DE7432449U - Getränkte Kathode für thermionische Wandler - Google Patents
Getränkte Kathode für thermionische WandlerInfo
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Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
Description
Gebrauchsmusteranmeldung
PA MANAGEMENT CONSULTANTS LIMITED
2 Albert Gate, Knightsbridge,
London, SWXX 7JU, England
PA MANAGEMENT CONSULTANTS LIMITED
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London, SWXX 7JU, England
Getränkte Kathode für thermionische Wandler.
Die Neuerung betrifft eine getränkte Kathode für thermionische Wandler, wie sie im Kapitel IV "Thermionic Converters" des
Buches "Direct Generation of Elextricity", Autor Raymond Vivian Harrowell, herausgegeben von K.H.Spring und verlegt bei Academic
Press 1965 in London und New York beschrieben sind.
Die Neuerung betrifft insbesondere eine getränkte Kathode für thermionische Wandler, bei welcher der Tränkstoff aus einer
Metal!verbindung besteht.
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Gekennzeichnet ist eine neuerungsgemäße Kathode der vorgenannten
Art im wesentlichen dadurch, daß die Kathode eine Auflage aus einem Metall trägt, dessen Austrittsarbeit größer ist als die
Ionisierungsspannung des Metalls des Tränkstoffes. ;
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der thermionische Wandler mit Zäsium-Dampf gefüllt und besitzt eine Kathode aus
einem porösen Formkörper aus gesintertem Wolfram, der mit Barium-1
kalziumaluminat getränkt ist und eine Platinauflage trägt. Durch
diese Platinauflage wird die Austrittsarbeit der Kathodenoberfläche ausreichend erhöht, um Barium von der Kathode als positive
Ionen verdampfen zu lassen, sodaß außerhalb der Kathode eine1
positive Raumladung entsteht. Eine derartige Raumladungswolke befindet sich mit der Kathode im Gleichgewicht, da ebenso viele
positive Ionen eintreffen wie sie sie verlassen. Tatsächlich erreichen keine Bariumionen die Anode, da das Raumladungsfeld !
sich verzögernd auf positive Ionen auswirkt. Infolgedessen wird I die Ablagerung von Barium auf der Anode sehr stark herabgesetzt, !
was besonders vorteilhaft ist, da der Wandler für einen wirksamen Betrieb auf seiner Anode eine Zäsiumschicht mit geringer
Austrittsarbeit benötigt. Barium hat eine relativ hohe Austrittsarbeit und eine Ablagerung von Barium auf der Anode verursacht
eine schwerwiegende Schädigung der Leistung eines thermionischen Wandlers.
Eine genauere Erläuterung der Neuerung ergibt die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der
beiliegenden Zeichnung; es zeigen:
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■ ■■ ■■
(ΰ
Figur 1 eine Vorderansicht eines neuerungsgemäßen mit Zäsiumdampf gefüllten thermionischen Wandlers; und
Figur 2 einen Schnitt durch Fig.l längs der Linie II-II.
Bei dem in den Figuren dargestellten thermionischen Wandler handelt es sich im wesentlichen um eine mit Zäsiumdampf gefüllte
thermionische Niederdruck-Diode mit einer beheizten Kathode.
Sie besitzt einen Hitzeschild 1 aus Asbest mit einem kreisrunden Loch 2 mit innenseitigem kreisringförmigem Absatz 3. Auf diesem
Absatz 3 ruht ein keramischer Tragring K, welcher an seiner
einen Seite eine aus Kupfer bestehende Scheibenanode 5 und an seiner anderen Seite einen aus Molybdän bestehenden Träger β
für eine Scheibenkathode 7 trägt. Dabei liegt diese Scheibenkathode 7 lnnderhalb des vom Keramikring K der Scheibenanode
und dem Kathodenträger 6 umschlossenen Raumes 8. Dieser Raum ist mit Zäsiumdampf gefüllt, der durch Erhitzung eines nicht
dargestellten Zäsiumbehälters erzeugt wird. Der Kathodenträger 6 besitzt an seiner von der Kathode 7 abgewandten Seite einen
Schutzüberzug 9 aus Aluminiumoxid.
Die Kathode 7 ist ein Formkörper aus porösem Wolfram und ist durch Pressen entsprechender Blöcke aus gewachstem Wolframpulver
hergestellt. Die Preßlinge werden in einer Wasserstoffatmosphäre
erhitzt, um das Wachs zu entfernen und das Wolframpulver zu sintern. Die Sintertemperatur steuert das Ausmaß der Schrumpfung
und damit die Porosität der Presslinge oder Formkörper. So ergibt eine Sintertemperatür von knapp über 200O0C eine Porosität
von etwa 25$, was für eine Kathode sehr gut geeignet ist.
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Der gewöhnliche Tränkstoff für die Kathode besteht aus Bariumkai ζiumaluminat, wenn auch andere erdalkalische Verbindungen
wie z.B. auch Bariumaluminat verwendet werden können. Das Bariumkalziumaluminat
wird dabei hergestellt aus Bariumkarbonat, Kalziumkarbonat und Aluminiumoxid, die zusammen in einer Kugelmühle
mehrere Stunden lang gemahlen werden, dann zu Pellets gepreßt und erhitzt werden, um zunächst die Karbonate zu zersetzen
und dann das Aluminat zu bilden. Die Reaktionen laufen dabei folgendermaßen ab:
1) 2Ba CO,-*· 2Ba 0 + 2CO
J?
J?
• 2) Ca CO, ·> Ca 0 + CO2
3) 2BaO + CaO + Al0 0, ~2» Ba0 Ca Al0O/-
d J έ d D
Der aus Wolfram bestehende Formkörper wird in der Weise getränkt, daß seine Oberfläche mit dem Aluminatpulver bedeckt wird und er
; dann 5 min lang in Wasserstoff auf l800°C erhitzt wird. Über-■f
schüssiges Aluminat wird dann von der Kathodenoberfläche entfernt und die Platinauflage aufgebracht.
Dies kann durch Gleichstrom- oder Hochfrequenzzerstäub'ung oder
auch durch Elektronenstrahlverdampfung des Platins geschehen.
All diese Verfahren ergeben aus einer Scheibe aus reinem Platin elne gleichmäßig dünne Platinauflage auf der Kathode.
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Bei einer bevorzugten Ausführung eines mit Zäsiumdampf gefüllten
thermionischen Niederdruck-Wandler beträgt der Druck des Zäsiumdampfes annähernd C£>
mm Hg, der Elektrodenabstand (Kathode zu Anode) annähernd 1 mm und die Dicke der Platinauflage annähernd
500 S. Ein derartiger Wandler eignet sich für einen Betrieb bei relativ niedrigen Kathodentemperaturen von 1000 bis 20000C.
Im Betrieb wird zwischen die Anode 5 und die Kathode 7 eine
Belastung 10 geschaltet und mittels eines z.B. mit Gasluftgemisch gespeisten Brenners 11 zur Beheizung der Kathode 7 die
Aluminiumoxidschicht 9 direkt erhitzt. Die Außenseite der Anode 5 kann geschwärzt werden oder mit Kühllamellen bestückt werden,
U..1 die Anode auf unter 3000C herabzukühlen.
Da die Austrittsarbeit von Platin (5,4 eV) größer ist als die Ionisierungsspannung von Barium (5*2 eV), werden an der Platinfläche
infolge thermischer Kontaktionisierung positive Bariumionen erzeugt. Barium wandert aus den Poren in der Kathode und
verdampft als positive Ionen, welche die Raumladungswolke über
der Kathode bilden und eine Ablagerung von Barium an der Anode verhindern. Die Anode besitzt bereits eine Zäsiumschicht, die
sich aus dem Zäsiumdampf im Zwischenraum 8 abgelagert hat, und, wie bereits erwähnt, verursacht eine Ablagerung von Barium auf
dieser Zäsiumschicht eine schwerwiegende Leistungsminderung eines thermionischen Wandlers.
Im mit Zäsiumdarupf gefüllten thermionischen Wandler neutr lisieren
Zäsiumi.onen die elektronische Raumladung und ermöglichen einen vollen Emissionsstrom der Kathode.
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Claims (3)
1. Getränkte Kathode für thermionische Wandler, bei welcher der Tränkstoff aus einer Metallverbindung besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kathode (7) eine Auflage aus einem Metall trägt, dessen Austrittsarbeit größer ist als
die lonisierungsspanriung des Metalls des Tränkstoffes.
2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (7) aus einem mit Bariumkalziumaluminat getränkten und
eine Platinauflage besitzenden porösen Formkörper aus gesintertem Wolfram besteht.
3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallauflage aus einer 500 S dicken Schicht besteht.
Patentanwalt.
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| DE7432449U Expired DE7432449U (de) | 1973-09-28 | Getränkte Kathode für thermionische Wandler |
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