verwendet werden, selbst wenn sie wesentlich höher oder tiefer als ein oder mehrereElemente des Wandlers ist.: The greater affinity of cesium for other surfaces as liquid cesium does it. possible in the device cesium in an adsorbed state in a relatively to save a wide temperature range · This temperature range extends from a temperature slightly above the normal condensation temperature of cesium up to one much higher temperature at which the converter can be operated. With; other words can be a temperature at which the cesium pressure is most favorable for the best efficiency of the converter can be used, even if they is significantly higher or lower than one or more elements of the transducer.
Diese weitgehend gesteigerte Unabhängigkeit der Speichertemperatur von dem Zäsiumdruck im Wandler ist·darauf zurückzuführen, daß die Bindungsenergie von Zäsiumatomen an ein Bad verhältnismäßig klein ist t etwa 0,75 Elektronenvolt bei einer Temperatur von 55O0K beträgt, während die Bindungsenergie von Zäsiumat'omen an die Porenwand des Schwämme verhältnismäßig groß ist, zum Beispiel 2,oo Elektronenvolt bei der angegebenen Temperatur betagt. Daher ist e· mit einem ^ Zäeiumspeicher vom Schwammtyp möglich, den Speicher bei "S. einer merklich höheren Temperatür als normal zu betreiben.This largely increased independence of the storage temperature of the Zäsiumdruck in the converter is · due to the fact that the binding energy of Zäsiumatomen at a bath is relatively small t is about 0.75 electron volts at a temperature of 55O 0 C, while the binding energy of Zäsiumat'omen to the pore wall of the sponge is relatively large, for example 2, oo electron volts at the specified temperature. Therefore, with a sponge-type cell accumulator, it is possible to operate the accumulator at a noticeably higher temperature than normal.
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. Ein Zäsiumdampfspeicher erweist sich daher als weniger abhängig«von kritischen Temperaturen als Speicher in Form von flüssigen Bädern·. A cesium vapor storage therefore turns out to be less dependent «on critical temperatures as storage in the form of liquid baths ·
Ein Zäsiumspeicher, wie er hier beschrieben ist, speichert Zäsium in der Form eines an Metallflächen adsorbierten Dampfes. Das Volumen dieser Art von Speicher ist beachtlich größer als der Speicher nach Art. eines flüssigen Bades für die gleiche Zäsiummenge. Jedoch sollte das als adsorbierter Dampf gespeicherte Zäsiumvolumen ausreichend über eine normale betriebliche Lebensdauer der Vorrichtung sein« Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß unvermeidliche Zäsiumverluste während des Betriebs eines Wandlers auftreten* Ursachen für diese Verluste können Korngrenzen, Spalte oder Risse in der Innenwand des Gefäßes der Vorrichtung sein, in die Zäsium eindringen kann. Es wurde gefunden, daß diese Verluste während der normalen Lebensdauer der Vorrichtung völlig kompensiert werden, wenn die Oberflächen der Forenwände eines schwammartigen Zäsiumdampfspeichers wenigstens zehnmal so groß wie die normale Innenfläche des Wandlergefäßes ist. Vorzugsweise sollte jedoch das Verhältnis der Porenwandfläche zur normalen Innenfläche des Gefäßes noch merklieh größer sein. .A cesium storage device, as described here, stores cesium in the form of a material that is adsorbed on metal surfaces Steam. The volume of this type of storage is considerable larger than the reservoir according to the type of a liquid bath for the same amount of cesium. However, that should be considered as adsorbed Steam stored cesium volume sufficient over a normal operating life of the device. In this connection it should be mentioned that inevitable cesium losses occur during the operation of a converter * Causes for these losses can be grain boundaries, gaps or cracks in the inner wall of the vessel of the device the cesium can penetrate. It has been found that these losses occur during the normal life of the device be fully compensated if the surfaces of the forum walls of a spongy cesium vapor storage at least ten times the size of the normal inner surface of the transducer vessel. Preferably, however, the ratio of The pore wall surface must be considerably larger than the normal inner surface of the vessel. .
<° Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend mit<° An embodiment of the invention is below with
OO ■ . - -OO ■. - -
^ Bezug auf die Zeichnung im einzelnen beschrieben; in dieser^ Described in detail with reference to the drawing; in this
ο zeigt: ·■ - - :ο shows: ■ - -:
W Fig. 1 einen Schnitt eines Itermoionischen Bnergiew^ndlers»W Fig. 1 is a section of an Itermoionic energy converter »
BAD ORfGINALBAD ORfGINAL
bei dem die- Erfindung verwirklicht ist, und "in which the invention is realized, and "
Pig, 2 eine Schär Kurven des Betriebsdruckes in Abhängigkeit van der Temperatur, die den beachtlichen Unterschied zwischen den Dampf-Temperatur-Beziehungen von flüssigen Zäsiumspeichern und schwammartigen Zäsiumdampfspeichern veranschaulichen«Pig, 2 a Schär curves of the operating pressure as a function van der Temperatur, which shows the considerable difference between the vapor-temperature relationships of liquid cesium reservoirs and sponge-like cesium vapor storage systems "
Die Erfindung ist in der Zeichnung an einer thermoionisehen Energiewandlerröhre 10 dargestellt, die ein vakuumdichtes Gefäß 12 hatι das Zäsium enthält und aus zwei gleichen kreisförmigen metallischen Platten .14, 16 beispielsweise aus Wolfram gebildet ist. Die Platten 14, 16 sind in geeignetem Abstand voneinander durch einen Ring 18 aus Isolierstoff wie Aluminiumoxyd gehalten.The invention is shown in the drawing on a thermionic Energy converter tube 10 shown, which is a vacuum-tight Vessel 12 hatι contains the cesium and consists of two identical circular metallic plates .14, 16, for example Tungsten is formed. The plates 14, 16 are suitable Distance from each other by a ring 18 made of insulating material held like aluminum oxide.
Auf der Innenfläche der Platte 14 ist etwa durch Sintern eine Matrize 20 befestigt, die aus zusammengesinterten Wolframteilchen gemacht sein kann. Die gesinterte Matrize 20 bildet einen Speicher für Zäsiumdampf» An der Oberfläche der Matrize 20 befindet sieh eine verhältnismäßig dünne« Schürt 22 von hoohgradig g|attem Metall wie Wolfram, das an der Matrize 20 etwa durch Sintern befestigt ist. DieMatrize 20 und die Schicht 22 k|nnen eine Kathode bilden, und die Platte 16 lann ,als Anode def Vorrichtung dienen· Ein, Rohrstutzen 24, derOn the inner surface of the plate 14 is about by sintering Die 20 attached, which consists of sintered together tungsten particles can be made. The sintered die 20 forms a store for cesium vapor »on the surface of the die 20 see a relatively thin "stoke 22 of high-grade metal such as tungsten, which is attached to the die 20 is fixed about by sintering. Die 20 and the Layer 22 can form a cathode, and plate 16 can , serve as anode def device · A, pipe socket 24, the
φ aufgeweitet |argestellt 1st, dient als Mittel für dasφ expanded, serves as a means for that
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φ Evakuieren d|s Gefäßes 12 und das Einführen des Zäsiums in φ evacuating the vessel 12 and introducing the cesium into
m dasselbe. : m the same. :
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Die Anode 16» die auf einer niedrigeren Temperatur als die Kathode gehalten wird, wird durch Radiatoren 26 in geeigneter Weise gekühlt. Me. Kathode kann--durch geeig%Lte Mittel erhitzt werden, etwa durch eine !lamme, die auf die äußere "Fläche der die* Kathode tragenden Platte 14 gerichtet wird, wie durch Pfeil 28 angedeutet ist. Die Ausgangsleistung kann von dem Wandler über leitungen 30, 32 abgenommen werden·The anode 16 »which is at a lower temperature than that Cathode is held, is held by radiators 26 in a suitable Way chilled. Me. Cathode can - by suitable means be heated, for example, by a flame which is applied to the outer "Surface of the plate 14 carrying the * cathode is directed, as indicated by arrow 28. The output power can be taken from the converter via lines 30, 32
Um einen wirksamen Speicher für adsorbiertes Zäsium über die ganze praktische" lebensdauer- des Wandlers zu erhalten, ist erwünscht, daß die Metallmatrize oder der Schwammspeicher ■Porenwände von großer Oberfläche hat, damit er eine solche Menge von adsorbierten Zäsiumatomen aufnimmt, die groß im Verhältnis zu der Anzahl der Zäsiumatome in einem normal .'■■ arbeitenden Wandler-10 ist» Es wurde gefunden, daß ein praktischer Wandler wenigstens zehnmal soviel Zäsiumatome auf den Porenwänden des Sohwammspeichers haben soll, wie irgendwo in dem Gefäß des Wandlers beim normalen Betrieb des Wandlers vorhanden sind» Doch ist ein größeres Verhältnis als 10tt- für die Anzahl der in dem Speicher adsorbierten Zäsiumatome, als sie irgendwo in dem Wandlergefäß vorhanden sind, vorzuziehen, somit Kann, wenn Raumanpassungen verfügbar sind, der von der Matrize 20 gebildeteIn order to provide an effective store for adsorbed cesium over the whole practical "life-time" converter is to get it is desirable that the metal matrix or the sponge storage ■ has pore walls with a large surface area, so that it has such a Amount of adsorbed cesium atoms which is large in proportion to the number of cesium atoms in a normal . '■■ working transducer-10 is »It was found that a practical converter at least ten times as many cesium atoms should have on the pore walls of the Sohwammpeicher, how are present somewhere in the vessel of the transducer during normal operation of the transducer, but there is a larger ratio than 10tt- for the number of those in the store adsorbed cesium atoms, as they are somewhere in the transducer vessel, preferable, so can if space adjustments that formed by the die 20 are available
co Speicher groß genug sein, um tausendmal soviel Zäsiumatomeco memory must be large enough to hold a thousand times as many cesium atoms
ο -ο -
M> zu halten, wie aormalerweise irgendwo in dem WandlergehäuseM>, as usually somewhere in the converter housing
Oft ■- ■ : Often ■ - ■ :
5* 12 im Betrieb vorhanden sind. Auf diese Yteise werden Bormale5 * 12 are available in the company. In this way, Bormale become
BADBATH
.Zäsiumverluste aus dem Gefäß 12 während des Wandlerbetrd&ee wieder aufgefüllt durch den Speicher über eine Zeit hinweg, die bis an "die-.-Grenze, der normalen Lebensdauer eines praktischen Wandlers unddarüberhinaus reichen kann».Cesium losses from the vessel 12 during the converter operation refilled by the memory over a period of time, the up to "the -.- limit, the normal life of a practical converter and beyond that »
Es ist möglich, die Volumenabaiessung der als Zäsiumspeiehex· dienenden Matrize 20 auf den Baum in dem Wandler zuzuschneiden. Bs wurde gefunden, daß die Größe der Metallteilohen, aus denen die Speichermatrize zusammengesetzt ist, das Volumen der Matrize beeinflußt» Wenn also die Teilchengröße herabgeeeHzt wird, wird das Volumen der Matrize 20 für eine gegebene Speicherkapazität ebenfalls reduziert. .It is possible to change the volume dimension of the cesium spike serving die 20 to cut to the tree in the transducer. It has been found that the size of the metal parts is sufficient which the storage matrix is composed, affects the volume of the matrix. So when the particle size is reduced becomes the volume of die 20 for a given Storage capacity also reduced. .
Tut eiiien^ MetalldsmpfepeiGher nach der Erfindung, wie die Matrize 20, kann die Fähigkeit, auf der Oberfläche seiner Poren x^mal öOTiel 2äsiumatoiMi zu speiehern, wie auf der Ihiienfläolis mit in dem Baum des Wandlers vorhanden sind, bei einem jDampfdruck von 1 Torr durch folgende Gleichung ausgedrückt werden* If a metal body according to the invention, such as the die 20, has the ability to spew on the surface of its pores x ^ times oO much 2esiumatoiMi, as are present in the tree of the transducer, at a vapor pressure of 1 Torr the following equation can be expressed *
^Vq1 * ^Oberfl. ^ Vq1 * ^ Oberf l.
hierin bedeutet 5x10 ^ eine Gaskortstantehere 5x10 ^ means a gas locality
d den Durchmesser jedes Metallteirchens des Speichers, wobei angenommen wird, daß jedes Teilchen sphärxeh ist, und .d is the diameter of each metal piece of the Memory, assuming that each particle is spherical, and.
%ο1* ^Oberfl ^e- 2ahl der Zäsiumatome in dein% ο1 * ^ ^ e surface - 2ahl the Zäsiumatome in your
;-■-" .. ; ' · folumen -beziehungsweise--auf der Innenfläche; - ■ - "..; '· folumen - or - on the inner surface
aes -wandlere."«■/'.■-;-.. ■■■ . SAD ORIGINAtIA^\Qm^ i-t aes -wandlere. "« ■ / '. ■ -; - .. ■■■. SAD ORIGINAtIA ^ \ Qm ^ it
Aus Vorstehendem ergibt sich, daß das Volumen der schwammartigen Matrize 20 abhängig ist von dem Burohmesser der Metallteilchen ■From the above it follows that the volume of the spongy Die 20 depends on the office knife of the metal particles
des Schlammes, wie durch den Ausdruck (1) angegeben· Daher kann durch Wahl einer besonderen Teilchengröße für die Matrize 20 das Volumen des Schwamms auf die Raumerfordernisse der jeweiligen * Wandlertype zugeschnitten werden»of the sludge as indicated by the expression (1) · Therefore, can by choosing a special particle size for the die 20, the volume of the sponge to the space requirements of the respective * Converter type to be tailored »
Wenn beispielsweise die kombinierten Flächen der Anode 16 und ■ der Metallstruktur der Platte 14 und der Kathode 22 die Größe von -100 cm hat und der Abstand zwischen der Anode 16 und der Kathode 28 den Wert von 0,025 cm hat, kann der Wandler zweQk« mäßig einen Schwamm 20 aufnehmen, der ein Volumen von 1 cm hat. Für dieses Volumen des Sehwammes 20 kann eine Speichorkapazität für Zäsiumatome nachgewiesen werden* die das Hundertfache derjenigen des inneren Volumens und der.inneren Oberfläche des Wandlers hat, vorausgesetzt, daß jder Durchmesserjäer den Schwamm bildenden Teilchen 10 /1Om beträgt und der Wandler bei einem Dampfdruck von 1 Torr betrieben wird.For example, if the combined areas of the anode 16 and the metal structure of the plate 14 and the cathode 22 are -100 cm and the distance between the anode 16 and the cathode 28 is 0.025 cm, then the transducer can do two things pick up a sponge 20 which has a volume of 1 cm. For this volume of Sehwammes 20 a Speichorkapazität can be detected for Zäsiumatome * to that of one hundred times the internal volume and der.inneren surface of the transducer is provided that jder Durchmesserjäer is the sponge-forming particles 10/1 Om and the converter at a steam pressure operated from 1 Torr.
Die Speicherung von Zäsium durch Oberflächenadsorption an Pörentwänden des Schwammspeichers der Matrize 20 ergibt' die Möglichkeit, einen gewünschten Zäsiumdampfdruck von zum Beispiel 1 Torr in dem Y/andler aufrecht zu erhalten, mit einer beachtlich geringeren Temperaturabhängigkeit als im Fall des Wandlers mit Zägiumbad* Die Kurve 34 in Fig. 2 zeigt den Dampfdruck in Abhängigkeit γοη der Temperatur T_ eines Zäsiumspeichers in Form eines Badeia* Es ist zu beachten, daß diese Kurve recht steil ist, daß heißt, daßThe storage of cesium by surface adsorption on the porous walls of the sponge reservoir of the die 20 results in the possibility of a desired cesium vapor pressure of, for example, 1 torr in the Y / andler maintain, with a considerably lower Temperature dependency than in the case of the converter with Zägium bath * The curve 34 in FIG. 2 shows the vapor pressure as a function of γοη the temperature T_ of a cesium reservoir in the form of a Badeia * Es it should be noted that this curve is quite steep, that is to say that
909 845/0IH [1909 845 / 0IH [1st
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eine Änderung in der Temperatursteuerung unerwünschterweise eine verhältnismäßig hohe Druckänderung hervorruft. Dies liegt daran» daß die Kraft, mit der-die Zäsiumatome an das Bad gebunden sind, verhältnismäßig klein ist, entsprechend einer Bindungsenergie von nur 0,75 Elektronenvolt, Dagegen ist Kurve 36, die die Dampfdruokabhängigkeit von Zäsium angibt, wenn .es in den Porenwänden eines Speichers 20 vom Metailsohwammtyp gespeichert \ ist, viel weniger steil ist und somit der Zäsiumdampfdruck in erwünschter Weise sich weniger ändert für die zuvor erwähnte Änderung in der (Temperatursteuerung· Dies liegt daran, daß die Kraft, mit der die Zäsiumatome in dem Speicher an die Porenwände desselben gebunden sind, wesentlich höher ist, als in dem Fall eines Speichers in Form eines Bades, daß heißt, entsprechend einer Bindungsenergie von 2 Elektronenvolt·a change in temperature control undesirably causes a relatively large change in pressure. This is because the force with which the cesium atoms are bound to the bath is relatively small, corresponding to a binding energy of only 0.75 electron volts pore walls of a memory is \ 20 stored by Metailsohwammtyp, is much less steep and thus the Zäsiumdampfdruck desirably less changes for the previously mentioned change · in (temperature control This is because the force with which the Zäsiumatome in the memory of the pore walls of the same are bound, is much higher than in the case of a memory in the form of a bath, that is, corresponding to a binding energy of 2 electron volts
Wenn die Kathoderitemperatur 3fK ist, so siftd beachtliche Abweichungen von dieser !Temperatur entweder! nach links (in fig« 2) If the cathoderite temperature is 3 ° K , there are considerable deviations from this! Temperature either! to the left (in fig «2)
■ - ■; ■■ ■ ..-..· } " -zu einer niedrigöBtn Temperatur I^ oder n^oh rechts zu einer höheren Temp'erattr T^ zulässig, wenn der Bchwammspeicher der Erfindung verwincet wird, ohne daß der Dampfdruck des Zäsiums in dem Wandler ve »einem Wert wie etwa 1 f?orr beachtlich abweicht· Dies gestattet unvermeidbare Schwankungen·in der Kathodentemperatur des Wandlers, ohne den Wirkungsgrad des Wfnälers herabzusetzen» ■ - ■; ■■ ■ ..- .. ·} "- to a low temperature I ^ or n ^ oh right to a higher Temp'erattr T ^ permissible if the sponge storage of the invention is used without the vapor pressure of the cesium in the transducer ve »deviates considerably from a value such as 1 for r · This allows unavoidable fluctuations · in the cathode temperature of the converter without reducing the efficiency of the converter»
die temperatur.T in lig» 2 die Temperatur der Anode 16 der fig», 1 ist* kwin offensichtlich der Speicher in Wäräeübertragung in Bezug lauf die Anodf 16 anstelle der Kathode 22 treten,the temperature.T in lig »2 is the temperature of the anode 16 of the figure, 1 * kwin obviously the storage in heat transfer in relation to the anode 16 instead of the cathode 22,
S Ö 9 8 4 S/Wli: n badS Ö 9 8 4 S / Wli : n bad
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um einen gewünschten Zäsiumdampfdruck von 1 Torr aufrecht zu erhalten. Der Druck in Abhängigkeit von der Temperaufcr kann sich dann verhalten^ wie durch Kurve 38 in Pigφ 2 gezeigt ist. Diee macht es möglich, den Schwammspeiaher für Gas nach der Erfindung entweder an der Kathode oder an der Anode zu verwenden» Es ist auch möglich/ den Zäsiumspeicher an dem Wandlergefäß in einem Bereich anzuordnen, der von der Anode sowie der Kathode entfernt ist*to maintain a desired cesium vapor pressure of 1 torr obtain. The pressure can vary depending on the temperature then behave ^ as shown by curve 38 in Pigφ 2. This makes it possible to use the sponge feeder for gas after the Invention to use either on the cathode or on the anode »It is also possible / the cesium storage on the converter vessel to be arranged in an area away from the anode and the cathode *
Wenn zwei oder mehr getrennte Sehwammspeicher verwendet werden» dann werden verwickelt^Druek-Temperatur-Begiehungen erhalten, als in Pig. 2 gezeigt sind· Tatsächlich ist ein größerer Freiheitsgrad -bei; der. Wahl' einer gewünschten Beziehung möglich.When two or more separate sponge tanks are used » then intricate pressure-temperature relationships are obtained, than in Pig. 2 · Indeed, there is a greater degree of freedom -at; the. Choice of a desired relationship possible.
Die Bindungeeiiergie der Zäsiumatome an den Porenwänden des Schwammspeichers 20 beträgt, wie oben angegeben, etwa 2 Elektronen«- volt bei einer Temperatur von 5530K. Doen ändert sich die Bindungsenergie der Säeiumatome mit dem Zäsiumüberzug· So 1st bei höherem überzug die Bindungseniergie herabgesetzt, während &ei kleinerem überzug die Bi&dungaenergie erhöht ist· In jedem lall ist der Orusi:--durch die■'temperatur bestimmt, wie der folgende Ausdruck -cirtt ■- '■■"; . ■.'.'■:■ _ :- " ■' ·.-'■-■, The Bindungeeiiergie the Zäsiumatome on the pore walls of the sponge memory 20 is, as indicated above, such as 2-electron "- volt at a temperature of 553 0 K. Doen the binding energy of the Säeiumatome with the Zäsiumüberzug · So 1st changes at higher coating reduced the Bindungseniergie, while & ei smaller coating the Bi dungaenergie increase is · lall each is Orusi: - 'certain temperature, such as the following expression -cirtt ■ -' by the ■ ■■ "; ■ ■: ■ _: -.. '.'"■' · .-' ■ - ■,
(2)(2)
hiarin. bedeutet - - - -hiarin. means - - - -
Ty aie Siiidungsenergie der. Zäsiumatpme, T^ lie-temperatur" des-Elements, an dem α=r SchwammspeicherT y aie siidation energy of. Cesium atmosphere, T ^ lie-temperature "of the element, at which α = r sponge storage
■;■■ ■---e-r^-ist»,;. 90984570438■; ■■ ■ --- e - r ^ - is »,;. 90984570438
p den Dampfdruck undp the vapor pressure and
K eine Konstante, die sich geringfügig mit der Temperatur ändert.Not a constant that varies slightly with temperature changes.
Um sicherzustellen« daß eine vorbestimmte Arbeitetemperatur . eich nicht Über den Temperaturbereich erstreckt» bei dem ein gewünschter Zäsiumdampfdruck zu wahren ist, ist vorzuziehen» daß diese vorbestimmte Arbeitetemperatur einen Mittelwert T^ zwischen den Grenzen T^ und Tj1 dee Bereiche bildet» wie in Pig. 2 gezeigt ist. Auf diese Weise sind Temperaturabweichungen über und unter die mittlere oder vorbestimmte Arbeitetemperatur zulässig, ohne den Zäsiumdampfdruck zu beeinflussen·To ensure a predetermined working temperature. If it does not extend over the temperature range in which a desired cesium vapor pressure is to be maintained, it is preferable that this predetermined working temperature forms a mean value T 1 between the limits T 1 and T 1 of the ranges, as in Pig. 2 is shown. In this way, temperature deviations above and below the mean or predetermined working temperature are permitted without influencing the cesium vapor pressure
Bei der Herstellung eines thermoionischen Energiewandlers 10 (Fig. 1) mit einem "Wolframschwammspeicher für Zäsium wird eine Schwamm-Masse 20 von solchem Volumen» daß sie an den Forenwänden wenigstens zehnmal soviel Zäßiumatome adsorbiert» wie an Ihnenflächen von Metallelementen 4ee Wahdlergefäßee 12 A eorbiert werden und in dem von dem Gefall umgrenzten Raum vorhanden sind» etwa durch Sintern an der Endwand 14 befestigt, um einen Teil der Kathode der Vorrichtung zu bilden. Die Kathode soll eine hochgradig glatte Oberfläche gegenüber der Anode 16 haben, imIn the manufacture of a thermionic energy converter 10 (Fig. 1) with a "tungsten sponge storage for cesium is a Sponge-mass 20 of such volume "that it can be attached to the walls of the forums at least ten times as many carbon atoms adsorbed as on their surfaces absorbed by metal elements 4ee Wahdlergefäßee 12 A. and are present in the space delimited by the slope » attached to end wall 14, such as by sintering, to form part of the cathode of the device. The cathode should be a have a highly smooth surface opposite the anode 16, im
Hinblick auf den relativ, kleinen Abstand zwischen den gegenco With regard to the relatively small distance between the Gegenco
überliegenden Flächen von Kathode und Anode* Diese glatte Oberfl fläche kann durch eine Sihicht 22 aus Wolfram oder anderem ge-■m
-^ eignetem Metall gebildet werden, die eine Dicke von etwa 10opposite surfaces of the cathode and anode * This smooth surface area can be achieved by Sihicht 22 of tungsten or other overall ■ m
- ^ suitable metal are formed, which have a thickness of about 10
♦*■ Tausendstel Zoll hat und auf die zur Anode 16 gelegenen Fläche des Schwämme 20 aufgebracht ist» Die freiliegende Seite der dünnen 22 wird ~lai;t "remacht. duxdi· PGei^neto^ Polieren cf-rr♦ * ■ has a thousandth of an inch and is on the surface facing the anode 16 of the sponges 20 is applied »the exposed side of the thin 22 will ~ lai; t "remacht. Duxdi · PGei ^ neto ^ polishing cf-rr
BADORiOiNALBADORiOiNAL
und ist daher geeignet, die wirksame Kathodenfläohe der · Vorrichtung zu bilden. Wenn die Schicht 22 hioht angebracht wird, soll die ffläohe des Schwämme 20 zur Anode 16 hin in geeigneter Weise poliert werden·and is therefore suitable for increasing the effective cathode surface of the Form device. When the layer 22 is applied high, the surface of the sponge 20 towards the anode 16 should be more suitable Way to be polished
Der Iaolierring 18, der eine solohe länge beziehungsweise Höh· hat, daß ein gtwünaohter Abatand zwisohen den zueinander geriohteten Flächen der Kathode 22 und der Anode 16 -vorgesehen wird, der bei einer Wandlertype 0,025 cm betragen kann, ist zweckmäßig metallisiert an seinen Stirnflächen und etwa duroh löten an den Endflächen 14, 16 des Wandlers befestigt.The Iaolierring 18, which has a length or height that a desired abatand is provided between the mutually aligned surfaces of the cathode 22 and the anode 16, which can be 0.025 cm in the case of a converter type, is expediently metallized on its end faces and approximately duroh solder attached to the end faces 14, 16 of the transducer.
Anschließend wird daa Gefäß 12 duroh den Rohrstutzen 24 bia au einem gewünschten verhältnismäßig niedrigen Druck evakuiert« Daa Wandlergefäß 12 und die Elektroden 16, 22 werden dann auf ifyre Arbeitstemperaturen gebracht. Die Gefäßtemperatur kann 5530Hbetragen. Zäaium wird in das Gefäß 42' durch einen geeigneten 4nhang eingelassen,- der ebenfalls auf diesfe Temperatur erhitzt wir<$. Ein solcher Anhang ist allgemein bekannt und daher nicht dargestellt. Der Anhang enthält ein Zäaiumbad. Ea ist wichtig für den Betrieb des thermo ion Ja)hen Energiewandlere 10, daß der ganze" Wandle*1 bei einer Temperatur über der des Zäaiumbades betrieben wird· Nachdem Gleichgewicht hergestellt ist, zum Beispiel bei einem Zäsiumto Subsequently, the vessel 12 is evacuated through the pipe socket 24 to a desired, relatively low pressure. The converter vessel 12 and the electrodes 16, 22 are then brought to working temperatures. The vessel temperature can be 553 0 Hb. The fence is let into the vessel 42 'through a suitable slope - which is also heated to this temperature. Such an appendix is generally known and is therefore not shown. The annex contains a fence bath. Ea is important hen the operation of the thermo ion Yes) energy Wandlere 10, that the entire "Walk * 1 over the Zäaiumbades is operated at a temperature · After equilibrium is established, for example, a Zäsiumto
ο dampfdruck von 1 Torr in dem Gefäß, wird der Anhang etwa durchο vapor pressure of 1 Torr in the vessel, the appendix is roughly through
·*** Abkneifen hermetisch verschlossen. In einem solchen 51eichg#wiohts-· *** Pinch off, hermetically sealed. In such a 51eichg # wiohts-
^4 zustand bildet das Zäsium eine partielle monomolekulare Schicht ■t^äuf der Kathodenfläche 22 und auf den Porenwänden des Wolfram-^ 4 state, the cesium forms a partial monomolecular layer on the cathode surface 22 and on the pore walls of the tungsten
6i : . : 6i :. :
*° schwamms 20. Sine monomolekulare Schicht aus Zäsium wird auf der * ° schwamms 20. Its monomolecular layer of cesium is placed on the
BAD ORIQiNALBAD ORIQiNAL
15383391538339
Häche der kühleren Anode 16 gebildet· Zäsiumatome durchdringen auch den Innenraum de* Gefäßes 12· Eiist wichtig für den Betrieb dee Wandlers 1Ot daß der ganze Wandler bei Temperaturen über der normalen Kondensationetemperatur entsprechend dem Arbeitsdruck betrieben wird* Pies gewährleistet, daß Heine flüssigen Zäaiumbäder irgendwo im Wandler gtbildtt werden und daß der Druck au allen Zeiten durch die Temperatur des Schwammspeichers geregelt wi»4*Häche the cooler anode 16 formed · Zäsiumatome penetrate the interior de * vessel 12 · Eiist important to the operation dee converter 1O t that the whole transducer Pies is operated at temperatures above the normal Kondensationetemperatur corresponding to the working pressure * ensures that Heine liquid Zäaiumbäder somewhere in the converter and that the pressure is controlled at all times by the temperature of the sponge reservoir.
Ea ist ■o-mi1 erelohtlich, dafi bei irgendeiner gewählten Betriebetemper· tür der SchwMHMpeicher für Zäsium als fortdauernde Zäiiuaqutlle diejnt, to da| normale ZÜsiumverluste in dem Qeiäfl nicht die IiebenedaUii1 der Vorrichtung beeinträchtigen, ferner ist der btechriebent achwammepeicher weniger abhängig von Tenperaturetabilität für Ait Wahrung eines gewünschten Dampfdruckes alsvSpei-Ea is o-mi1 worthy of the fact that at any selected operating temperature the SchwMHMpeicher for cesium functions as a permanent source of cesium, to da | is affecting normal ZÜsiumverluste in the Qeiäfl not IiebenedaUii 1 of the apparatus, furthermore, the btechriebent achwammepeicher less dependent on Tenperaturetabilität Ait for maintaining a desired steam pressure as a storage v oher mitoher with
wirkungsgrad beiefficiency at
Bad und gewährleistet daher einen höheren Arbeit*· eich ändernden Gefäßtemperaturen in einem verhält-Bath and therefore guarantees a higher work *
nismäßig weittn auläBsigen Bereich»moderately wide outside area »
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