DE1080643B

DE1080643B - Verfahren und Vorrichtungen zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie

Info

Publication number: DE1080643B
Application number: DET15959A
Authority: DE
Inventors: George Nicholas Hatsopoulos; Joseph Kaye
Original assignee: Thermo Electron Engineering Corp
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Inc
Priority date: 1958-11-14
Filing date: 1958-12-02
Publication date: 1960-04-28

Description

Gegenstand der Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie, die eine große Leistung pro Gewichts- und/oder Volumeinheit liefern, deren Einrichtung, Unterhaltung und Betätigung verhältnismäßig wenig Kosten verursachen und die keinerlei bewegte Teile erfordern.

Die der Erfindung entsprechenden Umwandler können mit beträchtlich besserem Wirkungsgrad arbeiten als die üblichen thermoelektrischen Kombinationen.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Gemäß der Erfindung wird Wärmeenergie in elektrische Energie umgesetzt durch Benutzung irgendwelcher beliebiger Wärmequellen zur Beheizung einer oder mehrerer elektronenabgebender Flächen, die im Abstand von einer oder mehreren elektronenaufnehmenden Flächen angeordnet sind, welche auf einer niedrigeren Temperatur als die erwärmten Flächen gehalten werden, wobei sich kreuzende elektrostatische und magnetische Felder im Bereich dieser Flächen erzeugt werden, so daß ein kontrolliertes Fließen von Elektronen von der erhitzten Fläche oder den erhitzten Flächen zu der Fläche oder den Flächen niederer Temperatur erzielt wird unter Erzeugung von Gleichstrom.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll folgende, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gemachte Beschreibung einzelner bevorzugter Ausführ,ungsformen der Erfindung dienen, ohne die Erfindung auf diese Beispiele beschränken zu wollen.

Fig. 1 ist eine perspektivische, teilweise abgebrochene Ansicht, die den inneren Aufbau einer Ausführungsform der Erfindung erkennen läßt. Bei ihr kommt eine verhältnismäßig einfache Anordnung warmer und kalter Flächen zur Anwendung, die verhältnismäßig niedrige Spannungen erzeugt.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher höhere Spannungen erzielt werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Flächen und die zugehörigen Anoden in konzentrischen Kreisen innerhalb eines zylindrischen Gehäuses angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Flächen unter allmählich abnehmender Temperatur gehalten werden. Die erste (in der Figur links liegende) Fläche der dargestellten Serie wird auf der höchsten Temperatur und die letzte auf der niedrigsten Temperatur gehalten.

Fig. 5 isteineperspektivische, teilweise abgebrochene Ansicht, die das Innere einer bevorzugten Ausführungs-Verfahren und Vorrichtungen

zur Umwandlung thermischer Energie

in elektrische Energie

Anmelder:

Thermo Electron Engineering Corporation, Cambridge, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Kuhn, Patentanwalt,
Berlin-Dahlem, Wildpfad 3

George Nicholas Hatsopoulos, Lexington, Mass.,

und Joseph Kaye, Brookline, Mass. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

form der Erfindung erkennen läßt, bei welcher Gruppen von Serien Flächen mit zugehörigen Anoden in einem rechteckigen Gehäuse angeordnet sind. An entgegengesetzten Enden derselben sind Kopfpaare zur Zuführung von Wärme und Kälte zu den warmen bzw. kalten Flächen angeordnet.

Fig. 6 zeigt in senkrechtem Schnitt eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Flächen und die zugehörigen Anoden gruppenweise in Bögen angeordnet sind, und zwar eine Gruppe konzentrisch in bezug auf die andere. Sämtliche Gruppen sind in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet, dessen Enden mit Kopfpaaren zur Zuführung der Wärme und der Kälte zu den warmen bzw. kalten Flächen versehen sind.

Fig. 7 zeigt in Seitenansicht, teilweise abgebrochen, die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform.

Fig. 8 ist ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Flächen und zugehörige Anoden in Ringform benutzt werden und diese Ringe in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 kann beispielsweise zur Erzeugung verhältnismäßig niedriger Spannungen im Bereich von wenigen Volt benutzt werden. Bei dieser Ausführungsform wird eine elektronenabgebende Fläche 10 in Form einer Platte 11 benutzt, die beispielsweise durch die heißen Abgase eines Kraftwagens oder eine sonstige geeignete Wärmequelle beheizt wird. Neben der Platte 11, die nachfolgend als heiße Platte bezeichnet werden wird, ist eine zweite

OOS 507/102

Fläche 12 angeordnet, die nachfolgend als kalte Platte bezeichnet werden wird. Platte 12 ist in derselben horizontalen Ebene wie die heiße Platte 11 angeordnet. Ihre Seitenkante 13 liegt parallel und im Abstand von der Seitenkante 14. Der Zwischenraum ist mit 15 bezeichnet. Die Weite des Zwischenraumes 15 ist ein geringer Bruchteil im Bereich von einem Zehntel der Breite der heißen Platte 11, die der Breite der kalten Platte 12 gleich ist. :.

Die Platten 11 und 12 können etwa 1,6 bis 12,7 mm breit und von beliebiger Länge sein, abhängig von dem Material. Die genaue Länge hängt von der gewünschten Stromstärke ab und kann z. B. etwa 15 cm betragen. Auch die Dicke ist beliebig, sie kann z. B. etwa 6 mm betragen. Über den Platten 11 und 12 ist die Anode 16 angeordnet. Sie ist derart dimensioniert, daß sie die Flächen der Platten 11 und 12 vollständig überdeckt, ebenso den Zwischenraum 15. Der Abstand der Anode 16 von den Platten 11 und 12 ist derart, daß die Elektronen, die unter dem Einfluß eines gleichgerichteten magnetischen Feldes, das nachfolgend beschrieben werden wird, von der heißen Platte 11 zur kalten Platte 12 fließen, die untere Fläche der Anode 16 nicht erreichen. Der Abstand ist etwas größer als die Breite der heißen Platte 11 dividiert durch 2 π.

Die heiße Platte 11, die kalte Platte 12 und die darüber angeordnete Anode 16 sind in einem dicht geschlossenen Behälter 17 aus irgendwelchem für das Magnetfeld durchlässigem Stoff eingeschlossen. Dieser Behälter, der beispielsweise aus Metall, etwa einem nichtmagnetischen Stahl, besteht, ist vor dem Verschluß evakuiert. Je höher das Vakuum ist, um so besser. Gute Ergebnisse werden mit einem Vakuum im Bereich von 1O~⁵ mm Quecksilbersäule erzielt.

Der Anode 16 wird ein positives Potential aufgedrückt, beispielsweise mittels einer Batterie 18, die mit der Anode 16 durch eine Leitung 19 und mit der heißen Platte 11 durch eine Leitung 21 verbunden ist. Dieses positive Potential erzeugt ein elektrostatisches Feld im Bereich oberhalb der heißen Platte 11 und der kaiten Platte 12. Dieses elektrostatische Feld beschleunigt die die heiße Platteil verlassenden Elektronen. Ein Magnet 22, der bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ein Permanentmagnet ist, ist so angeordnet, daß die entgegengesetzten Pole 23 und 24 des Magneten an entgegengesetzten Seiten des Gehäuses 17 liegen und magnetische Feldlinien in der in Fig. 1 durch den Pfeil F angedeuteten Richtung erzeugen. Unter dem Einfluß dieses magnetischen Feldes werden die Elektronen abgelenkt und fließen von der heißen Platte 11 zur kalten Platte 12, wie durch Pfeile 25 in Fig. 1 angedeutet, auf einem Wege in Form einer gestreckten Cycloide.

Eine Last 26, die in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, liegt in Reihe mit der heißen Platte 11 und der kalten Platte 12 über Leitungen 27 und 28. Diese Leitungen sind durch das Gehäuse 17 durch geeignete elektrische Isolierungen geführt und stehen mit den Platten in elektrischem Kontakt.

Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 das magnetische Feld durch einen Permanentmagneten erzeugt wird, der keine Kraft verbraucht, kann auch ein Elektromagnet benutzt werden, der einen geringen Anteil der durch die Vorrichtung erzeugten Kraft verbraucht. Statt einer der Erzeugung des elektrostatisehen Feldes dienenden Batterie kann auch ein Gleichstromgenerator benutzt werden. Gegebenenfalls kann auch ein geringer Teil der durch die Vorrichtung erzeugten Kraft zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes ausgenutzt werden.

Die zur Aufrechterhaltung des positiven Potentials an der Anode 16 dienende Batterie 18 liefert keinen Strom, wenn keine Elektronen die Anode 16 erreichen oder wenn von der heißen Platte 11 zur Anode 16 kein Strom fließt. Während dies theoretisch möglich ist, wird jedoch praktisch ein sehr geringer Strom, gewöhnlich im Bereich von 0,001 bis 0,0001 des Laststromes, zur Anode 16 fließen, hauptsächlich infolge von Elektronenzusammenstößen mit Gasmolekülen auch bei höchsterreichbarem Vakuum und Rückstrahlung von Elektronen von der kalten Platte 12. Elektronenemissionen von der kalten Platte 12 können für Temperaturen der kalten Platte z. B. unterhalb von etwa 260° C vernachlässigt werden.

Die Stromerzeugung, die mit der Ausführungsform gemäß der Erfindung nach Fig. 1 erzielt wird, hängt hauptsächlich von den Abmessungen der heißen und der kalten Platten und der zugehörigen Anode, dem Anodenpotential und der Temperatur, auf welcher die heiße Platte gehalten wird, ab. Die von der heißen Platte 11 abgegebenen Elektronen erreichen die kalte Platte 12 mit einer ungefähren kinetischen Energie im Bereich von 2kT_i. Dabei ist k die Boltzmann-Konstante in Elektronenvolt pro Grad absolut und T₁ die absolute Temperatur.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ergibt einen Vervielfältigungseffekt der erzeugten Spannung. Sie ergibt weiter eine Verminderung des Wärmeverlustes und eine Verminderung des unerwünschten Anodenstromes für jede der warmen Elektrpnenemissionsflächen im Vergleich mit der Wirkung der Vorrichtung nach Fig. 1, wie nachfolgend näher beschrieben werden wird. Zum Klarhalten der Darstellung ist das dichte, unter Vakuum stehende Gehäuse, in welchem die elektronenabgebenden Flächen angeordnet sind, nicht dargestellt. Das in einer Richtung verlaufende Magnetfeld im Bereich der Elektronenemissionsflächen wird durch eine elektrische Spule erzeugt. Die Fließrichtung des Feldes ist durch M angedeutet. Das Feld könnte auch, wie im Fall der Fig. 1, durch einen Permanentmagneten erzeugt werden. Bei Benutzung einer Spule umgibt diese das Gehäuse, in welchem die Elektronenemissionsflächen angeordnet sind, vollständig und ist so angeordnet, daß der magnetische Kraftlinienfluß in einer Richtung senkrecht zur Richtung des elektrostatischen Feldes verläuft, das von den Anoden erzeugt wird, und zwar im ganzen Bereich der heißen und halten Platten und parallel zu den die Zwischenräume 34, 35, 39, 41 und 42 begrenzenden Kanten der Platten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird eine Serie von Elektronenemissionsflächen beliebiger Zahl benutzt, die von der gewünschten Spannung abhängt. Gezeigt sind in Fig. 2 drei solcher Elektronenemissionsflächen in Form von Platten 31, 32 und 33. Die Breite dieser Platten nimmt allmählich zu. Die Platte 33 ist die breiteste und 31 die schmälste. Platte 31 ist von Platte 32 durch den Zwischenraum 34 getrennt. Die Kanten der Platten 31 und 32 sind im wesentlichen parallel. Ebenso ist Platte 33 von Platte 32 durch den Zwischenraum 35 mit parallelliegenden Kanten getrennt. D ie Platten können von irgendwelcher Länge und Dicke sein, während, wie oben erwähnt, ihre Breite zunimmt. Die bevorzugte Breite der breitesten Platte für irgendeine gegebene Breite der schmälsten Platte wird nachfolgend angegeben. Die Breite der Zwischenräume 34 und 35 entspricht der oben für den Zwischenraum 15 zu Fig. 1 angegebenen. Die Platten 31, 32 und 33 werden durch irgendeine Wärmequelle auf einer erhöhten Temperatur gehalten.

Eine Serie kalter Platten 36, 37 und 38 sind im Abstand von der obenerwähnten Serie 31, 32,- 33 angeordnet. Zwischenraum 39 liegt dabei zwischen Platte 36 und 33. Platte 37, die zweite Platte der Kaltplattenreihe ist von Platte 36 durch Zwischenraum 41 und Platte 38 von Platte 37 durch Zwischenraum 42 getrennt. Die Breite der Platten 36, 37 und 38 nimmt allmählich ab. Platte 36 ist die breiteste und hat ungefähr dieselbe Breite wie Platte 33. Platte 38 ist die schmälste und ungefähr so breit wie Platte 31. Die Zwischenplatte 37 hat ungefähr dieselbe Breite wie die Heizplatte 32. Die kalten Platten 36,37 und 38 können durch ein geeignetes Kühlmedium beeinflußt werden, um den gewünschten Temperaturunterschied zwischen den heißen und kalten Platten aufrechtzuerhalten.

Die Flächen der heißen und kalten Platten werden vorteilhaft in derselben Ebene angeordnet.

Den Platten 31, 32, 33, 36, 37 und 38 sind Anoden 43, 44, 45, 46, 47 und 48 zugeordnet. Jede Anode hat vorteilhaft ungefähr dieselben Abmessungen wie die zugehörige Platte. So entspricht die Anode 43 in bezug auf Abmessung der heißen Platte 31, Anode 44 der heißen Platte 32 usw. Diese Anoden sind über ihren zugehörigen Platten angeordnet, und zwar nach der Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit demselben Abstand, wie ihn die Anode 16 von den Platten 11, 12 (Fig. 1) aufweist. Wie in Fig. 1 sind die heißen und kalten Platten und zugehörige Anoden in einem dichten Gehäuse unter Vakuum angeordnet.

Der Anode 43 ist ein positives Potential durch eine Batterie 49 erteilt, die durch Leitungen 51 mit der Anode verbunden ist. Batterie 49 ist auch mit Platte 31 durch Leitungen 52 verbunden. Der Anode 44 ist ein größeres Potential durch Batterien 49, 53 aufgedrückt, die mit der Anode 44 durch Leitungen 54 verbunden sind. Ein noch größeres Potential ist der Anode 45 durch die Batterie 49, 53 und 55 erteilt, die mit der Anode 45 durch Leiter 56 verbunden ist. Der Anode 46 wird dasselbe Potential wie der Anode 45 von den Batterien 49, 53, 55 durch Leiter 56, 57 erteilt. Anode 47 hat dasselbe Potential wie Anode 44 von den Batterien 49, 53 durch Leiter 58. Anode 48 hat dasselbe Potential wie Anode 43 von Batterie 49 durch Leiter 59. Während bei der Ausführungsform nach Fig. 2 zur Erzeugung des Potentials eine Mehrzahl von Batterien benutzt wird, und zwar zur Erzeugung des verschiedenen Potentials der verschiedenen Anoden, kann derselbe Effekt bezüglich Verschiedengestaltung der elektrostatischen Feldstärke von Anode zu Anode erreicht werden durch Benutzung einer Batterie für alle Anoden und geeignete Änderung des Abstandes zwischen den Anoden und den Elektronenemissionsflächen, denen sie zugeordnet sind.

Die Platten 33 und 37, die dasselbe Potential haben, sind durch einen Leiter 61 verbunden. Die Platten 32 und 38 mit demselben negativen Potential sind durch Leitung 62 verbunden. Eine Leitung 63 führt von Platte 36 und bildet mit Leitung 52, die an Platte 31 angeschlossen ist, einen Stromkreis, in welchem die Last 26 angeordnet ist.

Beim Arbeiten der Vorrichtung werden die heißen Platten 31, 32 und 33 auf einer gleichbleibend hohen Temperatur T₁ durch Benutzung einer zur Verfügung stehenden Wärmequelle gehalten, die nachfolgend näher beschrieben wird. Die kalten Platten 36, 37 und werden gegebenenfalls durch Wärmeaustausch mit einem geeigneten Kühlmittel auf einer gleichbleibenden niedrigen Temperatur gehalten. Ausgehend von der ersten heißen Platte 31 bei einem Potential 0 werden die von dieser Platte abgegebenen Elektronen durch die sich kreuzenden elektrostatischen und magnetischen Felder kontrolliert, so daß sie zu der benachbarten heißen Platte 32 mit höherem negativem Potential — F₁ mit einer Stromstärke von 1 A fließen. Der Strom von IA wird beim Annähern von der ersten Platte 31 an die zweite heiße Platte 32 teilweise absorbiert und teilweise durch die zweite heiße Platte 32 reflektiert. Der reflektierte Teilrl (r gleich dem Reflexionskoeffizienten) bewegt sich in einer kontrollierten Reihe von Schritten, wie schematisch bei 64 in Fig. 2 gezeigt, zu der letzten kalten Platte 38 mit demselben Potential, wie es die zweite heiße Platte 32 besitzt. Der andere Teil des Elektronenstromes, nämlich (l—r) wird durch die zweite heiße Platte 32 absorbiert.

Die Emission eines Stromes von 1 A erfolgt auch in der zweiten heißen Platte 3-2, und dieser Strom ist nunmehr gegen die dritte heiße Platte 33 mit einem Potential von -(F₁-FF₂) Volt gerichtet. Auch dieser Strom von 1 A wird an der dritten heißen Platte 33 in einen reflektierten Teil r I, und einen absorbierten Teil (1— r)l, gespalten. Der reflektierte Teil ist schematisch in Fig. 2 durch das Bezugszeichen 65 gezeigt. Dieser Teil wird durch die kalte Platte 37 absorbiert, die dasselbe negative Potential aufweist wie die heiße Platte 33.

Hinter der letzten heißen Platte 33, bei einem Potential von ^ (V₁+V₂) Volt, beginnt die Serie kalter Platten 36, 37 und 38. Diese kalten Platten haben eine solche niedrige Temperatur, daß ihre thermisch bedingte Elektronenabgabe ohne Belang ist. Der Elektronenstrom von 1 A der dritten heißen Platte 33 ist zur ersten kalten Platte 36 bei einem höheren negativen Potential von -(F₁+ F₂ + F₃) gerichtet. Die erste kalte Platte 36, an welche die Leitung 63 angeschlossen ist, hat also das größte negative Potential. Alle reflektierten Elektronen der ersten beiden heißen Platten 31, 32 nähern sich der ersten kalten Platte 36, werden aber von dieser ersten kalten Platte 36 vollständig reflektiert. Infolgedessen ist der einzige von dieser Platte absorbierte Strom 1 A. Die von den heißen Platten 32 und 33 reflektierten Ströme nähern sich der zweiten kalten Platte 37 bei einem Potential von -(F₁+ F₂), nur der reflektierte Strom (r/A) von der zweiten heißen Platte 32 bei einem Potential -(F₁+Fg) wird vollständig von der kalten Platte 37 absorbiert. Ein ähnlicher Stromfluß findet in Verbindung mit der letzten kalten Platte 38 statt, welche den reflektierten Strom bei einem Potential von —(F₁) absorbiert.

Zwecks einfacher Darstellung sind nur drei heiße Platten und'nur ein Satz Stromwege der reflektierten Elektronen von den ersten beiden heißen Platten 31 und 32 in den Figuren dargestellt. Selbstverständlich kann jede beliebige Anzahl von heißen Platten zur Anwendung kommen, abhängig von der gewünschten Spannung. Für jede heiße Platte kommt eine entsprechende kalte Platte und Anode zur Anwendung.

Die die kalte Platte 37 mit der heißen Platte 33 desselben Potentials verbindende Leitung 61 und die die kalte Platte 38 mit der heißen Platte 32 desselben Potentials verbindende Leitung 62 leiten die von den kalten Platten 37 und 38 absorbierenden Ströme zurück zu den heißen Platten 33 bzw. 32. Sobald ein stetiger Wirkungszustand erreicht ist, fließt also· ständig Strom von der heißen Platte 31 und der kalten Platte durch die Leitungen 52, 63 zur Last 26 mit einer Potentialdifferenz von (V₁+V₂+V₃) Volt mit einer Spannung in der Größenordnung von 6/W₁VoIt; k und T₁ haben die oben angegebenen Werte. Dieser

Strom fließt während der effektiven Lebensdauer des elektronenemittierenden Materials. Diese Lebensdauer beträgt für das unten angegebene Material von etwa 1000 Wirkungsstunden oder mehr.

Das Magnetfeld arbeitet mit Ausnahme sekundärer geringer Verluste verlustfrei.

Unwesentliche Energie wird zur Aufrechterhaltung des Anodenpotentials verbraucht, abgesehen von der letzten Anode.

Der unwesentliche Anodenenergieverbrauch ist bedingt durch einen geringen Stromfluß zu den. Anoden, der durch Kollision von Elektronen mit Gasmolekülen verursacht ist. Diese Moleküle sind in dem Zwischenraum zwischen den Anoden und den heißen Platten unvermeidbar auch bei höchstem Vakuum vorhanden. Versuche haben ergeben, daß die Anodenstromverluste pro Einheit der elektronenabgebenden Fläche der heißen Platte geringer ist als 0,01% für Gasdrücke von 10~⁵ mm Quecksilbersäule.

An der letzten Anode 48 findet jedoch ein verhältnismäßig großer Stromfluß im Vergleich mit dem normalen Anodenverlust statt. Dieser Endanodenstromverlust ist bedingt durch Störungen des elektrostatischen Feldes an der letzten heißen Platte 33 und Elektronenreflexion an der letzten kalten Platte 38. Diese reflektierten Elektronen bewegen sich nur in einer Richtung gegen die letzte Anode 48. Dieser Endanodenstromverlust kann auf einen geringen Bruchteil der Kraftleistung der Vorrichtung reduziert werden durch Benutzung einer großen Zahl heißer und kalter Platten und/oder durch Anordnung derselben beispielsweise wie in Fig. 4 gezeigt.

Die Wärmeverluste sind bei der Anordnung der heißen und kalten Platten gemäß Fig. 2 erheblich geringer als bei der Anordnung nach Fig. 1, weil die heißen Platten weiter von den kalten Platten getrennt sind.

Wie oben erwähnt, zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Endeffekte und Endanodenstromverluste vollständig beseitigt sind, so daß die Energieerzeugung und der thermische Wirkungsgrad weiter erhöht werden. In Fig. 3 ist im wesentlichen dieselbe Ausbildung von heißen und kalten Platten benutzt, jedoch sind die Platten in einem Bogen oder Kreis angeordnet. Die letzte kalte Platte grenzt an die erste heiße Platte. Die heißen Platten

71, 72, 73, 74, 75, 76 und 77 sind also, wie in Fig. 3 gezeigt, in einem Halbkreis angeordnet. Diese Platten weisen allmählich wachsende Bogenbreite auf. Die heiße Platte 71 ist die schmälste, 77 die breiteste. Die kalten Platten 78, 79, 80, 81, 82, 83 und 84 sind auf demselben Kreis angeordnet wie die heißen Platten. Die breiteste kalte Platte 78 liegt neben der breitesten heißen Platte 77 und die schmälste kalte Platte 84 neben der schmälsten heißen Platte 71. Diejenigen heißen und kalten Platten, die dasselbe negative Potential aufweisen, sind für den Stromrückfluß miteinander verbunden. So verbindet Leitung 85 die Platten

72, 84, Leitung 86 die Platten 73, 83, Leitung 87 die Platten 74, 82, Leitung 88 die Platten 75, 81, Leitung 89 die Platten 76,80 und Leitung 91 die Platten 77,79.

Die Leitungen 92 und 93 führen von der heißen Platte 71 bzw. der kalten Platte 78 zur Last 26.

Eine Serie von Anoden 94 bis 107 ist konzentrisch zu den heißen und kalten Platten angeordnet. Jede Anode gehört einer kalten oder heißen Platte zu und weist dieselben Abmessungen auf wie die zugehörige heiße oder kalte Platte. Den Anoden ist ein elektrostatisches Potential von einer Serie von Batterien 108 aufgedrückt, die durch Leitungen 109 mit den Anoden verbunden sind. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Batterien so mit den Anoden verbunden, daß sie Paaren von Anoden fortschreitend größere Potentiale aufdrücken. Dasselbe Potential wird den Anoden 94, 107 erteilt, ein größeres Potential den Anoden 95, 106, ein noch größeres Potential den Anoden 96, 105 usw., wie in Fig. 3 gezeigt. Das größte Potential erhalten die Anoden lOO, 101.

Die Kombination von Anoden, heißen und kalten

ίο Platten ist in einem dichten und unter hohem Vakuum stehenden zylindrischen Gehäuse 110 angeordnet. Eine nicht dargestellte Spule umgibt das zylindrische Gehäuse 110. Durch diese Spule fließt Gleichstrom, der ein axiales magnetisches Feld erzeugt, dessen Kraftlinien senkrecht zur Richtung des durch das Anodenpotential erzeugten elektrostatischen Feldes fließen.

Dank der Anordnung der heißen und kalten Platten und der Anoden gemäß Fig. 3 ist die Störung des durch Endeffekte verursachten elektrischen Feldes vollständig beseitigt. Von der letzten kalten Platte 84 reflektierte Elektronen fließen nicht zu der Anode und verursachen nicht Endanodenstromverluste, sondern zirkulieren im Ringzischenraum 111 und werden dort gegebenenfalls absorbiert. Die abgeänderte Ausführungsform nach Fig. 4 ergibt gleichfalls eine Minderung der Anodenendverlustströme und damit Erhöhung der Energieabgabe und des thermischen Wirkungsgrades.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen werden sämtliche heißen Platten durch eine zur Verfügung stehende Wärmequelle auf dieselbe erhöhte Temperatur erhitzt und sämtliche kalten Platten auf einer wesentlich geringeren Temperatur gehalten. Die Temperatur aller kalten Platten ist also im wesentliehen gleich. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, schließt vielmehr auch Betriebsarten ein, bei welchen einige oder alle elektronenemittierenden Flächen einer Serie im Abstand voneinander angeordneter Flächen derart erhitzt werden, daß die Flächen eine allmählich abnehmende Temperatur aufweisen. Eine Ausführungsform dieser Art ist in Fig. 4 gezeigt. Dort ist eine Serie von sechs Platten 120 bis 125 gezeigt. Die Zahl der Platten kann beliebig geändert werden. Die Platten können gegebenenfalls allmählich unterschiedliche Breite aufweisen. Ihre Seitenkanten liegen parallel zueinander, wie in Fig. 4 gezeigt. Sie sind durch Zwischenräume 126 voneinander getrennt, die vorteilhaft so schmal wie möglich gemacht werden. Die Breite der Zwischenräume entspricht vorteilhaft der Breite des Zwischenraumes 15 in Fig. 1.

Den Platten 120 bis 125 sind Anoden 127 zugeordnet, welche dieselben Abmessungen aufweisen wie die zugehörigen Platten. Der Abstand der Anoden von den Platten entspricht dem Abstand, wie er zu den oben beschriebenen Beispielen angegeben worden ist. Jeder Anode ist mittels der Batterie 128 ein positives Potential aufgedrückt. Die mit jeder Platte verbundene Batterie ist derart regelbar, daß sie den verschiedenen Platten verschiedene Potentiale aufdrückt. Die Größenordnung ist nachfolgend angegeben. Zu dem Batteriestromkreis gehört eine Leitung 129, die mit der ersten heißen Platte 120 und der letzten Platte 125 der Serie verbunden ist.

Der durch die Ausführungsform nach Fig. 4 erzeugte Strom wird durch die Leitungen 131 und 132 abgenommen, die von der Platte 124 bzw. 120 zur Last 26 führen. Wie bei den anderen Ausführungsformen ist ein durch das Bezugszeichen M angedeutetes magnetisches Feld vorgesehen, dessen Kraftlinien senkrecht zu dem durch die Anoden 127 erzeugten

ίο

elektrostatischen Feld verlaufen. Die Serien von Platten und zugehörigen Anoden sind in ein dichtes, unter hohem Vakuum stehendes Gehäuse eingeschlossen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ändert sich die Temperatur von der ersten Platte 120, welche die höchste Temperatur aufweist, zur letzten Platte 125, welche die niedrigste Temperatur aufweist. Es sind also nicht bestimmte heiße oder kalte Platten vorhanden, die Temperatur ändert sich vielmehr von der ersten Platte

ihnen hergestellten kalten Platten auf einer Temperatur im Bereich von 20 bis 300° C.

Beim Gebrauch von elektronenabgebendem Material, das Thorium enthält, wird die Temperatur der heißen Flächen im Bereich von 1000 bis 1600° C und die Temperatur der kalten Flächen im Bereich von 20 bis 700° C gehalten.

Beim Gebrauch von Material aus einer Mischung von Barium, Strontium und Wolfram werden die

120 über folgende Platten bis zur letzten Platte 125. Die io heißen Flächen im Bereich von 800 bis 1400° C und Wärmezuführung zur ersten Platte (vorteilhaft wird die kalten Flächen im Bereich von 20 bis 400° C genur dieser ersten Platte 120 Wärme zugeführt) und halten.

die Abmessungen und Anordnung der Platten sind Auf jeden Fall sollte die Temperatur, welcher die

derart geregelt, daß eine geeignete Temperaturdiffe- heißen Flächen ausgesetzt werden, derart sein, daß die renz zwischen der ersten und der letzten Platte be- is Zersetzung der elektronenabgebenden Flächen bei steht und die Temperatur der Platte 125 so niedrig dieser Temperatur die Lebensdauer nicht wesentlich ist, daß keine beträchtliche Elektronenabgabe von dieser Platte stattfindet, sondern daß Platte 125 die von
den vorhergehenden Platten emittierten Elektronen
absorbiert.

Die in Fig. 4 schematisch gezeigte Ausführungsform nutzt die der Vorrichtung zugeführte Temperatur auf einer Reihe von Temperaturstufen aus. Die Wärmeverluste werden dadurch vermindert. Die thermodyna-

mische Analyse zeigt, daß gewisse nicht umkehrbare 25 Gase ausgenutzt werden, indem diese Gase zum Erscheinungen auftreten, wenn von einer Platte hoher Wärmeaustausch mit Luft, Sauerstoff oder Brennstoff Temperatur abgegebene Elektronen durch eine Platte gebracht werden, die zur Erzeugung der Verbrennungsniedrigerer Temperatur absorbiert werden. Die all- gase dienen.

mähliche Änderung der Temperatur gemäß Fig. 4 er- Zur Erwärmung der heißen Platten kann jede gegibt eine gewisse Minderung dieser nicht umkehrbaren 30 eignete Wärmequelle benutzt werden. So kann z. B. Erscheinungen mit der Folge einer Erhöhung des ther- öl, Kohle oder Naturgas zur Wärmeerzeugung verbrannt werden, oder aber es können Kernwärmequellen, wie z. B. die in Reaktoren erzeugte Wärme oder Sonnenwärmequellen, benutzt werden. Wenn 35 Wechselstrom zur Wärmeerzeugung benutzt wird, transformiert die der Erfindung entsprechende Vorrichtung den Wechselstrom in Gleichstrom mit Nullwelle und beliebiger Spannung. Wenn Gleichstrom gewisser Spannung als Wärmequelle benutzt wird, kann 40 Gleichstrom mit Nullwelle und beliebiger Spannung in praktischen Grenzen erzeugt werden.

Die heißen elektronenemittierenden Flächen können durch jede beliebige Wärmeübertragungsart erhitzt werden, z. B. durch Strahlung, Leitung, Konvektion oder Kondensation oder durch Kombination von zwei oder mehreren dieser Wärmeübertragungsarten.

mindert.

Zur Aufrechterhaltung des gewünschten Temperaturunterschiedes kann ein Kühlmedium benutzt werden zum Kühlen der kalten Flächen. Für maximale Wirkung kann die nicht verbrauchte Wärme weiter ausgenutzt werden. So kann z. B., wenn Verbrennungsgase zum Beheizen der Heizplatten benutzt werden, der Wärmeinhalt der aus den Heizplatten kommenden

mischen Wirkungsgrades.

Die Anoden aller beschriebenen Ausführungsformen können aus irgendeinem nichtmagnetischen geeigneten Metall bestehen, z. B. Stahl, Kupfer, Silber u. dgl.

Irgendwelches elektronenemittierende Material kann bei Ausübung der Erfindung benutzt werden. Verwendbar sind z.B.;

1. Bariumoxyd, Strontiumoxyd, Calciumoxyd und Mischungen dieser Oxyde,

2. mit Thorium versetztes Wolfram,

3. Thorerde, d.h. keramische ThO₂,

4. eine Mischung von Barium, Strontium und Wolfram,

5. Molybdänbehälter oder -hülsen,, gefüllt mit Körnern einer geschmolzenen Mischung von Bariumoxyd und Aluminiumoxyd,

6. Lanthanoxyd (La₂O₃)-,

Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hängt das den Anoden aufgedrückte Potential

_ „ . ·»„«■,,..,, , , „ ,. ^von der Stärke des magnetischen Feldes, der Breite

7. perforierte Molybdanbuchsen oder -gehäuse, die _{50 der piatfe wdcher die Anode zugehört und}: ._{dem Ab}_

gesintertes Thoriumoxyd enthalten, und _{stand zwischen} Anode und Platte ab. Mit Vorteil er-

reines Wolfram.

Die heißen Platten können im wesentlichen vollständig aus dem oben angegebenen elektronenabgebenden Material hergestellt sein, oder diese Materialien können auf einen geeigneten Träger in geeigneter Weise aufgebracht sein, um so die elektronenabgebenden Flächen zu bilden.

Die heißen, elektronenabgebenden Flächen und die kalten Flächen können aus- demselben oder verschiedenem Material bestehen.

Die aus Oxyden, wie z. B.. Bariumoxyd, Strontiumoxyd oder Calciumoxyd, hergestellten Platten oder elektronenabgebenden Flächen werden im Betrieb auf

gibt sich das Potential aus folgender Gleichung: 1

P =

2y-

11 -44& 2 π
Darin ist

P = Anodenpotential in Volt,
M = Stärke des Magnetfeldes in Gauß, w = Breite der zugehörigen Platte in cm,. y — Entfernung" zwischen Anode und Platte in cm.

Für jede gegebene Breite der ersten heißen Platte einer aus η Platten (n ist eine ganze Zahl) bestehenden einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1000^jO C ge- 65 Serie ergibt sich die Breite der folgenden Platte der halten und die solche Oxyde enthaltenden oder aus Serie vorzugsweise aus folgender Gleichung r

w-,

00-9 507/102

Die Stäbe 152 berühren die Köpfe 154 an entgegengesetzten Enden des Gehäuses 141, durch welche geeignetes Kühlmittel zirkuliert. Im Abstand von den heißen und kalten Flächen 144,151 sind Anoden 155 angeordnet, welche den Anoden 43 bis 48 (Fig. 2) entsprechen. Diese Anoden sind mit nicht gezeichneten Batterien verbunden, die, wie oben beschrieben, ihnen das gewünschte Potential zuführen. Zu diesem Zweck sind elektrische Kontakte 156 in der Seitenwandung des Gehäuses vorgesehen. Die Kontakte sind mit den Anoden leitend verbunden. Sie erlauben die Verbindung der außen angeordneten Batterien mit den Anoden.

Bestimmte der kalten Flächen 151 sind durch Leitungen mit heißen Flächen 144 verbunden, entsprechend den in Fig. 2 gezeigten Verbindungen. Die erste heiße Fläche 144 der Serien und die erste kalte Fläche derselben sind mit Leitungen versehen, die mit der Energieabnahmestelle durch elektrische Kontakte 157, 158 in der Seitenwand des Gehäuses verbunden werden.

Das Gehäuse 141 ist von einer elektrischen Spule 149 umgeben, durch welche Gleichstrom fließt zur Erzeugung eines senkrecht zu dem bestehenden elektro-

Darin ist

W_n — Breite der η-ten Platte in cm,
W₁ = Breite der Platte 1 in cm,
w_% = Breite der Platte 2 in cm,
w_z = Breite der Platte 3 in cm,

V₁ = Potentialdifferenz zwischen Platten 1 und 2

in Volt,
k = Boltzmann-Konstante in Elektronenvolt pro

Grad absolut,
T₁ = Temperatur der heißen Platten in Grad

absolut,

e = Grundzahl 2,71828 ...

Im allgemeinen kann innerhalb Grenzen gesagt werden, daß, je größer die Zahl der heißen Platten ist, um so wirksamer ist das System und um so größer die erzeugte Spannung. Da eine Tendenz der Elektronen besteht, sich in aufeinanderfolgenden Platten zu sammeln und aufzubauen, und diese Sammlung mit dem Wachsen der Plattenzahl, die in einer Serie benutzt wird, wächst, ergibt sich als praktische Grenze eine Plattenzahl von 50.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, 25 statischen Feld verlaufenden magnetischen Feldes,
bei welcher Gruppen von Serien heißer und kalter Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform der

Platten in einem rechteckigen Gehäuse 141 angeordnet Erfindung, bei welcher wie in Fig. 3 die heißen und sind. Das Gehäuse ist dicht und evakuiert. Im Fall kalten Flächen und die zugehörigen Anoden in einem einer Groß installation kann das Gehäuse mit einer Bogen oder Kreis angeordnet sind und Gruppen derwirksamen Vakuumpumpe verbunden sein, um das 30 artiger Serien heißer und kalter Platten und zugeord-Vakuum dauernd aufrechtzuerhalten. Die Gruppen der neter Anoden konzentrisch in einem zylindrischen Serien heißer und kalter Platten und zugehöriger Gehäuse 161 liegen. Dieses Gehäuse ist dicht und Anöden können unter sich gleich sein. Infolgedessen evakuiert. An der unteren Hälfte dieses Gehäuses 161 wird nachfolgend nur eine Gruppe beschrieben. Selbst- sind an gegenüberliegenden Seiten Köpfe 162 angeordverständlich kann eine beliebige Anzahl von Gruppen 35 net, die je mit einem Einlaß 163 und einem Auslaß 164 benutzt werden. Die Zahl hängt von der gewünschten für ein Heizmedium versehen sind. Die Seiten der Energieabgabe ab. oberen Hälfte des Gehäuses 161 sind mit je einem

Jede Gruppe ist zwischen zwei Lagen einer Wärme- Kopf 165 versehen, an dem ein Einlaß 166 und ein isolierung 142, 143 eingeschlossen, die benachbarte Auslaß 167 zur Durchleitung eines Kühlmittels vorGruppen wirksam voneinander isoliert. Zwischen zwei 40 gesehen sind.

solcher Isolierschichten ist eine Serie heißer elek- Statt der in Fig. 6 vorgesehenen drei konzentrischen

tronenemittierender Flächen angeordnet, die in der in Serien von heißen und kalten Platten und zugeord-Fig. 5 gezeigten Ausführungsform die Form von neten Anoden kann jede beliebige Serienzahl zur AnBlöcken 144 aufweisen. Drei, solcher Blöcke sind ge- Wendung kommen. Die drei Serien sind mit A₁B und C zeigt entsprechend den heißen Platten 31, 32 und 33 in 45 bezeichnet. Die Serien A₁ B und C sind, abgesehen von Fig. 2. Stäbe 145, welche diese Blöcke durchdringen, der Größe ihrer Teile, im wesentlichen einander gleich, sind gute Wärmeleiter, aber-unmagnetisch, wie z.B.
Aluminium oder Kupfer. Eine Buchse 146 aus elektrisch isolierendem Material,^. B. aus Keramik, Quarz
u.dgl., isoliert diese Stäbe elektrisch von den um- 50
gebenden Blöcken aus elektronenabgebendem Material,
gestattet aber den Durchgang von Wärme zu den
Blöcken. Die Enden der Stäbe 145 berühren einen
Kopf 147, der mit einer Heizflüssigkeitszuleitung 148

und einer Ableitung 149 versehen ist. Je ein solcher 55 ein positives Potential, wie oben beschrieben, aufKopf 147 ist an den beiden gegenüberliegenden Enden geprägt wird. Der Zwischenraum zwischen den heißen des Gehäuses 141 angeordnet. Heiße Gase, wie z. B. Platten 171 und 176 und den Anoden ist mit 178 be-Verbrennungsgase, heißer Dampf, flüssiges Metall, zeichnet. Jede heiße Platte hat an ihren Enden geeigpulvrige Produkte u. dgl., können durch den Kopf 147 nete Wärmeleiter 179, welche gegen die heißen Platten hindurchgeführt werden, um Wärme an die Stäbe 145 60 mittels einer Keramik- oder Quarzbuchse elektrisch abzugeben, welche ihrerseits durch Leitung und isoliert sind. Die Leiter 179 berühren die heißen Köpfe Strahlung die Wärme an die elektronenabgebenden 162 zwecks Wärmeübertragung auf die heißen Platten. Flächen 144 abgeben. Kalte Platten 181 bis 186 sind in demselben Bogen

Neben der Serie heißer Flächen 144 ist eine Serie wie die heißen Platten angeordnet und mit Wärmekalter Flächen 151 angeordnet, die den kalten Platten 65 leitern 187 versehen, die die kalten Köpfe 165 zum 36,37 und 38 in Fig. 2 entsprechen. Jede der kalten ' Zwecke der Kühlung der kalten Platten berühren. Die Flächen 151 ist mit einem wärmeleitenden Stab 152 AVärmeleiter 187 sind durch elektrisch isolierende versehen, der gegen die Fläche elektrisch isoliert ist Buchsen gegen die kalten Platten isoliert, erlauben und in diese Fläche unter Zwischenschaltung eines. . aber die Kühlung der Platten. Anoden 188 sind jeder Keramik- oder Quärz-Isolätors 153 eingebettet ist. 70-kalten Platte zugeordnet'"und von ihnen durch einen

und ihre Teile sind bezüglich des Abstandes und der Verbindung den heißen und kalten Platten und zugehörigen Anoden der Fig. 3 entsprechend.

In Fig. 6 sind die heißen Platten der Serie A mit 171 bis 176 bezeichnet, 171 ist die schmälste und erste Platte der Serie, jede folgende Platte ist breiter und die. Platte 176 die breiteste. Im Abstand von jeder heißen Platte ist eine Anode 177 angeordnet, welcher

Zwischenraum 189 getrennt. Die Wärmeisolierung 191 schließt die Serien A vollkommen ein und verhütet, mindestens im wesentlichen, einen Wärmeverlust zum Gehäuse 161 und einen Wärmeaustausch zwischen den Serien A und B. Da die Serien B und C in Anordnung und Bauart der Serie A entsprechen, werden sie im einzelnen nicht beschrieben.

Ein Elektromagnet 192 dient zur Erzeugung eines durch das Gehäuse 161 verlaufenden Magnetfeldes. Die Kraftlinien dieses Magnetfeldes sind im wesentliehen axial, also senkrecht zu dem bestehenden elektrostatischen Feld gerichtet.

Zur Klarhaltung der Darstellung sind die elektrischen Verbindungen und Kontakte in den Fig. 6 und 7 nicht gezeichnet. Das Gehäuse ist mit Kontakten versehen, die durch elektrische Leitungen mit den Platten 171 und 191 verbunden sind. Über diese Kontakte wird der erzeugte Gleichstrom abgeleitet. Das Gehäuse 161 ist gleichfalls mit nicht gezeichneten Kontakten versehen, die durch Leitungen mit den Anoden verbunden sind und durch welche das gewünschte positive Potential den Anoden zugeführt werden kann. Elektrische Leitungen verbinden auch heiße und kalte Platten desselben Potentials für den Rückfluß des Stromes von den kalten zu den heißen _a5 Platten, wie oben beschrieben.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform haben die Flächen die Form von Ringen oder Zylindern an Stelle der flachen Platten nach Fig. 2 oder der gebogenen Platten nach Fig. 3. Die Ringe 193,194 und 195 allmählich größer werdender Breite sind an ihrer äußeren Peripherie mit elektronenabgebendem Material versehen und bilden die heißen elektronenabgebenden Flächen. Jeder Ring ist von dem benachbarten durch einen schmalen Zwischenraum 196 getrennt. Die Ringe 197, 198 und 199 von allmählich abnehmender Breite sind je von dem benachbarten Ring durch einen Zwischenraum 201 getrennt und bilden die kalten Flächen. Die Anoden 202 bis 207, die je einer heißen oder kälten Fläche zugeordnet sind und konzentrisch zu ihnen liegen, sind durch Leitungen 208 mit einer Reihe von Batterien 209 verbunden. Diese Batterien 209 sind mittels Leitungen 208 mit den Anoden verbunden, wie es Fig. 8 zeigt, so daß das gleiche und maximale positive Potential den Anoden 204 und 205 erteilt wird, das kleinste Potential den Anoden 202 und 207 und ein mittleres Potential den Anoden 203 und 206.

Die Ringe 195 und 198 sind durch Leitungen 211 für den Rückfluß von Elektronen von 198 zu 195 verbunden. Ringe 194 und 199 sind durch Leitungen 212 für den Rückfluß von Elektronen von 199 zu 194 verbunden. Leitungen zur Energieentnahme 213 und 214 führen von Ring 197 bzw. 193 zur Last 26. Der Batteriesatz 209 ist durch Leitung 215 mit Leitung 214 verbunden.

Ein dichtes zylindrisches Gehäuse 216 schließt die ringförmigen heißen und kalten Flächen ein. Das Gehäuse ist evakuiert. Auf seiner Außenseite ist ein Magnet angeordnet zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Gehäuse. Die Kraftlinien sind kreisförmig und konzentrisch zu dem zylindrischen Gehäuse und senkrecht zu dem elektrostatischen Feld, das durch die Anoden 202 bis 207 erzeugt wird.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 8 ist im wesentlichen die gleiche wie die nach Fig. 2, mit dem Unterschied, daß die Elektronen von einem Ring zum anderen durch die ganze Peripherie derselben unter dem Einfluß der sich kreuzenden elektrostatischen und magnetischen Felder fließen. Der so erzeugte Gleichstrom wird durch die Leitungen 213, 214 entnommen.

Bei allen Ausführungsformen könnte statt der Batterien ein kleiner Teil des gewonnenen Gleichstroms zur Schaffung des elektrostatischen Feldes benutzt werden. Die Batterien sind lediglich schematisch dargestellt. Es' sei darauf hingewiesen, daß jede Batterie regelbar ist, so daß der jeweils an sie angeschlossenen Anode das gewünschte und kontrollierte Potential zugeführt werden kann.

Die Last kann jede beliebige gleichstrombetriebene Apparatur sein, wie z. B. ein Motor, ein Widerstand u. dgl.

Die vorliegende Erfindung erlaubt die Benutzung einer großen Zahl von elektronenabgebenden Flächen in einem verhältnismäßig kleinen Volumen. Große Energiemengen können pro Volumeinheit erzeugt werden. Wie Versuche ergeben haben, können etwa 175 kW/cbm erzielt werden und dies mit hohem thermischem Wirkungsgrad.

Die Stromerzeugung gemäß vorliegender Erfindung kann in einfach aufgebauten Vorrichtungen erfolgen, die keinerlei komplizierte Teile aufweisen. Die Teile benötigen keine präzise Bearbeitung und sind ortsfest. Bewegte Teile sind nicht erforderlich. Die Lebensdauer der Vorrichtungen ist groß, die Wirksamkeit erheblich, Aufbau und Erhaltung und Betrieb sind billig.

Die Erfindung kann benutzt werden, um Wärme mit beträchtlich hoher Temperatur einschließlich der von Kernreaktoren gelieferten in elektrische Energie umzuwandeln. Mit ihr kann also eine Kernkraftanlage geschaffen werden. Wenn Wechselstrom als Wärmequelle benutzt wird, dient die der Erfindung entsprechende Vorrichtung als Umformer zum Transformieren von Wechselstrom in Gleichstrom mit Nullwelle. Gleichstrom einer gegebenen Spannung kann in Gleichstrom mit höherer oder niedriger Spannung umgewandelt werden.

Die oben beschriebenen und dargestellten Ausführungen sollen lediglich als Beispiele dienen, nicht aber den Erfindungsbereich begrenzen. So können z. B., obwohl lediglich feste Elektronenemissionsflächen gezeigt sind, eine oder mehrere Flächen benutzt werden, die bei .der Arbeitstemperatur flüssig sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung thermischer Energie in elektrische Energie, bei welchem eine von wenigstens zwei in geringem Abstand voneinander im Vakuum angeordneten Flächen erhitzt wird zur Erzeugung eines Temperaturunterschiedes zwischen den Flächen und eines Elektronenflusses von der erhitzten Fläche zu der Fläche geringerer Temperatur und Strom von den Flächen entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der Wirkung gekreuzter elektrostatischer und magnetischer Felder ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Felder im wesentlichen senkrecht zueinander liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld im wesentlichen parallel zu den genannten Flächen liegt und das elektrostatische Feld senkrecht zum magnetischen Feld.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen ein

Material enthalten aus der Gruppe Bariumoxyd, Strontiumoxyd, Calciutnoxyd, Thoriumoxyd, Aluminiumoxyd, Lanthanoxyd und Wolfram.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen ein Metalloxyd enthalten und die erhitzte Fläche in einem Temperaturbereich von 600 bis 1000° C und die kältere Fläche in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 300° C gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen Thorium enthalten und die erhitzte Fläche in einem Temperaturbereich von 1000 bis 1600° C, die kältere Fläche in einem Temperaturbereich von 20 bis 700° C gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen eine Mischung von Barium, Strontium und Wolfram enthalten und die erhitzte Fläche in einem Temperaturbereich von 800 bis 1400° C und die kältere Fläche in einem Temperaturbereich von 20 bis 400° C gehalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Serien im geringen Abstand voneinander angeordneter Flächen, ag einem Temperaturunterschied zwischen den Flächen einer Serie und den Flächen der anderen Serie ausgesetzt werden und aus den ersten Flächen beider Serien Strom entnommen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serie in geringem Abstand voneinander angeordneter Flächen

"Temperaturen ausgesetzt wird, die von der ersten zur letzten Fläche der Serie allmählich abnehmen,

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein geschlossenes, evakuiertes Gehäuse aus nicht magnetischem Material, in dem zwei Flächen (11,12) angeordnet sind, die in geringem Abstand in einer Ebene nebeneinanderliegen, durch eine in geringem Abstand über diesen Flächen und parallel zu diesen liegende Anode (16), durch Mittel zur Erzeugung eines Temperaturunterschiedes zwischen den Flächen, durch Mittel, die Flächen der Wirkung eines senkrecht zu ihnen verlaufenden elektrostatischen Feldes auszusetzen, durch Mittel zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen senkrecht zu dem elektrostatischen Feld verlaufenden magnetischen Feldes sowie durch Mittel zur Abnahme von Strom aus den Flächen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Serie beheizter Flächen mit allmählich abnehmender Breite (31, 32, 33), durch eine Serie gekühlter Flächen mit allmählich abnehmender Breite (36, 37, 38), die in geringem Abstand in einer Ebene nebeneinanderliegen, sowie durch eine Serie Anoden (43 bis 48), die jeweils jeder Fläche in gleicher Größe zugeordnet sind und in geringem Abstand über der zugeordneten Fläche und parallel zu dieser liegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine kreisförmige Anordnung der Serien nebeneinanderliegender Flächen (171 bis 176 und 181 bis 186) und Anoden (188), gegebenenfalls auch in mehreren konzentrischen Kreisen, in einem zylindrischen Gehäuse,

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine ringförmige Ausbildung der nebeneinanderliegenden Flächen (193 bis 199) und Anoden (202 bis 207) in einem zylindrischen Gehäuse.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch außen an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnete Köpfe (147,154) zum Durchleiten eines Heiz- bzw. Kühlmittels, mit denen wärmeleitende Stäbe (145,152) in Berührung stehen, die in den zu heizenden bzw, zu kühlenden Flächen stecken und gegen diese elektrisch isoliert sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen