PL190747B1 - Przetwornik termoelektryczny - Google Patents

Abstract

1.Przetwornik termoelektryczny majacy obudowe posiadajaca wewnatrz katode sta- nowiaca, po nagrzaniu, zródlo elektronów oraz anode do odbierania elektronów emito- wanych z katody, znamienny tym, ze ma laser (242) emitujacy wiazke laserowa (244) skierowana na wiazke elektronów (240) po- miedzy katoda (220, 280) a anoda (206). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przetwornik termoelektryczny. Znajduje on zastosowanie zwłaszcza w dziedzinie przetwarzania energii cieplnej bezpośrednio w energię elektryczną.

Z opisu US nr 3519854 jest znany przetwornik, w którym wykorzystano zjawisko Halla do zbierania prądu wyjściowego. Wtym rozwiązaniu przedstawiono zastosowanie strumienia elektronów wyrzuconych termicznie z powierzchni katody emisyjnej jako źródła elektronów. Elektrony te są przyspieszane w kierunku do anody umieszczonej poza przetwornikiem opartym na zjawisku Halla. Anodą jest zwykła metalowa płytka, która ma silnie naładowany statycznie człon otaczający tę płytkę i odizolowany od niej.

Z opisu US nr 3 328 611 jest znany kuliście ukształtowany przetwornik termoelektryczny, w którym kulista katoda emisyjna otrzymuje ciepło, emitując na skutek tego elektrony do koncentrycznie umieszczonej kulistej anody pod wpływem członu sterującego i posiadającego wysoki dodatni potencjał oraz odizolowanego. Anodą w tym rozwiązaniu jest zwykła powierzchnia metalowa.

Z opisu US nr 4 303 845 jest znany przetwornik termoelektryczny, w którym strumień elektronów z katody przechodzi przez powietrzną cewkę indukcyjną usytuowaną w poprzecznym polu magnetycznym, przez co w cewce indukcyjnej na skutek oddziaływania strumienia elektronów z poprzecznym polem magnetycznym powstaje siła elektromotoryczna. Anodą w tym rozwiązaniu jest również metalowa płytka mająca silnie naładowany statycznie człon otaczający tę płytkę i odizolowany od niej.

Z opisu US nr 4 323 808 jest znany pobudzony laserem przetwornik termoelektryczny, bardzo podobny do przetwornika termoelektrycznego opisanego wyżej w opisie US nr 4303 845. Główna różnica polega na tym, że w rozwiązaniu znanym z opisu US nr 4 323 808 zastosowano laser przykładany do siatki, na której zbierane są elektrony, a równocześnie potencjał siatki zostaje usunięty, przez co powstają pakiety elektronów, które są przyspieszane w kierunku do anody przez powietrzną cewkę indukcyjną usytuowaną w poprzecznym polu magnetycznym. Anoda w rozwiązaniu znanym z opisu US nr 4 323 808 jest taka sama jak w rozwiązaniu znanym z opisu US nr 4 303 845. Jest to po prostu metalowa płytka, która ma silnie naładowany statycznie człon otaczający tę płytkę i odizolowany od niej.

Z opisu US nr 5 459 367 jest znany przetwornik termoelektryczny mający ulepszony element kolektorowy z anodą posiadającą włókna wełny miedzianej i żel z siarczanu miedzi zamiast metalowej płytki. Dodatkowo element kolektorowy ma silnie naładowany (to znaczy naładowany elektrostatycznie) człon otaczający anodę i odizolowany od niej.

Inne znane rozwiązanie ma anodę i katodę, które są stosunkowo blisko siebie, np. w odstępie μm, w komorze próżniowej. To rozwiązanie nie wykorzystuje żadnej siły do przyciągania elektronów emitowanych z katody do anody poza wprowadzeniem cezu do komory mieszczącej anodę i katodę. Cez powleka anodę ładunkiem dodatnim w celu utrzymywania przepływu elektronów. Gdy katoda ianoda są tak blisko siebie, trudno jest utrzymać zasadniczo różne temperatury katody i anody. Przykładowo normalnie katoda miałaby temperaturę 1800 K, a anoda temperaturę 800 K. Przewidziane jest źródło ciepła do grzania katody i układ obiegu chłodziwa przy anodzie, w celu utrzymywania żądanej temperatury anody. Chociaż w komorze utrzymywana jest próżnia (poza źródłem cezu), ciepło zkatody przechodzi do anody i potrzebna jest znaczna energia do utrzymywania dużej różnicy temperatury pomiędzy blisko umieszczonymi katodą i anodą. To z kolei zmniejsza znacznie sprawność układu.

Przykładowe znane rozwiązania zostały uwidocznione na rysunku, na którym pos. l przedstawia podstawowy przetwornik termoelektryczny, a pos. II przedstawia przetwornik termoelektryczny wzbudzany laserem.

Na rysunku pos. l przedstawiono podstawowy przetwornik termoelektryczny 10. Przetwornik 10 ma podłużną, cylindryczną zewnętrzną obudowę 12 wyposażoną w parę końcowych ścianek 14 i 16, przez co powstaje zamknięta komora 18. Obudowa 12 jest wykonana z dowolnego spośród wielu znanych wytrzymałych, elektrycznie nie przewodzących materiałów, takich jak np. odporne na wysoką temperaturę tworzywa sztuczne lub materiały ceramiczne, natomiast ścianki końcowe 14,16 są metalowymi płytkami, do których mogą być wykonane dołączenia elektryczne. Elementy są mechanicznie spojone ze sobą i hermetycznie połączone tak, że w komorze 18 można utrzymywać podciśnienie, ado ścianek końcowych 14 i 16 można przyłożyć i utrzymywać na nich umiarkowanie wysoki potencjał elektryczny.

Pierwsza ścianka końcowa 14 zawiera ukształtowany obszar katodowy 20 z emitującą elektrony powłoką (nie pokazano) umieszczoną na jego powierzchni wewnętrznej, podczas gdy druga ścianka końcowa 16 jest wykonana jako kołowa, nieco wypukła powierzchnia, która jest najpierw zamontowaPL 190 747 B1 na w pierścieniu izolującym 21, by utworzyć zespół, który jako całość jest dopasowany do obudowy 12. Podczas eksploatacji ścianki końcowe 14 i 16 działają odpowiednio jako zacisk katodowy i płytka zbierająca przetwornika 10. Pomiędzy tymi dwiema ściankami strumień elektronowy 22 będzie płynąć zasadniczo wzdłuż osi symetrii cylindrycznej komory 18, zaczynając od obszaru katodowego 20, a kończąc na płytce zbierającej 16.

Wewnątrz komory 18 przy katodzie 20 usytuowany jest współosiowo pierścieniowy element ogniskujący 24. W komorze 18 przy płytce zbierającej 16 usytuowany jest współosiowo element przegrodowy 26.

Pomiędzy tymi dwoma elementami umieszczony jest zespół indukcyjny 28 złożony ze śrubowej cewki indukcyjnej 30 i podłużnego pierścieniowego magnesu 32. Cewka 30 i magnes 32 są umieszczone współosiowo w komorze 18 i zajmują jej obszar środkowy. W schematycznym widoku końcowym na pos. II przedstawiono względne promieniowe położenie różnych elementów i zespołów. Dla przejrzystości na rysunku tym nie przedstawiono mechanicznych elementów mocujących te usytuowane wewnątrz elementy. Element ogniskujący 24 jest elektrycznie połączony za pomocą przewodu 34 poprowadzonego hermetycznie przez przepust 36 z zewnętrznym źródłem statycznego potencjału (nie pokazano). Cewka indukcyjna 30 jest podobnie połączona przez parę przewodów 38 i 40 oraz parę przepustów 42 i 44 z zewnętrznym obciążeniem pokazanym po prostu jako rezystor 46.

Potencjały przyłożone do różnych elementów nie są dokładnie przedstawione ani omówione szczegółowo, ponieważ stanowią one znane i konwencjonalne środki realizacji urządzeń elektronostrumieniowych. W skrócie, jeżeli traktować (konwencjonalnie) obszar katodowy 20 jako poziom napięcia odniesienia, duży dodatni ładunek statyczny jest przyłożony do płytki zbierającej 16, a zewnętrzny obwód zawierający to źródło napięcia jest zamknięty przez dołączenie swej strony minusowej do katody 20. Ten przyłożony duży dodatni ładunek statyczny powoduje przyspieszenie strumienia elektronowego 22 pochodzącego z obszaru katodowego 20 w kierunku do płytki gromadzącej 16, przy czym wartość tego przyspieszenia jest bezpośrednio zależna od wielkości przyłożonego dużego ładunku statycznego, Elektrony uderzają w płytkę zbierającą 16 z prędkością wystarczającą do powodowania pewnej liczby odbić. Element przegrodowy 26 jest skonfigurowany i umieszczony tak, by uniemożliwić tym odbitym elektronom dochodzenie do głównej sekcji przetwornika, a połączenia elektryczne (nie pokazano) są dołączone do niego według potrzeb. Ujemne napięcie o poziomie niskim do umiarkowanego jest przyłożone do elementu ogniskującego 24 w celu ogniskowania strumienia elektronowego 22 w wąską wiązkę. Podczas działania źródło ciepła 48 (które może pochodzić z różnych źródeł, takich jak spalanie paliw kopalnych, urządzenia słoneczne, urządzenia atomowe, odpady atomowe lub wymienniki ciepła z istniejących operacji atomowych) jest zastosowane do grzania powłoki emitującej elektrony na katodzie 20, przez co powodowane jest uwalnianie dużych ilości elektronów. Uwolnione elektrony są skupiane w wąską wiązkę przez element ogniskujący 24 i są przyspieszane w kierunku do płytki zbierającej 16. Podczas przechodzenia przez zespół indukcyjny 28 elektrony te są pod działaniem pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes 32 i wykonują interaktywny ruch, który powoduje indukowanie siły elektromotorycznej w zwojach cewki indukcyjnej 30. W rzeczywistości ta indukowana siła elektromotoryczna jest sumą dużej liczby oddzielnych elektronów wykonujących niewielkie kołowe pętle prądowe, przez co powstaje odpowiednio duża liczba chwilowych sił elektromotorycznych w każdym zwoju cewki 30. Jako całość napięcie wyjściowe przetwornika jest proporcjonalne do prędkości przechodzących elektronów, a natężenie prądu wyjściowego jest zależne od wielkości i temperatury źródła elektronów. Mechanizm indukowanej siły elektromotorycznej można wyjaśnić na zasadzie siły Lorentza działającej na elektron posiadający pewną początkową prędkość liniową, gdy wchodzi on w zasadniczo jednorodne pole magnetyczne prostopadłe do prędkości elektronu. W prawidłowo skonfigurowanym urządzeniu uzyskuje się spiralny tor elektronu (nie pokazano), który powoduje żądany stopień zmiany strumienia netto wymagany przez prawo Faraday'a dla wytworzenia indukowanej siły elektromotorycznej.

Ten spiralny tor elektronu wynika z połączenia liniowego toru translacyjnego (wzdłużnego) na skutek przyspieszającego działania płytki zbierającej 16 i kołowego toru (poprzecznego) na skutek wzajemnego oddziaływania początkowej prędkości elektronu i poprzecznego pola magnetycznego magnesu 32. Zależnie od względnej wartości wysokiego napięcia przyłożonego do płytki zbierającej 16 i od siły i orientacji pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes 32 mogą być możliwe inne mechanizmy wytwarzania napięcia bezpośrednio w cewce indukcyjnej 30. Mechanizm przedstawiony powyżej jest proponowany jedynie jako ilustracyjny i nie jest traktowany jako jedyny możliwy

PL 190 747 B1 tryb działania. Wszystkie mechanizmy będą jednak wynikały z różnych kombinacji znajdujących tuzastosowanie rozważań Lorentz'a i Faraday'a.

Zasadnicza różnica pomiędzy przetwornikiem przedstawionym w opisie US nr 4303 845 a pobudzanym laserem przetwornikiem pokazanym w opisie US nr 4323 808 polega na tym, że przetwornik pobudzany laserem zbiera elektrony wyemitowane z powierzchni katody na siatce 176, do której ze źródła 178 ujemnego potencjału poprzez przewód 180 przyłożony jest niewielki potencjał ujemny i która przechwytuje przepływ elektronów i masę elektronów. Potencjał elektryczny panujący na siatce jest likwidowany przy równoczesnym wystawieniu siatki na impuls laserowy z zespołu laserowego 170, 173, 174, przy czym powodowane jest wyemitowanie przez katodę 20 pakietu elektronów 22. Ten pakiet elektronów 22 jest następnie elektrycznie ogniskowany i kierowany przez wnętrze powietrznej cewki indukcyjnej usytuowanej w poprzecznym polu magnetycznym, na skutek czego wcewce indukcyjnej wytwarzana jest siła elektromotoryczna, która jest wywierana na obwód zewnętrzny wcelu wykonania pracy, jak to przedstawiono powyżej w odniesieniu do podstawowego przetwornika termoelektrycznego.

Jest znane z opisu US nr 5459 367, że liczne niedogodności są zwykle związane z elementem zbierającym wykonanym po prostu jako przewodząca płytka metalowa. Dlatego element zbierający tej konstrukcji zawiera przewodzącą warstwę żelu siarczanu miedzi nasyconą włóknami waty miedzianej.

Celem wynalazku jest opracowanie przetwornika termoelektrycznego o lepszej sprawności przetwarzania.

Innym celem wynalazku jest opracowanie przetwornika termoelektrycznego mającego ulepszoną katodę.

Dalszym celem wynalazku jest opracowanie przetwornika termoelektrycznego posiadającego katodę i anodę oddalone znacznie od siebie tak, że są one izolowane cieplnie względem siebie.

Jeszcze innym celem wynalazku jest opracowanie przetwornika termoelektrycznego, w którym energię można usuwać z elektronów tuż przed ich uderzeniem w anodę.

Przetwornik termoelektryczny, mający obudowę posiadającą wewnątrz katodę stanowiącą, po nagrzaniu, źródło elektronów oraz anodę do odbierania elektronów emitowanych z katody, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma laser emitujący wiązkę laserową skierowaną na wiązkę elektronów pomiędzy katodą a anodą, w szczególności w bliskim sąsiedztwie anody, korzystnie w odległości do 2 μm od anody.

Katoda ma, ewentualnie, postać drucianej siatki posiadającej druty przebiegające co najmniej wdwóch kierunkach poprzecznych względem siebie.

W szczególności, katoda znajduje się w odległości 4 μm - 5 cm od anody.

Katoda ma, korzystnie, pole powierzchni emisji elektronów co najmniej dziesięciokrotnie większe niż pole powierzchni przekroju poprzecznego katody płaszczyzną prostopadłą do kierunku od katody do anody.

Laser służy, korzystnie, do zapewnienia interferencji kwantowej z elektronami tak, że elektrony są łatwiej przechwytywane przez anodę.

Przetwornik termoelektryczny według wynalazku został przedstawiony, w przykładach wykonania, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przetwornik termoelektryczny w widoku z boku z częściami w przekroju poprzecznym, fig. 2 - widok z góry konstrukcji siatki drucianej zastosowanej na katodę, fig. 3 - widok z boku części konstrukcji siatki drucianej, fig. 4 - widok z boku części alternatywnej konstrukcji siatki drucianej, fig. 5 - schematyczny widok z boku wielu warstw w konstrukcji siatki drucianej, a fig. 6 przedstawia uproszczony widok z boku alternatywnej konstrukcji katody.

Jak pokazano na fig. 1, przetwornik termoelektryczny 200 według wynalazku zawiera obudowę 202, w której utrzymywane jest, za pomocą urządzenia odsysającego (nie pokazane), pewne podciśnienie. Obudowa 202 jest korzystnie cylindryczna wokół środkowej osi 202A, która służy jako oś symetrii obudowy 202 i zawartych w niej części składowych, chyba, że podano inaczej.

Kolektor 204 może zawierać płaską anodę w postaci kołowej płytki 206 (wykonanej np. z miedzi) otoczonej przez naładowany statycznie pierścień 208 (np. ładunek 1000 C), posiadający koncentryczne pierścienie izolujące 210. Pierścień 208 i pierścienie 210 mogą być skonstruowane i mogą działać jak przedstawiono w opisie US nr 5459 367. Człon chłodzący 212 jest sprzężony cieplnie z płytką 206 tak, że chłodziwo ze źródła 214 cyrkuluje w obwodzie chłodzenia. Człon chłodzący 212 utrzymuje żądaną temperaturę płytki anodowej. Człon chłodzący 212 może być alternatywnie identyczny z płytką anodową 206 (inaczej mówiąc chłodziwo będzie przepływać przez płytkę 206). Do staPL 190 747 B1 bilizowania temperatury anody 206 można zastosować układ sprzężenia zwrotnego (nie pokazano) wykorzystujący jeden lub więcej czujników (nie pokazano).

Zespół katodowy 218 przetwornika zawiera katodę 220 ogrzewaną przez źródło ciepła tak, że emituje ona elektrony, które poruszają się zasadniczo wzdłuż kierunku ruchu 202A do anody 206 (jak w rozwiązaniu znanym z opisu US nr 5 459 367, naładowany pierścień 208 pomaga przyciągnąć elektrony do anody.) Chociaż źródło ciepła jest pokazane jako źródło 222 płynu grzejnego (cieczy lub gazu) płynącego do członu grzejnego 224 (który jest sprzężony cieplnie z katodą 220) poprzez obwód grzejny 226, można zastosować alternatywne źródła energii, takie jak laser dołączony do katody 224. Energia doprowadzana do źródła 222 może być słoneczna, laserowa, mikrofalowa lub z materiałów radioaktywnych. Ponadto, w celu dostarczenia ciepła do źródła 222 można zastosować zużyte paliwo nuklearne, które w przeciwnym razie byłoby po prostu składowane dużym kosztem i bez żadnych korzyści.

Elektrony pobudzone do poziomu Fermi'ego w katodzie 220 wydostają się z jej powierzchni i przyciągane przez statycznie naładowany pierścień 208 przemieszczają się wzdłuż kierunku ruchu 202A poprzez pierścienie lub cylindry ogniskujące 228 i 230 pierwszy i drugi, które mogą być skonstruowane i mogą działać w sposób podobny jak element ogniskujący 24 znanej konstrukcji omówionej powyżej. Aby pomóc elektronom przemieszczać się w prawidłowym kierunku, katoda 224 może być otoczona przez ekran 232. Ekran 232 może być cylindryczny lub stożkowy albo, jak pokazano, zawierać cylindryczną część najbliższą katody 224 i stożkową część dalej od katody 224. W każdym przypadku ekran dąży do utrzymania ruchu elektronów w kierunku 202A. Elektrony będą odpychane od ekranu 232, ponieważ ekran będzie mieć stosunkowo wysoką temperaturę (na skutek zbliżenia do stosunkowo gorącej katody 220). Alternatywnie lub dodatkowo wobec odpychania przez wysoką temperaturę ekranu ten ekran 232 może mieć doprowadzony do niego ujemny ładunek. Wtym ostatnim przypadku pomiędzy ekranem 232 a katodą 220 można zastosować izolację (nie pokazano).

Wytworzona energia elektryczna, odpowiadająca przepływowi elektronów z katody 220 do anody 206 jest podawana poprzez przewód katodowy 234 i przewód anodowy 236 do zewnętrznego obwodu 238.

Elektrony, takie jak elektron 240, dążą do posiadania wysokiego poziomu energetycznego, gdy zbliżają się do anody 206. Normalną tendencją byłoby zatem odbijanie się niektórych elektronów od powierzchni tak, że nie byłyby przez nią przechwytywane. Normalnie powoduje to rozproszenie elektronów i zmniejsza sprawność przetwarzania przetwornika. Aby zlikwidować lub znacznie zmniejszyć tę tendencję, zastosowano laser 242 emitujący wiązką laserową 244 skierowaną na wiązkę elektronów 240 w bliskim sąsiedztwie anody 206. Interferencja kwantowa pomiędzy fotonami wiązki laserowej 244 a elektronami 240 powoduje zmniejszenie stanu energetycznego elektronów tak, że są one łatwiej przechwytywane przez powierzchnię anody 206.

Jak to jest zrozumiałe na podstawie dwoistej teorii falowo-korpuskularnej, elektrony uderzone wiązką laserową mogą wykazywać właściwości fal i/lub cząstek.

W tym przypadku stwierdzenie, laser 242 emituje wiązką laserową 244 skierowaną na wiązkę elektronów 240 w bliskim sąsiedztwie anody 206 oznacza, że elektrony 240, które znalazły się w zasięgu wiązki laserowej 244, nie przechodzą przez żadne inne części składowe (takie jak człon ogniskujący) poruszając się nadal do anody 206. Dokładniej, elektrony są, korzystnie, objęte działaniem wiązki laserowej w zakresie odległości 2 μm przed osiągnięciem anody 206, korzystniej w zakresie odległości 1 μm przed osiągnięciem anody 206. Odległość od drugiego elementu ogniskującego 230 do anody 206 może wynosić 1 μm, a wiązka laserowa może obejmować elektrony bliżej anody 206. Wten sposób, energia elektronów jest redukowana w punkcie, gdzie zmniejszona energia jest najbardziej odpowiednia i użyteczna.

Chociaż obudowa 202 może być nieprzezroczysta, np. może być metalowa, okienko 246 lasera jest wykonane z materiału przezroczystego tak, że wiązka laserowa 244 może przechodzić od lasera242 w komorę wewnątrz członu 202. Alternatywnie, laser 242 może być umieszczony w komorze.

Oprócz polepszenia skuteczności przetwarzania przez zastosowanie lasera 242 do zmniejszenia poziomu energetycznego elektronów tuż przed osiągnięciem przez nie anody 206 katoda 220 jest specjalnieskonstruowana w celu polepszenia sprawności przez zwiększenie pola powierzchni emisji elektronów z katody 220.

Na figurze2 katoda 220 jest pokazana jako kołowa siatka druciana 248. Druty 250 górnej lub pierwszej warstwy równoległych drutów przebiegają w kierunku 252, natomiast druty 254 drugiej war6

PL 190 747 B1 stwy równoległych drutów przebiegają w kierunku 256 poprzecznie do kierunku 252 i korzystnie prostopadle do kierunku 252. Trzecia warstwa równoległych drutów (dla ułatwienia przedstawienia pokazano tylko jeden drut 258) przebiega w kierunku 260 (45 stopni od kierunków 252 i 256). Czwarta warstwa równoległych drutów (dla ułatwienia przedstawienia pokazano tylko jeden drut 262) przebiega w kierunku 264 (90 stopni od kierunku 260).

Należy również zauważyć, że na fig. 2 przedstawiono druty ze stosunkowo dużymi odstępami pomiędzy nimi, ale ma to tylko na celu ułatwienie przedstawienia. Korzystnie, druty te są cienkimi drutami wytłaczanymi, a odstępy pomiędzy równoległymi drutami w tej samej warstwie są podobne do średnicy drutów. Korzystnie, druty mają średnicę 2 mm lub mniejszą, aż do wymiaru cienkiego włókna. Druty mogą być wykonane z wolframu lub innych metali stosowanych w katodach.

Na figurze 3 druty 250 i 254 mogą być przestawione względem siebie, przy czym wszystkie druty 250 (na fig. 3 pokazano tylko jeden) są umieszczone we wspólnej płaszczyźnie przesuniętej względem innej wspólnej płaszczyzny, w której usytuowane są wszystkie druty 254. Alternatywny układ pokazany na fig. 4 ma druty 250' (widać tylko jeden) i 254', które są przeplecione jak w tkaninie.

Jak pokazano na fig. 5, alternatywna katoda 220' może mieć trzy części 266, 268 i 270. Każda ztych części 266, 268 i 270 może mieć dwie prostopadłe warstwy drutów (nie pokazano na fig. 5), takich jak druty 250 i 254 (lub 250' i 254'). Część 266 będzie miała druty wchodzące w płaszczyznę rysunku na fig. 5 i druty równoległe do płaszczyzny rysunku na fig. 5. Część 268 ma dwie warstwy drutów, z których każda ma druty przebiegające w kierunku 30 stopni od jednego z kierunków drutów części 266. Część 270 ma dwie warstwy drutów, z których każda ma druty przebiegające w kierunku 60 stopni od jednego z kierunków drutów części 266.

Należy zauważyć, że z fig. 5 wynika, iż można zastosować wiele warstw drutów przebiegających w różnych kierunkach.

Różne struktury drucianych siatek katody zwiększają skuteczne pole powierzchni emisji elektronów dzięki kształtowi drutów i dzięki wielu ich warstwom. Alternatywny sposób zwiększenia pola powierzchni przedstawiono na fig. 6, przedstawiający boczny przekrój poprzeczny parabolicznej katody 280, która służy do emitowania elektronów do ruchu zasadniczo wzdłuż kierunku ruchu 220A'. Katoda 280 ma płaskie pole powierzchni A przekroju poprzecznego prostopadłego do kierunku ruchu 202A. Należy zauważyć, że katoda 280 ma pole powierzchni EA emisji elektronów (z krzywizny katody) w kierunku do anody, które jest co najmniej 30 procent większe niż płaskie pole powierzchni A przekroju poprzecznego. Dla katody o danym wymiarze uzyskuje się zatem większą gęstość elektronów. Chociaż katoda 280 jest pokazana jako parabola, można stosować inne krzywe powierzchnie. Katoda 280 może być wykonana z litego członu lub też może zawierać struktury siatkowe złożone z wielu warstw drutu, podobne do opisanych na podstawie fig. 2-5, z tym wyjątkiem, że każda warstwa będzie wykrzywiona, a nie płaska.

Chociaż krzywoliniowy układ katodowy z fig. 6 zapewnia pole powierzchni EA emisji elektronów, które jest co najmniej 30 procent większe niż pole powierzchni A bocznego przekroju poprzecznego, różne konstrukcje siatki drucianej, takie jak na fig. 2, zapewniają pole powierzchni emisji elektronów, będące co najmniej dwukrotnie większe od pola powierzchni bocznego przekroju poprzecznego (to znaczy zdefiniowanego jak pokazano na fig. 6). Pole powierzchni emisji elektronów w konstrukcjach siatkowych powinno być co najmniej dziesięciokrotnie większe od pola powierzchni bocznego przekroju poprzecznego.

W szczególności, rozwiązanie według wynalazku umożliwia przesunięcie katody 220 i anody 206 względem siebie o 4 μm - 5 cm, korzystnie 1-3 cm. Katoda i anoda są zatem wystarczająco oddalone od siebie tak, że istnieje mniejsze prawdopodobieństwo unoszenia ciepła z katody do anody niż w konstrukcjach, gdzie katoda i anoda muszą być usytuowane blisko siebie. Dzięki temu od źródła214 chłodziwa wymagany jest stosunkowo niewielki pobór chłodziwa, ponieważ potrzebne jest mniejsze chłodzenie niż wwielu znanych rozwiązaniach.

Claims (6)

1.Przetwornik termoelektryczny mający obudowę posiadającą wewnątrz katodę stanowiącą, ponagrzaniu, źródło elektronów oraz anodę do odbierania elektronów emitowanych z katody, znamienny tym, że ma laser (242) emitujący wiązkę laserową (244) skierowaną na wiązkę elektronów (240) pomiędzy katodą (220, 280) a anodą (206).

PL 190 747 B1

2. Przetwornik termoelektryczny według zastrz. 1, znamienny tym, że ma laser (242) emitujący wiązkę laserową (244) skierowaną na wiązkę elektronów (240) w bliskim sąsiedztwie anody (206).

3. Przetwornik termoelektryczny według zastrz. 2, znamienny tym, że ma laser (242) emitujący wiązkę laserową (244) skierowaną na wiązkę elektronów (240) w odległości do 2 μm od anody (206).

4. Przetwornik termoelektryczny według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że katoda (220, 280) ma postać drucianej siatki (248) posiadającej druty (250, 254, 250', 254') przebiegające co najmniej wdwóch kierunkach (252, 256) poprzecznych względem siebie.

5. Przetwornik termoelektryczny według zastrz. 4, znamienny tym, że katoda (220, 280) znajduje się w odległości 4 μm - 5 cm od anody (206).

6. Przetwornik termoelektryczny według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że katoda (280) ma pole powierzchni (EA) emisji elektronów co najmniej dziesięciokrotnie większe niż pole powierzchni (A) przekroju poprzecznego katody (280) płaszczyzną prostopadłą do kierunku (220A') od katody (280) do anody (206).