DE4042356A1 - Termoelektrischer konverter nach dem amtec-prinzip - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Konverter nach dem AMTEC-Prinzip gem. dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1.

In einem solchen thermoelektrischen Konverter wird Wärme di­ rekt in elektrische Energie umgewandelt. Dies geschieht, in einem thermoelektrischen Prozeß, ohne daß bewegliche Teile benötigt werden, z. B. in dem sogen. AMTEC-Prozeß.

Das Funktionsprinzip ist z. B. aus: T. Cole Thermoelectric energy conversion with solid electrolytes Science, Vol. 221, p.915, 1983 und J.V. Lasecki, R.F. Novak, J.R. McBride, J.T. Brickway, and T.K. Hunt Research Staff, Ford Motor Company A one hundred watt sodium heat engine Copyright American Institute of Aeronautics and Astronomics, Inc., 1987, sowie aus den US-PS 48 08 240, US-PS 45 10 210, bekannt und wird zum Verständnis kurz erläutert.

Der thermodynamische Prozeß kann in erster Näherung mit einem isothermen Kreisprozeß verglichen werden. Eine Zelle besteht im wesentlichen aus dem Zellengehäuse, dem rohrförmigen Festelek­ trolyten mit anliegender poröser, mehrschichtiger Elektrode auf der Außenseite und der isolierten Stromabführung aus dem Gehäuse. In dem Inneren des Festelektrolyten befindet sich Na­ trium hoher Temperatur (700°C bis 1000°C) bei entspechendem Sättigungsdruck von 0,2 bis 2,0 bar. Das Natrium wird durch eine Wärmequelle auf dieser Temperatur gehalten. Im Außenraum um den Elektrolyten ist Natriumdampf bei 10^-3 bis 10^-5 bar der an der als Wärmesenke ausgebildeten von außen ge­ kühlten Gehäusewand kondensiert. Durch das Energiepotential über den Elektrolyten werden Natriumionen (+), und nur für solche besteht eine Durchlässigkeit, auf die Unterdruckseite transportiert. Dadurch ergibt sich eine Ladungsdifferenz über der Wand des Festelektrolyten. Auf der Seite mit hohem Druck herrscht ein Überschuß von Elektronen, sie ist daher negativ. Bleibt der Stromkreis offen, stellt sich entsprechend dem Ge­ fälle eine maximale Spannung ein, der weitere Ionentransport hört auf. Bei Belastung des Stromkreises stellen sich niedri­ gere Spannungen ein, da das System einen Innenwiderstand be­ sitzt. Die auf der Niederdruckseite ankommenden Natriumionen rekombinieren mit den Elektronen zu Natriumatomen, die dampf­ förmig zur Kondensatoberfläche wandern. Das kondensierte Na­ trium wird mit einer elektromagnetischen Pumpe in die Zelle zurückgefördert. Wegen der geringen spezifischen Natriummenge wird weniger als 1% der elektrischen Leistung für den Pumpvorgang benötigt.

Das AMTEC-Verfahren weist die folgenden Kennwerte auf:

Zur Optimierung eines solchen AMTEC-Systems, insbesondere im Hinblick auf den erreichbaren Wirkungsgrad müssen nun folgende Probleme gelöst werden:

Serienschaltung und Einkopplung der Prozeßwärme

Um technisch verwertbare Spannungen aus einem AMTEC-System zu gewinnen, mussen viele Festelektrolytkörper in Serie ge­ schaltet werden. Eine weitere Bedingung zur Optimierung eines AMTEC-System besteht darin, daß die Prozeßwärme von der Wärme­ quelle möglichst gleichmäßig an die Wand des Festelektrolyten übertragen wird. Dies wird bisher durch Flüssigmetallumwälzung über einen externen Wärmetauscher oder durch Wärmeeinstrahlung von außen auf den Festelektrolyten erreicht. Beide Methoden haben folgende konstruktive und verfahrenstechnische Nach­ teile. Eine Serienschaltung mehrerer Festelektrolyten in einem Gehäuse wurde bisher so verwirklicht, daß die Einzelzellen durch isolierende Aluminiumoxidkörper elektrisch getrennt im Gehäuse angeordnet werden. Die für den Prozeß erforderliche geringe Menge Natrium wird über Kapillarrohre, die an eine ge­ meinsame elektromagnetische Pumpe angeschlossen sind, zurück in jede Einzelzelle gefördert.

Diese Kapillarrohre stellen einen elektrischen Nebenschluß dar und führen damit zu einem elektrischen Leitungsverlust. Die Wärme für den eigentlichen Prozeß wird durch Wärmestrahlung von außen in die Festelektrolyten übertragen. Diese Übertra­ gung führt leicht zu einer ungleichmäßigen Temperaturvertei­ lung in axialer Richtung der Festelektrolyten, was eine ungleichmäßige lokale Leistungserzeugung und Belastung zur Folge hat.

Wärmeverluste durch Strahlung

Wärmeverluste durch Wärmestrahlung von dem bis auf zu 1000°C befindlichen Festelektrolyten zu der gegenüberstehenden 300°C bis 400°C heißen Kondensatorfläche mindern den Umwand­ lungswirkungsgrad der Anordnung erheblich. Die bekannte Lösung sieht eine Verspiegelung der Kondensatorfläche vor. Auch bei optimaler Verspiegelung bleiben die Wärmeverluste noch zu hoch. Der Wirkungsgrad wird auch dann noch zu sehr reduziert. Als weiterer erwiesener Nachteil ist mit zu berücksichtigen, daß bei längerem Betrieb diese Verspiegelung unwirksam werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, bei einem ther­ moelektrischen Konverter der eingangs beschriebenen Art einer­ seits die Wärmeverluste durch Wärmestrahlung zu verringern und andererseits dabei eine verbesserte Serienschaltung der Kon­ verterelemente zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin­ dung die Merkmale h) bis k) des Hauptanspruches vor. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Konverters ergeben sich aus den Kennzeichen der Unteransprüche 2 und 3.

Durch den gemeinsamen nach oben gesetzten Kondensator ist es nun möglich, die Zellengehäuse bei Reihenschaltung auf annä­ hernd gleicher Temperatur wie den Festelektrolyten zu halten. Damit entfallen die Wärmeverluste durch Strahlung zu einer re­ lativ kalten Oberfläche hin fast vollständig. Da der Natrium­ dampf aus dem AMTEC-Prozeß jedoch axial abgeführt werden muß, entstehen Druckverluste, die eine gewisse Wirkungsgradreduzie­ rung bewirken könnten. Durch eine großflächige Ausführung der Strömungswege bleiben die Verluste gering. Der Gewinn durch den Wegfall der Strahlungsverluste ist jedoch sehr viel höher als der Verlust durch den vergrößerten Druckabfall, wenn von Kondensationstemperaturen größer als 350°C ausgegangen wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Wärmeeinkopp­ lung über Wärmestrahlung in Verbindung mit einem bei Naturkon­ vektion arbeitenden Flüssigmetallsiedekreislauf. Bei der Er­ findung wird eine besonders günstige Serienschaltung ermög­ licht und damit die abgegebene Spannung erhöht, der Strom ent­ sprechend erniedrigt. Ebenfalls werden Leistungs- und Wärme­ verluste entscheidend verringert. Bei dem neuen Konverter wer­ den die Wärmestrahlungsverluste durch spezielle Anordnung des Kondensators minimiert. Der Flüssigmetallsiedekreislauf be­ wirkt des weiteren eine gleichmäßige Temperaturbeaufschlagung des Festelektrolyten und damit eine Reduzierung der thermi­ schen Beanspruchung dieser keramischen Komponente.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol­ genden und anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert: Dabei zeigen die

Fig. 1 schematisch ein Konvertereinzelelement, an dem die Funktion erläutert werden soll, die

Fig. 2 die Einzelheit A in der Fig. 1, die

Fig. 3 die eigentliche Erfindung in Form mehrerer in Reihe geschalteter Einzelelemente ähnlich der Fig. 1.

Das einzelne Konverterelement gem. der Fig. 1 besteht im we­ sentlichen aus der eigentlichen stromabgebenden Zelle mit dem Elementenzellengehäuse 1 aus Metall, Festelektrolytabschnitte 2, Elektrodenabschnitte 3 außen und Elektrodenabschnitte 4 in­ nen jeweils aus leitendem Material. Bei der hier dargestellten Ausführungsform sind jeweils mehrere Abschnitte 2 übereinander bzw. elektrisch hintereinander geschaltet, prinzipiell, wie spater bei der Erfindung gem. Fig. 3 ausgeführt, würde jedoch ein einzelner genügen.

Räumlich über den Elementen 1 bis 4 der stromabgebenden Zellen ist der Kondensator 5 angeordnet, der aus dem Kondensatorraum 6 und der Kondensationsfläche 7 besteht und ein geschlossenes Metallgehäuse bildet. Der Raum 6 steht in Verbindung mit dem oberen Außenraum 8 im Gehäuse 1, d. h. dieser mündet mit seinem oben offenen Ende 9 in den Kondensatorraum 6. Um das Ende 9 herum liegt der untere ringförmige Teil 10 des Kondensatorrau­ mes 6, von welchem Kanäle 11 zum Ableiten des Kondensates weg­ führen. Der Kondensator 5 weist dabei etwas größeren Durchmes­ ser als das Ende 9 auf.

Die Stromableitung von dem obersten der äußeren Elektrodenab­ schnitte 3 erfolgt durch den Kondensator 5 über das Zwischen­ stück 12 als Stromleiter und die darüber angeschlossene, ge­ genüber dem Gehäuse 1 isolierte Durchführung 13 als Pluspol. Im oberen Bereich des Kondensatorraumes 6 können Strahlungs­ bleche 14 angeordnet sein. Im Kondensatorraum 6 kann zur Wär­ merückgewinnung zusätzlich eine Rekuperatorschleife 15 einge­ baut werden.

Wie bereits erwähnt, sind bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführung mehrere Elektrolytabschnitte 2 zur Erhöhung der Spannung hintereinanderliegend in Abschnitte aufgeteilt und elektrisch hintereinander geschaltet. Eine Verbindungsstelle ist vergrößert in der Fig. 2 dargestellt. Entsprechend der Aufteilung des Festelektrolyten 2 in ein oberes Teil 2a und ein unteres 2b sind auch die inneren und äußeren Elektroden 3 und 4 in Abschnitte 3a und 3b bzw. 4a und 4b unterteilt. Durch einen metallisch leitenden Zwischenring 16 werden jeweils die oberen a von den unteren Teilstücken b des Elektrolyten 2 ge­ trennt und gleichzeitig an der Verbindungsstelle von innen nach außen abgedichtet, so daß der Innenraum 17 im Festelek­ trolyten 2 vom Außenraum 18 getrennt bleibt. Dieser Außenraum 18 mündet nach oben in den oberen Außenraum 8.

Die Rohrabschnitte 2a, b mit den Elektrodenschichten 3a, b und 4a, b sind durch die leitenden Ringe 16 voneinander getrennt, auf denen sie aufsitzen, wobei die jeweils eine oder weitere innere Elektrodenschicht z. B. 4a mit dem oder den Ringen 16 elektrisch in Verbindung stehen und jeweils eine äußere Elek­ trodenschicht 3b eines unteren Rohrabschnittes von außen durch eine Brücke 19 elektrisch an den oder bei Hintereinanderschal­ tung an die Ringe 16 angeschlossen sind.

Eine Serienschaltung zur Erhöhung der Spannung geht somit von einer oder der oberen Innenelektrode 4a über den oder die Zwi­ schenringe 16 zu der oder den unteren Außenelektroden 3b.

Die Ringe 16 besitzen dabei an ihrem inneren Rand 20 eine nach unten weisende Tropfkante 21, deren Spitze das Natrium ohne elektrische Leitung auf die Oberkante 22 der nächst unteren inneren Elektrodenschicht 4b tropfen läßt. Die ist deswegen erforderlich, um einen Kurzschluß durch den an der Innenseite der Festelektrolyten abfließenden Natriumfilm zu vermeiden, denn der Natriumkreis arbeitet mit gesättigtem Dampf der wie­ derum kondensiert.

Die Funktionsweise an dieser Stelle gem. der Fig. 2 ist nun folgende: Ein Teil Q_zu2 der Prozeßwärme wird von außen durch die Wand des Gehäuses 1 in den Festelektrolyten 2 durch Strahlung über­ tragen, d. h. gegenüber dem Festelektrolyten 2 befindet sich außen eine strahlende Fläche, die eine höhere Temperatur als die Natriumsättigungstemperatur aufweist. Der von Elektroden­ schichten (3b, 4b) freie Abschnitt der Festelektrolyten (2b) nimmt eine höhere Temperatur als die Sättigungstemperatur an. Ein Natriumfilm als unerwünschter elektrischer Kurzschluß tritt nicht auf. In den Übergängen zwischen den Abschnitten wird dem Elektrolyten 2 durch den Wandlerprozeß keine Wärme entzogen. Dies führt dazu, daß dort auch die Temperatur des Festelektrolyten 2 über die Sattdampftemperatur im Inneren an­ steigt. Es kann sich kein Natriumfilm bilden, bzw. ein vor­ übergehend entstandener Natriumfilm wird sofort wieder ver­ dampft. Ein isolierender Abschnitt zwischen den Elektrolytab­ schnitten 2 wird damit aufrechterhalten. Das kondensierte Na­ trium fließt von der oberen Innenelektrode 4a zum Zwischenring 16 und tropft über die Kante 21 ab. Zusätzlich muß die untere Innenelektrode 4b im isolierenden Bereich vom Festelektrolyten 2b an der Oberkante 22 nach innen gezogen werden, um das ab­ tropfende Natrium wieder aufzufangen. Durch diese zwischenge­ schalteten Isolierstrecken ist es möglich, viele Abschnitte, oder im Falle eines Moduls gem. Fig. 3 viele Einzelelektro­ lyte in einer Anordnung zur Serie zusammenzuschalten. Ent­ scheidend ist, daß dabei nur ein Natriumsiedesystem zur Ver­ sorgung des AMTEC-Systems benötigt wird. Alle Nebenschlüsse, die sich leistungsmindernd auswirken, entfallen.

Am unteren Ende des Konverterelementes gem. Fig. 1 ist ein Siedefinger 23 in der Art eines Wärmerohres angebracht. Über diesen Siedefinger 23 wird ein Teil Q_zu1 der Prozeßwärme und in Pfeilrichtung 24 die erforderliche Natriummenge für den Wandlerprozeß selbst in den Zellmodul eingekoppelt, dabei er­ folgt der Wärmeeintrag in die Zelle über die Dampfphase und bildet das Kondensat den erforderlichen Flüssigkeitsfilm. Um den Natriumkreislauf zu schließen, wird das Natriumkondensat aus dem nicht dargestellten Kondensatorsumpf zu einer Pumpe geleitet, die es ggf. durch den Rekuperator 15 zurück in den Siedefinger 23 pumpt. Der Siedefinger 23 bildet zusammen mit dem Gehäuse 1, der untersten inneren Elektrode 4, z. B. dem Teil 4b, den Minuspol des Konverters. Auf dem Siedefinger sitzen die - wie bereits im vorstehenden beschrieben - überein­ anderliegenden und hintereinandergeschalteten Festelektro­ lytabschnitte 2. Das Zellengehäuse 1, über den ein Teil Q_zu2 eingekoppelt werden kann, umgibt diese mit Abstand, wobei der Siedefinger 23 unten aus dem Gehäuse 1 herausragt.

Die Anordnung Siedefinger 23 und darüberliegende Festelektro­ lytabschnitte 2 bildet eine Zweiphasennaturkonvekti­ onsschleife, wie sie auch von Wärmerohren her bekannt ist. Die sich ausbildende, nach oben gerichtete gesättigte Dampfströ­ mung 25 führt zur Vergleichmäßigung der Temperatur am Fest­ elektrolyten 2 durch internen Dampftransport. Der Elektrolyt 2 wirkt zugleich als Kondensatorfläche, so daß sich auf der inne­ ren Fläche ein Natriumfilm ausbildet, aus dem auch der ei­ gentliche AMTEC-Prozeß gespeist wird. Der verbleibende Über­ schuß an kondensiertem Natrium fließt an der inneren Seite in­ folge der Schwerkraft nach unten zurück in den Siedefinger 23. Um den elektrischen Innenwiderstand möglichst gering zu halten - der Natriumfilm allein ist zu hoch - ist die Innenwand der inneren Elektrode 4 mit einem Metallvlies versehen. Diese innere Elektrode 4 wird dabei vollkommen vom Natrium benetzt. Der überhitzte Natriumdampf aus dem AMTEC-Prozeß strömt im Gehäuse 1 nach oben und kondensiert an den Kondensations­ flächen 9 im Kondensator 5. Das Kondensat wird danach durch den Kanal 11 abgeleitet.

Die Fig. 3, die die Erfindung darstellt, zeigt drei hinter­ einander geschaltete Einzelelemente, ähnlich wie in Fig. 1, jedoch jeweils nur einstufig, d. h. mit einem Festelektrolytab­ schnitt pro Einzelelement. Die Gehäuse 31 der Einzelelemente sind aus Metall und elektrisch zusammengeschaltet. Sie bilden den Minuspol des Systemes. Die inneren Elektroden 34 und die äußeren Elektroden 32 sind wie in Fig. 1 auf beiden Seiten der Elektrolytabschnitte 32 aufgebracht. Die innere Elektrode 34a des rechten, ersten Einzelelementes bildet mit dem Gehäuse 31 den Minuspol, die äußere Elektrode 33c des linken, dritten Einzelelementes, den Pluspol, der isoliert aus dem Gehäuse als Plusanschluß 38 herausgeführt ist.

Die einzelnen Elektrolytabschnitte der Elemente sind, wie be­ reits erwähnt, elektrisch hintereinander geschaltet weswegen die äußere Elektrode, z. B. 33a, eines vorderen - in Richtung der Schaltung betrachtet - Elementes an die innere Elektrode, z. B. 32b, des nächst folgenden Elementes mittels Leitungen 39 angeschlossen ist usw., dabei sind zwischen den Elementen bzw. elektrischen Stufen elektrisch isolierende Abschnitte 46 vorhanden.

Der Kondensator 35 ist ähnlich wie der in der Fig. 1 angeord­ net, es ist jedoch für alle Elemente ein gemeinsamer Kondensa­ tor vorgesehen, in dessen Kondensatorraum 36 die nach oben of­ fenen Enden 40 der Elemente bzw. der Gehäuse 31 münden. Die Kondensationsflächen 37 werden von der Innenseite des Konden­ satorgehäuses 35 gebildet. Über den Mündungen 41 der Enden 40 können Strahlungsflächen 42 angebracht sein.

Der AMTEC-Prozeß in den Elementen ist der gleiche wie der in der Fig. 1 und eingangs beschriebene. Durch strömendes Heiz­ gas 43 wird im Verdampfer 44 befindliches Natrium verdampft, wobei der Natriumspiegel 45 etwas unterhalb der Mündungen 47 der in den Verdampfer 44 einragenden unteren Enden 48 der ein­ zelnen Gehäuse 31 steht. Das Ende 48a des rechten Gehäuses bildet dabei einen Siedefinger wie der in der Fig. 1. Das im Kondensator 5 durch das Kühlgas 51 kondensierte Natrium wird über eine Leitung 49 mittels einer Pumpe 50 zurück in den Ver­ dampfer 44 geleitet. Der nach dem AMTEC-Prinzip arbeitende Konverter besteht nun u. a. aus den folgenden Merkmalen: Einem Metallgehäuse 1 als Minuspol, mindestens einem Rohr 2 im Gehäuseinnenraum aus einem Natriumionen transportierenden Festelektrolyt mit mindestens einer axial eng anliegenden po­ rösen und leitenden Elektrodenschicht 3 auf der Rohraußenseite mit elektrischem Anschluß als Pluspol. Gehäuseinnenraum und Rohrinnenraum sind druckmäßig voneinander getrennt, wobei flüssiges Natrium mit Zufuhr von unten als Wärmeträger an der Rohrinnenseite mit Wärmezufuhr 24 aus einer Wärmequelle dient. Im Rohr 2 herrscht innerer Überdruck zur Erzeugung einer Druckdifferenz, wobei ein Dampfraum für Natriumdampf um das Rohr 2 herum bzw. um dessen Elektrodenschicht vorhanden ist. Weiterhin ist im Konverter eine Kondensatorfläche für den Na­ triumdampf mit Verbindung zum Dampfraum als Teil des Gehäuses 1 mit Rückführung des kondensierten Natriums zur Wärmequelle vorhanden. Der über dem Rohr 2 außerhalb des Bereiches der Wärmezufuhr Q_zu gelegene Teil des Gehäuses 1 ist als Kondensa­ torfläche 7 ausgebildet. An diesem Teil sind Ableitungen 11 vorhanden, die den Rückfluß des kondensierten Natriums in den Gehäuseinnenraum verhindern und das kondensierte Natrium der Wärmequelle wieder zuleiten. Ein aus mehreren solcher Art aus­ gebildeten und hintereinander geschalteten Rohren bzw. Konver­ terelementen gebildeter Konverter besitzt die folgenden Merk­ male:

Die die einzelnen Konverterelemente umgebenden Gehäuse 31 sind im Bereich 40 oberhalb der Rohre 32 offen und münden in einem gemeinsamen Kondensatorgehäuse bzw. Raum 35, 36, (siehe die Fig. 3). Oberhalb der Öffnungen 41 befinden sich Strahlungs­ bleche 42 im Kondensatorraum 36.

Auf der Innenseite des Rohres aus dem Festelektrolyt ist eine weitere innere, leitende und poröse Elektrodenschicht 4 aufge­ bracht, auf deren Innenseite eine feine sieb- oder vliesartige Metallstruktur sitzen kann. Die innere Elektroden- und Struk­ turschicht 4 ragt nach unten aus dem Rohr 3 heraus und ist mit dem rohrförmigen Gehäuseunterteil 23 elektrisch leitend ver­ bunden. Wichtig ist weiterhin, daß die dem Rohr 2, 32 gegen­ überliegende Fläche des Gehäuses 1, 31 höhere Temperatur als die Natriumsättigungstemperatur aufweist, damit sie zu­ sätzliche Wärme auf das Rohr bzw. den Festelektrolyten über­ tragen kann (Fig. 1 und Fig. 2).

Zur Bildung einer Serienschaltung ist das Rohr 2 mit den bei­ den Elektrodenschichten 3, 4 in mehrere übereinanderliegende Abschnitte unterteilt, wobei mindestens die Elektrodenab­ schnitte jedes Teils voneinander getrennt sind. Die Elektro­ denabschnitte 3, 4 sind dabei jedoch wechselseitig hinterein­ ander geschaltet, wobei der jeweils äußere 3b eines unteren Abschnitts mit dem inneren des darüberliegenden 4a elektrisch verbunden ist, siehe auch die Fig. 1.

Bezugszeichenliste

 1 Zellengehäuse
 2 Festelektrolyt
 3 Elektrodenabschnitte außen
 4 Elektrodenabschnitte innen
 5 Kondensator
 6 Kondensatorraum
 7 Kondensationsfläche
 8 oberer Außenraum
 9 offenes Ende
10 ringförmiger Teil
11 Kanal
12 Zwischenstück
13 Durchführung
14 Strahlungsblech
15 Rekuperator
16 Zwischenring
17 Innenraum im Elektrolyt
18 Außenraum vom Elektrolyt
19 elektrische Brücke
20 Rand
21 Tropfkante
22 Oberkante
23 Siedefinger
24 Natriumeinlaß
25 Dampfströmung
26 Natriumdampf
31 Gehäuse
32 Festelektrolytabschnitte
33 äußere Elektrodenabschnitte
34 innere Elektrodenabschnitte
35 Kondensatorgehäuse
36 Kondensatorraum
37 Kondensationsfläche
38 Plusanschluß
39 Stromleitung
40 Enden
41 Mündungen
42 Strahlungsbleche
43 Heizgas
44 Verdampfer
45 Natriumspiegel
46 isolierte Abschnitte
47 Mündungen
48 Enden
49 Rohrleitung
50 Pumpe
51 Kühlgas
Q_zu Wärmezufuhr

Claims (3)

1. Thermoelektrischer Konverter nach dem AMTEC-Prinzip mit den folgenden Merkmalen:

• a) der Konverter weist mehrere elektrisch hintereinander geschaltete Konverterelemente mit rohrförmigem Metallge­ häuse (31) als Minuspol auf,
• b) mindestens einem Rohr (32) im Innern des Gehäuses (31) aus einem Natriumionen transportierenden Festelektrolyt mit mindestens einer koaxial eng anliegenden porösen und leitenden Elektrodenschicht (33) auf der Rohraußenseite mit elektrischem Anschluß als Pluspol,
• c) die Innenräume der Gehäuse (31) und der Rohre (32) sind druckmäßig voneinander getrennt,
• d) flüssigem Natrium mit Zufuhr von unten als Wärmeträger an der Rohrinnenseite mit Wärmezufuhr aus einer Wärme­ quelle (43),
• e) innerem Überdruck in den Rohren (32) zur Erzeugung einer Druckdifferenz,
• f) einem Dampfraum für Natriumdampf um die Rohre (32) herum bzw. um deren Elektrodenschicht,
• g) eine Kondensatorfläche (37) für den Natriumdampf mit Verbindung zum Dampfraum als Teil des Gehäuses (31) mit Rückführung des kondensierten Natriums zur Wärmequelle,
  gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:
• h) der Kondensator (35) mit der Kondesatorfläche (37) liegt über dem Gehäuse (31) mit den Rohren (32) außerhalb des Bereiches der Wärmezufuhr,
• i) die die einzelnen Rohre bzw. Konverterelemente (32) um­ gebenden Gehäuse (31) sind im Bereich (40) oberhalb der Rohre (32) offen und münden mit Öffnungen (41) in dem für alle gemeinsamen Kondesatorgehäuse bzw. -raum (35, 36).
• k) am Kondensatorgehäuse (35) sind Ableitungen (49) vorhan­ den, die den Rückfluß des kondensierten Natriums in den Innenraum der Gehäuse (31) verhindern und das konden­ sierte Natrium der Wärmequelle wieder zuleiten.

2. Konverter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weite­ ren Merkmale:

• l) Oberhalb der Öffnungen (41) befinden sich Strahlungsble­ che (42) im Kondensatorraum (36).

3. Konverter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• m) auf der Innenseite aller Rohre (32) aus Festelektrolyt ist eine weitere innere leitende und poröse Elektro­ denschicht (34) aufgebracht, auf deren Innenseite eine feine sieb- oder vliesartige Metallstruktur sitzt.
• n) bei dem ersten einer Reihe von hintereinander geschalte­ ten Konverterelementen ragt die innere Elektrode und Strukturschicht (34a) nach unten aus dem Rohr (32a) her­ aus und ist mit dem rohrförmigen Gehäuseunterteil (48a) elektrisch leitend verbunden,
• o) die innere Elektroden- und Strukturschicht (34b und 34c) bei allen dem ersten nachgeschalteten Konverterelementen ist gegenüber dem Gehäuse (31) bzw. -Unterteil elek­ trisch isoliert.