DE1601226A1 - Heizrohre - Google Patents

Description

TELEFpNiSSSiZi ; 8000 MÖNCHEN 15

TELEGRAMME: KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

W. 13392/67 -Ko/I .

Martin-Marietta Corporation Friendship International Airport Maryland (V.St.A.)

'- ■ ■ Heizrohre .

Die Erfindung betrifft Heizrohre, insbesondere Heiz-' rohre mit einer hervorragenden Gestaltung des Strahlers. Die Erfindung betrifft weiterhin thermoionische Dioden der ganz allgemein durch Radioisotope mit Kraft versorgten Art und insbesondere eine Kollektorstrahlungsstruktur, die als Heizrohr betrieben wird, um eine maximale Wirksamkeit bei der Beseitigung von Abfallwärme zu erzielen.

Heizrohre sind eine neuere Entwicklung und bestehen in ihrer einfachsten Form aus einem normalerweise metallischen Behälter, bei dem an der inneren Oberfläche eine Kapillarstruktur angewandt wird, die im wesentlichen mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gesättigt ist. Das Heizrohr wirkt zu einer praktisch isοthermischen Übertragung von Wärme von einem Punkt an der äußeren Oberfläche zu irgendeinem anderen Punkt mittels eines Verdampfungs-Kondensations-Kreislaufes.

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Bei thermojonischen Dioden, wie sie z.B. durch Radioisotope mit einer kurzen Halbwertzeit mit Kraft versorgt werden, variiert die Quantität der abgegebenen Wärme mit der Zeit, und der Radiator und die Kollektoroberflache können schärfer variieren, als es gewünscht wird, wenn normale Leitungs-Strahlungs-Eigenschaften angewandt werden. Insbesondere kann der Temperaturabfall zwischen der Sammleroberfläche und dem Radiator übermäßig groß werden, falls d^er Wärmeleitweg lang ist und die Radiatoroberfläche schwach ausgenützt wird. Üblicherweise haben thermionische Dioden eine Wärmeumwandlung eingebaut, die aus einer relativ großen Metallmasse oder einem anderen wärmeleitenden, thermisch mit der metallischen Kollektoroberflache verbundenen Masse besteht, wodurch die nicht durch die thermcdonischen Umwandlungseinrichtungen verwertete Energie durch Abstrahlung und/ oder Konvektion von der äußeren Oberfläche des Wärmeumwandlungsradiators verteilt wird. Derartige übliche Wärmeumwandlungsradiatoren erwiesen sich als unzufriedenstellend auf Grund der meßbaren thermischen und mechanischen Spannungen, die sich innerhalb des Wärmeumwandlungsbauteils selbst infolge der darin auftretenden Semperaturdifferenzen einstellen.

In den Zeichnungen stellen

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines mehrfachen thermöipnischen Diodenumwandlüngsreglers, der eine Mehrzahl von verbesserten thermdonischen Dioden .gemäß der Erfindung enthält,

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Fig. 2 eine Seitansichtim Schnitt einer Ausführungsform einer verbesserten thermoionischen Diode gemäß der Erfindung, . .

Fig. 3 eine ebene Bodenansicht eines 5eils des Heizrohrkondenslerabschnittes der in Fig. 2 gezeigten Torrichtung entlang etwa linie 3-5,

Fig. 4- eine Seitansicht im Schnitt einer eine zweite Ausfuhr ungs form der Erfindung darstellenden Diode, Fig. 5 eine Seitansicht im Schnitt einer eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellenden Diode und g Fig. 6 eine Seitansicht im Schnitt einer eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellenden Diode dar. ■/' ■. ■"■ ■" - ■ ·■ ^; ..-"■■■·■·

Ganz allgemein betrifft die Erfindung ein Heizrohr mit einer hervorragenden Radiatorgestaltung, die eine Umfassung mit im Abstand befindlichen Wärmeabgebungs- und Wärmeaufnahmeoberflächen enthält, wobei eine Arbeitsflüssigkeit innerhalb der Umfassung, deren Flüssigkeits- und Dampfphase im Gleichgewicht steht, geführt wird» und enthält kapillare Transporteinrichtungen, die von den im Abstand befindlichen, I innen liegenden Wärmeaufnahme- und-ebgabeoberflachen getragen werden. Durch die Wärmessufuhr zu der Wärmeaüfnahmeoberfläche wird verursacht, daß die Flüssigphase verdampft, wobei die verdampfte Arbeitsflüssigkeit eine Neigung zur Wanderung zur Wärmeabgabeoberfläche und zur Kondensation daran besitzt, wodurch ein isöthermaler Wärmetransport zwischen den Oberflächen erfolgt. Die kondensierte Flüssigkeit wird zu der

Wärmeaufnahmeoberfläche durch die kapüLare Transporteinrichtungen zurückgeführt, wobei die Fläche der Wärmeabgabeoberfläche wesentlich größer ist als die Fläche der Wärmeaufnahmeoberfläche. Bei einer bevorzugten Form sind die Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeoberflächen im allgemeinen ringförmig in ebener Ansicht und im Abstand voneinander entlang einer gemeinsamen Achse, wobei ein Teil der kapillaren Transporteinrichtungen sich lotrecht zu der gemeinsamen Mittellinie zwischen den gegenüberstehenden Oberflächen in der Weise er-

P strecken, daß die Dampf- und Flüssigkeitswege sich von einer geraden Richtung zwischen gegenüberstehenden Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeoberflächen zu einer Richtung im reohten Winkel hierzu ändern.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine verbesserte thermische bis elektrische Umwandlungseinrichtung, die durch eine einheitliche Temperatur-Wärmeabgabeoberfläche innerhalb der Anordnung gekennzeichnet ist, die eine Quelle für thermische Energie und elektrische Umwandlungseinrieh-

_k tungen enthält, die betrieblich mit der thermischen Energie-

quelle verbunden sind. Energieverteilungseinrichtungen für überschüssige thermische Energie in Form eines "Heizrohres" sind thermisch mit dem elektrischen Umwandler zur Aufnahme von thermischer Abfallenergie verbunden und enthalten eine Wärmeaufnahmeoberfläche und eine im Abstand davon befindli-< ehe Wärmeabgabeoberfläche, die eine Heizrohrumfassung bildet.

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Eine Arbeitsflüssigkeit, deren Flüssigkeits- und Grasphasen im Gleichgewicht stehen, wird innerhalb der Umfassung mittels von der Oberfläche·getragenen Kapillareinrichtungen getragen, wobei die verdampfte Arbeitsflüssigkeit zu der Wärmeabgabeoberfläche wandert und darauf unter Ausbildung einer isothermalen Wärmeübertragung darauf kondensiert, wobei die kondensierte Arbeitsflüssigkeit zu der Wärmeaufnahmeoberfläche durch Kapillartransport zurücktransportiert wird.

Mehrfache Umwandlereinrichtungen lassen sich leicht innerhalb einer metallischen Reglerschale anbringen, wobei die isothermalen Wärmeabweisungsoberflächen an der Schale gebunden sind, jedoch elek^tisch hiergegen isoliert sind, wodurch eine elektrische Reihenschaltung der Konverter ermöglicht wird, ohne daß sich eine Schädigung der mechanischen Bindung zwischen der Schale und den Anordnungen einstellt, da . ein thermischer Gradient über die Wärmeabgabeoberfläche vermieden wird.

Die Erfindung ist speziell anwendbar auf mit Radioisotopen betriebene thewoDionische Konverter, und ein nicht-kondensierbares Gas kann teilweise die Heizrohrarbeitskammer füllen, um | wirksam die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe unter Betriebsbedingungen von niedriger Belastung zu regeln.

Thecmoionische, durch radioisotopische Brennstoffquellen mit Kraft versorgte Dioden wurden seit langem zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie verwendet. Nur ein Teil der durch die radioisotopische Brennstoffquelle frei-'

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gegebenen thermischen Energie wird tatsächlich in elektrische Energie umgewandelt, und die restliche thermische Energie muß an die Atmosphäre, in den meisten fällen durch Strahlung oder Konvektion, von einem Konverterregler freigegeben werden.

Wie aus Pig. 1 ersichtlich, hat die verbesserte thermoionische Diode gemäß der Erfindung eine große Anwendbarkeit für lonverterregler mit mehrfachen Dioden, beispielsweise den halbkugeligen Regler 10. Der Regler 10 besteht in diesem Fall aus vier thermoioniBchen Diodenkonvertern 12, 14, 16 und 18, die durch punktierte Linien angegeben sind, die mehr oder weniger radial angebracht sind, wobei sich ihre Achsen nach einwärts erstrecken und sich an einem gemeinsamen 3?unkt zentral innerhalb der äußeren halbkugeligen Schale 20 schneiden. Obwohl eine einzige radioisotopeJBcennstoff quelle (nicht gezeigt)

für als gemeinsame thermische Energiezufuhr'alle vier thermoionischen Diodenkonverter angewandt werden kann, kann jede der Dioden 12, 14, 16 und 18 ihre eigene radioisotope Brennstoffquelle in der in den Ausführungsformen der Pig. 2 bis ein- \ schließlich 6 gezeigten Art enthalten. Die einzelnen thermoionischen Diοaenuinwandler haben eine pilzförmige Gestalt mit großen ringförmigen Kappen 22 und zylindrischen Füßen 24« Die äußere halbkugelige Schale 20 kann aus einem rostfreien Stahl gebildet sein, während die ringförmigen halbkugeligen Kappen 22 oder die Kollektor-Radiator-Strukturen aus wärmeleitendem Metall, beispielsweise Aluminium, geformt sind. Die Kappen 22 sind elektrisch gegenüber der rostfreien Stahl-

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schale 20 durch einen dünnen Überzug eines Metalloxyds oder dergleichen isoliert. Me Aluminiumkappen 22 der pilzförmigen thermoionischen Konverteranordnungen bilden tatsächlich die thermischen Radiatorabschnitte der thermoionischen Konverter, und infolgedessen nuß die Wärme leicht von den äußeren Oberflä-

die
chen der Kappen 22 anI halbkugelige Schale 20 gehen, wo sie dann in den Raum abgestrahlt wird oder an die umgebende Atmo-Sphäre durch Konvektion abgegeben wird. Sie Konverterkappen sollten als sphärische Dreiecke zur theoretischen Vollkommenheit geformt sein. λ

Gemäß den Fig. 2 und 3 steht der halbkugelige Kappenteil 22 des pilzförmigen thermoionischen Konvertiere 12 in thermisch Übergehender Beziehung zu der äußeren rostfreien Stahlschale 20, die durch eine elektrische Isolierschicht 26 getrennt 1st.. Falls der Kappenteil 22 beispielsweise aus einem gut leitenden Material, wie Aluminium, gebildet ist, kann eine dünne Schicht von Aluminiumoxyd oder Tonerde 26 vorhanden sein, die einen leichten Wärmedurchgang von der Radiatorkappe 22 zu der rostfreien Stahlschale 20 erlaubt. Sie Aluminiumoxydschicht muß auf der äußeren Oberfläche 28 der Aluminiumkappe 22 ^whart-aufgezogen" " sein. Der Aluminiumoxydüberzug wirkt deshalb gut als elektrischer Isolator, erlaubt jedoch leicht, daß die thermische Energie durch Leitung zwischen den beiden Bauteilen 20 und 22 übergeht. Eine elektrische Potentialdifferenz wird zwischen den beiden leitenden Oberflächen, die einen Abstand voneinander besitzen, angelegt, wodurch Elektronen von der ersten, als Emittieroberfläche bezeichneten Oberfläche auf eine zweite,

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als Kollektoroberfläche bezeichnete Oberfläche übergehen. Cäsiumdampf oder ein anderes ionisierbares Gas kann in der dazwischen gebildeten öffnung vorhanden sein. Bei der in den Pig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform ist ein metallischer Kollektorabschnitt oder -teil 30 der Aluminiumkappe 22 mit Kollektoroberflächen 32.ausgestattet, die einen geringen Abstand von den an der Außenseite des Emittierbauteiles 36 gebildeten Emittieroberflächen 34 besitzen. Das Emittierbauteil kann auch aus Aluminium gebildet sein und kann einen U-förmigen Fußteil 38 besitzen, der einen umgekehrten Abschnitt 40 in gerader linie mit, jedoch elektrisch isoliert von dem dünnen Wandfuß 42 des Kollektorteiles 30 hat. Ein ringförmiger Glasring 44 isoliert die Emittiereinrichtung 36 gegenüber dem Kollektor 30.

Geeignete elektrische leiter 46 und 48 verbinden die thermoionischen Konverterabschnitte mit einer elektrischen Leitung. Wie gezeigt, ist der leiter 48 von negativem Potential, während der leiter 46 von positivem Potential ist. Um die Elektronen zu erzeugen, die von der Emittieroberfläche 34 zur Kollektoroberfläche 32 gehen, muß eine Wärmequelle vorhanden sein. In diesem Pail ist eine übliche radioisotope Brennstoffquelle

die

50 in Blockform gezeigt,'in thermischem Kontakt mit dem Emittierer 36 steht. Außer, daß der Kollektorteil 30 als Kollektor

• ge

für die freifeebenen Elektronen wirkt, wirkt er auch als Aufnahmebauteil für die Abfallwärme und ermöglicht, daß die Abfallwärme nach außen von der Regler- oder Modulieranordnung abgegeben wird. In der üblichen Praxis ist die halbkugelige

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BAD ORIGINAL

Kappe 22 fest, wobei ein relativ großer thermischer Gradient zwischen der Kollektoroberfläche 32 und der äußeren Kappenoberfläche vorhanden ist, Dies ergibt nicht nur unerwünschte thermische Beanspruchungen innerhalb der Kappe selbst, sondern der Zentralteil dieser Oberfläche 42 würde bei höherer Temperatur als der untere Teil 54.der gleichen Zerstreuoberfläche liegen. Offensichtlich würde, falls die thermoionische Umwandlungseinrichtung an die äußere Schale 20 gebunden wäre, infolge der Temperaturdifferenz zwischen dem Zentralteil 52 und dem äußeren Außenteil 54 der Wärmezerstreuungsoberfläche eine solche mechanische Beanspruchung auf Grund von ungleichmäßiger thermischer Ausdehnung erfolgen, die einen Bruch der Bindung zwischen der Schale und dem Kappenende des thermoionischen Konverters ergeben würde.

Gemäß der Erfindung erstreckt sich, während das Mittelteil 55 der Kappe 22 fest ist, eine ringförmige "Heizrohr"-Öffnung 56 radial nach auswärts von der Kappenmittellinie, die durch die im Abstand befindliche obere dünne Wand 58 und die untere dünne Wand 60 gebildet wird. Die hohle Kollektor-Radiator-Struktur der Kappe 22 ist mit einer gekerbten Innenoberfläche versehen, die als Kapillareinrichtung für eine verdampfbare Flüssigkeit, beispielsweise ein Metall, wirkt, welches im wesentlichen die Kerbe füllt, jedoch die zentralen Flächen 56 leer läßt. Die Kerben sind im unteren Abschnitt der Kammer 56 durch eine Reihe von radial gerichteten Rippen 62 gebildet, während der obere dünne Wandabschnitt 58, der den Hauptstrahlungsteil der Kappe 22 bildet, mit einer Mehrzahl γοη kapilla-

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ren Einkerbungen 64 ausgestattet 1st, die von im Atstand befindlichen kurzen Rippenabschnitten 66 gebildet werden. Ringsumlaufende Kerben 68 trennen die radialen Rippenabschnitte 66, so daß mehr Rippen 66 nahe dem äußeren Umfang der Kammer 56 vorhanden sind. Indem eine ausreichende Menge an flüssigem Metall (nicht gezeigt) innerhalb der Kammer 56 vorhanden ist, um praktisch die Kerben zu füllen, verdampft die Flüssigkeit aus den Kerben nahe der Sammleroberfläche 32Jund der Dampf kondensiert auf den Rippenoberflächen 66 anstoßend an die Radiatorrippenwand 58. Die kondensierte Flüssigkeit läuft auf Grund der kapillaren Kerben zurück zu der Wärmeaufnahme oder der Yerdampfungszone, die durch die untere dünne Wand 60 begrenzt wird, insbesondere nahe dem Zentralstempel 55 des Kappenbauteils.

Unter den grundlegenden "Heizrohr^Prinzipien kann die

werden gesamte Struktur hierdurch praktisch isothermisch gemacht, so daß sich eine Rippenwirksamkeit von nahezu 1,0 für die Struktur ergibt, selbst wenn ihre Abmessungen groß sind. Die Radiatorfläche wird dadurch auf ein Minimum gebracht, thermische \ Spannungen auf ein Minimum gebracht, und die Größe des gesamten Systems wird verringert. Das Gewicht wird ebenfalls verringert da das System kleiner ist und da die Struktur dünn und hohl ist. Thermische Spannungen sind in der gezeigten Struktur nicht möglich, da sie isothermisch ist und sämtliche, die Heizrohrkammer 56 umgebenden Punkte praktisch bei der gleichen Temperatur liegen. Dadurch-wird das Problem der bisherigen festen Radiatorgestaltungen vermieden, in denen häufig Heißflecken auf Grund eines Versagens von Seilen des Radiators zur Freigabe von Wärme

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auftraten. Ba der Wärmetransport isothermisch erfolgt und keine thermischen Beanspruchungen auftreten, ergeben sich auch keine mechanischen Spannungen. Es tritt kein !Temperaturgradient über die äußere Oberfläche 28 von Wärmeanstrahler oder Radiator auf. Somit kann eine gute mechanische Bindung zwischen der äußeren Oberfläche 28 der Kollektor-Radiator-Struktur oder -Kappe 22 und dem metallischen Blech oder Gehäuse aus rostfreiem Stahl 20 aufrechterhalten werden. Obwohl die beschriebene Ausführungsform ein Aluminiumkappenbauteil besitzt, können andere Metalle in entsprechender Weise verwendet werden. Bei einer Umwandlungsmoduliereinrichtung mit mehrfachen Dioden, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei eine dünnwandige elektrische Isolierung zwischen der isothermen Wärmeverteilungsoberfläche 28 des Radiators und dem mechanisch berührenden rostfreien Stanlgelsäua© 20 und dem daran gebundenen Gehäuse aus rostfreiem Stahl -rorliasGLen Ist₈ köaa@n die 1 öden leicht elektrisch In Reihe geschaltet werden«

Bei der Alternativausführungsform der Pig. 4 kann die Änderung der Kollektortemperatur mit dem Gesamtwärmeeinsatz leicht geregelt werden. Normalerweise variiert die Radiatortemperatur im wesentlichen als vierte Wurzel der Wärmeabgabegeaiiwindigkeit, und die Differenz zwischen der Kollektor- und der Radiatortemperatur ist etwa proportional der Wärmeabgabegeschwindigkeit. Pur optimalen thermoionischen Betrieb ist es häufig günstig, wenn eine geringere Empfindlichkeit der Kollektortemperatur für die Wärmeabgabegeschwindigkeit vorhanden ist. Diese Veningerung der Empfindlichkeit kann er-

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reicht werden, wenn ein inertes (nicht-kondensierbares) Gas in der hohlen gekerbten Struktur verwendet wird und ein meßbares Leervolumen an den äußersten Teilen des Systems angebracht wird.

In Fig. 4 Ißt nur ein Teil des Ifhermoionisohen Konverters 112 gezeigt, der im Prinzip die Kollektor-Radiator-Struktur oder -Kappe 122 mit einem Kollektorteil 130, KoI-lektorrippen 162, Radiatoroberfläche 128 und Radiatorrippen 166 enthält. Die ringförmige Heizrohrkammer 156 und die. Heizrohrkonfiguration ist identisch der in Fig. 2 gezeigten Ausfuhrungsform mit der Ausnahme eines größeren Volumens, wobei ein niedergedrückter Kammerabschnitt 170 an dem radialen Außenteil der Kammer 156 angebracht ist, welcher mit einer nicht-kondensierbaren Inertgaswolke 172 gefüllt ist. Bei hohen Heizgeschwindigkeiten ist der Metalldampf oder eine andere Heizrohrflüssigkeit bei Hochdruck und treibt dynamisch das Inertgas 172 in den leeren Kammerabschnitt 170, der sich außerhalb der Hadiator-Kondensier-Zone befindet, wodurch die gesamte, durch die Rippen 166 gebildete Kondensier-, oberfläche in einer normalen, praktisch isothermen Weise betrieben wird. Somit arbeitet bei voller Belastung die gesamte ringförmige Wärmeabgabeoberfläche 128 praktisch isotherm*

Bei niederen Heizgeschwindigkeiten sollte der Kollektor 130 etwas kühler sein. Der entsprechend niedrigere .Metalldampfdruck der innerhalb der Kammer 156 getragenen verdampfbaren Heizrohrflüssigkeit ermöglicht, daß sich das Inertgas bei

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172 ausdehnt und einen Teil der dünnwandigen Radiatoroberfläche 128 mit einer Schutzschicht abdeckt. Somit gibt der abgedeckte Teil des Radiators wenig Wärme ab, und der.unab·*. gedeckte Teil muß praktisch die gesamte Belastung tragen,und wird bei höherer Temperatur betrieben, als es bei einem isothermen Radiator der Pail wäre. Selbstverständlich würde, da dann ein thermischer Gradient entlang der Wärmeabgabeoberfläche 128 des Radiators vorhanden ist, die Ausführungsform der Pig. 4 nicht zufriedenstellend in einer mehrfachen thermoionischen Konvertermodulieranordnung, wie Pig. 1, arbeiten. Die gewünschte Geschwindigkeit der Änderung der Kollektortemperatur mit der Wärmebelastung kann durch geeignete Wahl des leervolumens und der niedergedrückten Gestaltung bei und der Masse 172 des darin getragenen Inertgases erhalten werden.

In Pig. 5 ist eine dritte Ausfuhrungsform gezeigt, worin der pilzförmige thermoionische Konverter 212 eine radioisotope Brennetoffquelle 250, die thermisch mit dem Emittierer 236 verbunden ist, enthält, der einen axialen Abstand vom Sammlerteil 230 der Kollektor-Radiator-Struktur 222 besitzt. Die Radiatoroberfläche 228 wird in diesem Pail aus einem kontinuierlichen dünnwandigen Radiatorabschnitt 258 gebildet, der mit im Abstand befindlichen Rippen, wie bei 266, versehen ist. Die Kollektorrippen 262 erstrecken sich radial nach einwärts entlang des dünnwandigen Koll^ektorteils 260 und nach abwärts zum Sammlerteil 230, so daß sich eine großg T-f örmige Arbeitskammer 256

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ergibt. Während die Fortsetzung der Hippe an der Stelle 274 dee Stoßes zwischen den Badiatorrippen und den Kollektorrippen sehr scharf ist, muß der Kollektor rippe an dem Punkt, wo sie sich von der horizontalen Richtung anstoßend an den dünnwandigen Kollektorteil 260 zur senkrechten Orientierung entlang der senkrechten Kollektorwand 242 ändert, eine abgerundete Oberfläche 276 gegeben werden, um die Flüssigkeitsströmung sicherzustellen. Ein dünner Film 226 aus einem Ketalloxyd trennt die Radiatoroberfläche 288 von der Schicht aus rostfreiem Stahl 220 des thermoioxiischen Moduliergeräts. Die eingekerbte innere Oberfläch© zwischen den Rippen 262 und 266 enthält ausreichende verdampfbare Flüssigkeit» beispielsweise ein flüssiges Metall_s um praktisch die Kerbung zu füllen. Die Flüssigkeit verdampft natürlich aus den Kerbungen nahe der Kollektoroberfläche 232, und der Dampf bewegt sich durch die zentrale Leerzone 256 und kondensiert sich auf den ausgesetzten Oberflächen der Rippen 266, so daß sich ein Wärmetransport von dem Kollektorteil 230 zu der Radiatoroberfläche 228 in isothermer Weise ergibt.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen war der Spalt zwischen den Emittier- und Kollektoroberflächen waagerecht orientiert. In Fig. 6 ist eine Alternativausführungsform gezeigt, worin der radioisotope Brennstoffblock 350 senkrecht in gerader linie mit der Achse des pilzförmigen thermoionischen Konverters 312 ausgerichtet ist. Der Emittierer besteht deshalb aus einem konzentrischen zylindrischen Bauteil 336, welches den Brennstoffblock 350 umgibt, so daß

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sich eine senkrecht orientierte umlaufende Emittieroberfläche 334 ergibt, die konzentrisch einen geringfügigen Abstand von der Kollektoroberfläche 332 hat» die von dem konzentrischen Kollektor 330 getragen wird. Bei diesem Seil der Gestaltung ist eine ringförmige Heizroiirkaraner 356 vorhanden, die konzentrisch mit der Anordnung ist und ganzj£ allgemein einen S-förmigen Querschnitt mit einem erweiterten oberen Kammerteil 357 hat. Kontinuierliche Hippen mit Radiatorrippenabschnitten 366 und Kollektorrippenabschnitten 362 sind vorhanden und wiederum mit den abgerundeten Ecken 376 in der ™ gleichen Weise, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 5» ausgestattet. Eine Potentialdifferenz wird somit zwischen den positiven und negativen Leitern 346 bzw. 348 ausgebildet, die mit den leitenden Saittier- und Kollektorabschnitten der Anordnung gekuppelt sind«, Ber Kollektor muß natürlich elektrisch gegenüber dem Emittierer mittels nicht gezeigter Einrichtungen isoliert sein« da sonst die die Einrichtung bildenden metallischen Bauteile den elektrischen Strom kurzschließen würden« Selbstverständlich darf die elektrische ä Isolierung 326 zwischen dem Kollektor-Radiator-Bauteil 322 und der äußeren Metallschale 320 nicht als thermische Sperrschicht wirken watt so den leichten Transport der Wärme von dem Kollektor 356 au den Kollektorrippen 362 zwecks Verdampfung der Heizrohrflüssigkeit verhindern. Wenn die Heizrohrflüssigkeit die gekerbten Izsnenoberflachen zwischen den Rippen füllt, verursacht die Freisetzung der Abfallwärme aus der isotopen Brennstoffquelle 550 eine Verdampfung der verdampf-

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baren, innerhalb der Heizrohrkammern getragenen Flüssigkeit, wobei der Dampf durch die zentrale öffnung zu den Radiatorrippen 366 geht und daran kondensiert. Die kondensierte Flüssigkeit kommt über die kapillaren Einkerbungen zwischen den Feinrippen zu den Wärmeaufnahme- oder Verdampfungszonen zurück, die durch die Rippenabschnitte 362 gebildet sind, welche die Kapillareinkerbungen anstoßend an den Kollektorabschnitt 330 bilden.* Wiederum ist die Temperatur quer über die ringförmige Wärmeabgabeoberfläche 328 des Radiators konf stant und liegt bei der gleichen Temperatur, wie der Kollektorteil 330, so daß sich ein nahezu isothermer Wärmetransport ergibt und thermische oder mechanische Beanspruchungen zischen der äußeren Schale 320 und dem pilzförmigen thermoionischen Konverter, der hiermit verbunden ist, vermieden wird.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß der Wärmerohrteil dieses Konverters eine bisher einzigartige Gestaltung unter Anwendung von zwei Grundprinzipien hat. Zunächst ergibt die Gestaltung des Heizrohrs eine Änderung der Richtung von axialer zu radialer Strömung, sowohl für den Dampf- als

auch den Flüssigkeitsweg, Weiterhin ist die Wärmeaufnahmeoberfläche, die den Verdampfungsteil des Heizrohres bildet, weit kleiner als die Wärmeabgabeoberfläche des Eondensierteiles. Obwohl der in dem gezeigten Ausführungsformen eingesetzte Konverter für thermische in elektrische Energie mit Radioisotopen als Brennstoff betrieben wird, hat die Anwendung des "Heizrohr"-Prinzips für die Zwecke von leicht zu zerstreuender thermischer Abfallenergie breite Anwendungsgebiete für vielerlei

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BADORiaiNAL

Arten von Konvertern für thermische in elektrische Energie, beispielsweise'thermoelektrische Vorrichtungen. Selbstverständlich muß, falls die Radiatoroberflache viel größer ist als die Querschnittsfläche der Umwandlungseinrichtung, bei gewöhnlichen Wärmeübertragungsprinzipi.e'n sich ein thermischer Gradient nicht nur axial der Einheit, sondern auch radial der Einheitsachse zu den äußeren Spitzen des HadiatSos mit vergrößerter Oberfläche ausbilden. Die maximale WärmeübertragungsWirksamkeit wird isotherm mit dem Heizrohr, das diese Punktion hat, erzielt. Obwohl die Gesamtgestalt des verbes-

serten thermoionischen Konverters bei sämtlichen Ausführungspilz»
formen -örmig ist, kann die Kollektor- und Radiator* struktur von irgendeiner Form, einschließlich flacher, kugeliger, zylindrischer und konischer Form sein. Die kapillaren Einkerbungen können irgendeinen beliebigen Querschnitt haben und können in radialen und umlaufenden Linien, kreuz und quer oder in irgendwelchen anderen Gestalten verlaufen. Selbstverständlich k£önnen, entsprechend der üblichen Heizrohrpraxis, die kapillaren Einkerbungen durch poröse Siebe oder . anderes dochtartiges Material ersetzt werden; jedoch ergeben die kapillaren Einkerbungen einen minimalen Strömungswiderstand für die kondensierte Flüssigkeit, wenn sie sich zurück zu der Verdampfungszone bewegt. Obwohl in den Beispielen die den Emittierer, Kollektor und Radiator bildenden Materialien als Aluminium angegeben wurden, können ähnliche Materialien leicht verwendet werden , beispielsweise Wolfram, Tantal, Molybdän, lhenium oder Niob.

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Eine vollständige Reihe von Arbeitsflüssigkeiten ist in Abhängigkeit von der Temperatur der Heizquelle verfügbar. Beispielsweise ergibt Wasser bei einer Temperatur von etwa 10O⁰C die gewünschte isotherme Wärmeübertragungswirkung. Silber bei Temperaturen nahe 2000⁰C, Lithium nahe 100O⁰C sowie flüssige Metalle, beispielsweise Natrium nahe 70O⁰C, sind verwendbar. Bei Anwendung der Ausfuhrungsform nach Fig. 4 kann bei Verwendung von Wasser als Arbeitsflüssigkeit das nicht-kondensierbare Gas aus einem der folgenden Materialien: Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und sämtlichen Edelgasen bestehen. Wenn jedoch flüssige Metalle als Arbeitsflüssigkeit verwendet werden, bilden Edelgase die nicht-kondensierbare Wolke 172.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   Heizrohr, bestehend aus einem Gehäuse mit unterteilten Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeoberflächen, einer innerhalb des Gehäuses gehaltenen Arbeitaflüssigkeit, deren Flüssigkeits- und Dampfphasen im Gleichgewicht stehen, und aus Kapillareinrichtungen, die von den in der Geraden unterteilten Wärmeaufnahme- ' und Wärmeabgabeoberflächen getragen werden, wobei durch die Wärmeaufnahme die flüssige Phase verdampft und die verdampfte Arbeitsflüssigkeit zu der Wärmeaufnahmeoberfläche wandert und darauf unter isothermer WärmeÜber*tragung kondensiert und die kondensierte Flüssigkeit zu der Wärmeaufnahmeoberfläo&e durch die Eapillareinrichtung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet ? daß die Fläche der Wäsmeabgabeotoarflache wese^nlich größer ist als die Fläche der Wärmeaafloahmeob er fläche. .
2. 2. Heizrohr nach Anspruch 1, gekeonz Qicha®t lurch ^liüirichtungen zur Änderung der Richtung sowohl der Dampf- als auch der Flüssigkeitsströmung von einem Weg zwischen gegenüberstehenden Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabeoberflächen zu einem Weg im rech- ([ ten Winkel hierzu.
3. 3· Heizrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe- und Wärmeaufnahmeoberflächen im allgemeinen ringförmig in ebener Gestalt sind und voneinander entlang einer gemeinsamen Achse einen Abstand haben und daß das Gehäuse weiterhin einen Teil der Kapillareinrichtungen, die sich senkrecht zu der ^gemeinsamen Kittellinie erstrecken, enthält.

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4. 4. Heizrohr nach Anspruch 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Quelle für thermische Energie und elektrische Umwandlungseinrichtungen, die "betrieblich mit der Quelle verbunden sind, wobei die Wärmeaufnahmeoberfläche thermisch . mit der elektrischen ümwandlungseinrichtung zum Verbrauch der überschüssigen thermischen Energie verbunden ist.
5. 5. Heizrohr nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillareinrichtungen aus einen engen Abstand aufwei-

   m *

   senden Kerbungen bestehen, die im Inneren des Gehäuses anstoßend an die Wärmeabgabe- und' Wärmeaufnahmeoberflächen getragen werden.
6. 6. Heizrohr nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine begrenzte Masse eines nicht-kondensierbaren Gases innerhalb 'des Gefäßes, Hobei das nicht-kondensierbare Gas sich anstoßend an die Wärmeabgabeoberfläche konzentriert, wobei die Fläche der Warmeabgabeoberfläche in Wärmeübertragungbeziehung mit der Gasphase bei Erhöhung der Schwellentemperatur erhöht wird.
7. 7. Energieumwandlungsmoduliergerät für thermische in elektrische Energie, gekennzeichnet durch eine äußere metallieche Schale, eine Mehrzahl von ümwandlungseinrichtungen von thermischer in elektrische Energie, Einrichtungen zum Abstandhalten dieser Anordnungen voneinander und in thermischem Kontakt mit der Moduliererschale, wobei jede der Konverteranordnungen thermische Energieabgabeoberflächei^verbunden mit der inneren Oberfläche der Modulierschale und isotherme Wärmeübertragungseinrichtungen zwischen dem thermischen Energiekonverter und der Wärmeabgabeoberfläche zur Vermeidung thermischer und mechanischer

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   Spannungen innerhalb jeder Konverteranordnung und dadurch erfolgende Vermeidung der Zerstörung der Bindung zwischen den Wärmeabgabeoberflächen und der gemeinsamen Moduliererschale besitzt.
8. 8. Umwandlungsmoduliergerät für thermische in elektrische Energie nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Konverter ein pilzförmiges Gehäuse mit einer Brennstoffzelle, einem Emittierer, einem unterteilten Kollektor und Wärmeabgabeoberfläche und einer unterteilten Wärmeaufnahmeoberfläche enthält, die koaxial innerhalb des Gehäuses in Richtung·zu der Schale angebracht sind, wobei die Wärmeabgabeoberfläche eine weit größere Fläche hat als die Wärmeaufnahmeoberfläche.

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