DE842233C

DE842233C - Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie durch stroemende ionisierte Gase

Info

Publication number: DE842233C
Application number: DES16374A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Krapf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1950-06-28
Filing date: 1950-06-28
Publication date: 1952-06-26

Description

Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie durch strömende ionisierte Gase Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen elektrische Energie durch strömende ionisierte Gase erzeugt wird. Die Ionisation erfolgte bisher durch Zusatzeinrichtungen, die eine besondere Energieaufwendung notwendig machten, wodurch der Wirkungsgrad der Energieumwandlung so niedrig wurde, (laß eine technische Durchführung des Prozesses nicht wirtschaftlich war. Da die Ionisierung des Gases meistens durch Elektronenstöße geschah, so befanden sich in dem Gasstrom sowohl Ionen als auch Elektronen. Daher war noch eine Vorrichtung zur Trennung dieser beiden Elektrizitätsträger notwendig.
Abweichend hiervon sind bei einer Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie durch strömende .ionisierte Gase erfindungsgemäß zwei Elektroden mit verschiedenen Elektronenaustrittsarbeiten in dem Gas so angeordnet, daß sie auf Grund der Oberflächenionisation und Oberflächenneutralisation als Kathode und Anode wirken. Hierbei muß die Bedingung erfüllt sein, daß die Elektronenaustrittsarbeit der einen Elektrode größer ist alrs die Ionisierungsarbeit des Gases und daß diese wiederum größer ist als die Elektronenaustrittsarbeit der anderen Elektrode.
Die Erfindung betrifft somit eine Einrichtung, bei der die Ionisation des Gases durch Oberflächenionisierung vor sich geht, und zwar so, daß Gase, die eine Ionisierungsspannung 7 haben, auf eine Elektrode treffen, die eine Elektronenau,strittsarbeit e - y)1 hat (e = Elementarladung, W = Austrittspotential), wobei die Bedingung e-1 < e-y, erfüllt seid inuß (genauer e - y1 > e - I + (K2-KI)" wobei K--# die kinetische Energie des abfliegenden und Ki die des auftreffenden Gasteilchens ist). Dabei wird nun diese Elektrode negativ aufgeladen, und das Gas verläßt die Elektrode als Ionenstrom. Die Elektrode kann auch als Filter ausgebildet «erden, wobei sie zweckmäßigerweise so gebaut ist, daß jedes Gasatom beim Durchströmen des Filters einmal im statistischen Mittel mit der Elektrodenoberfläche zum Kontakt kommt. Hinter diesem Filter bzw. dieser Elektrode befindet sich ein zweites Filter bzw. eine zweite Elektrode mit einer Austrittsarbeit e - y2, wobei jetzt die Bedingung e - I > e - y2 erfüllt sein muß. Dadurch wird dieses Filter bzw. diese Elektrode beim Durchströmen des ionisierten Gases positiv aufgeladen, cla das Ion der Elektrode bzw. dem Filter ein Elektron entreißt. Das Gas ist also "hinter dem zweiten Filter wieder neutralisiert. Bedeutet v die Strömungsgeschwindigkeit und N die Anzahl der strömenden Gasteilchen, so ist die Stromstärke durch T = e - v - .N gegeben. Die Potentialdifferenz berechnet sich aus der Differenz der Austrittsarbeiten. Durch Hintereinanderschalten mehrerer Elemente läßt sich dann in bekannter Weise eine Spannungserhöhung erreichen, Der thermische Kreislauf der Einrichtung unterliegt dabei den Gesetzen der Thermodynamik; bei diesem Kreislauf wird Wärme in mechanische Energie umgewandelt, nur kommen, wie z. B. bei einer Gasturbine, keine beweglichen Teile vor, und es ist nicht notwendig, über mechanisch rotierende ".feile elektrische Energie zu gewinnen, sondern es kann Wärme unmittelbar in elektrische Energie umgesetzt werden. Es ist damit möglich, das schwierige Problem der Verbrennungsturbine zu umgehen und den Gasstrom unmittelbar durch eine Düsenanordnung, z. B. Verbrennungsdüsen, zur Gewinnung elektrischer Energie mit hohem Wirkungsgrad nutzbar zu machen. Bei Anwendung einer Verbrennungsdüse können sowohl flüssige als auch gasförmige Mittel als Brennstoff verwendet «erden. Es kann aber auch ein überhitztes Gas einer Düse zugeführt werden.
F ig. i stellt schematisch eine solche Düse dar, wobei die Filter Ei und E2 als Kathode bzw. Anode wirken. Vor dem Filter Ei werden der Düse durch Leitungen Gase in Pfeilrichtung zugeführt. Eine andere Anordnung gemäß der Erfindung zeigt Fig. 2, hei der ein erhitzter Gasstrom, der durch äußere mechanische Kräfte, z. B. eine Pumpe, getrieben wird, an den Filtern Ei und E2 vorbeizirkuliert und damit eine elektrische Energiegewinnungsanlage darstellt. Die Heizeinrichtung für den Gasstrom ist nicht gezeichnet.
Grundsätzlich läßt sich auch eine Anordnung gemäß Fig. 3 anwenden, bei der zwischen den beiden Elektroden El, E2, d.ie eine Temperaturdifferenz haben, eine Wärmekonvektion auftritt, die mit einem Materietransport verbunden ist. Man kann eine solche Anordnung als ein Thermoelement mit einem gasförmigen Zweig bezeichnen. Die Temperaturdifferenz kann z. B. in der Weise geschaffen werden, daß die eine Elektrode gekühlt und die gesamte Anlage, d. h. das Gas und die andere Elektrode, durch eine nicht @dargestel Ite Heizeinrichtung erhitzt wind.

Claims

PATEN TANSPRiiCHE: i. Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie durch strömende ionisierte Gase, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektroden mit verschiedenen Elektronenaustrittsarbeiten in .dem Gas so angeordnet sind, daß sie auf Grund der Oberflächenionisation und Oberflächenneutralisation als Kathode und Anode wirken, wobei die Bedingung erfüllt ist, daß die Elektronenauatrittsarbeit (e-ypl) der einen Elektrode (Ei) größer ist als die Ionisierungsarbeit (e-l) des Gases und daß diese wiederum größer ist als die Elektronenaustrittsarbeit (e-yP2) der anderen Elektrode (E2). z. Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch äußere mechanische Kräfte in Bewegung versetzt ist. 3. Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas den Elektroden durch eine Düsenanordnung zugeführt wird. 4. Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung als Verbrennungsdüse für einen flüssigen odergasförmigen Brennstoff ausgebildet ist. 5. Anordnung zur Gewinnung von elektrischer Energie nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gasbewegung durch Wärmekonvektion zwischen den Elektroden eine Temperaturdifferenz durch künstliche Mittel (Beheizungs- und/oderKühlungseinrichtungen) hervorgerufen wird.