DE1194019B

DE1194019B - Arrangement for the direct conversion of thermal energy into electrical energy

Info

Publication number: DE1194019B
Application number: DEJ19605A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Richard Hoh
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1960-03-23
Filing date: 1961-03-16
Publication date: 1965-06-03

Description

Anordnung zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie, bei der ein Gas an zwei durch einen äußeren, eine Last enthaltenden Stromkreis miteinander verbundenen Elektroden vorbeiströmt, von denen die eine erhitzt wird und Ladungsträger vorwiegend eines Vorzeichens aussendet.Arrangement for the direct conversion of thermal energy into electrical energy Energy The invention relates to an arrangement for the direct conversion of Thermal energy in electrical energy, in which a gas is fed to two by an external, a circuit containing a load flows past electrodes connected to each other, one of which is heated and emits charge carriers with a sign.

Bei den bekannten Anordnungen dieser Art müssen die in einem Vakuum oder in einem die Raumladung neutralisierenden gasförmigen Dampf befindlichen Elektroden dicht beieinander angeordnet sein.In the known arrangements of this type must be in a vacuum or electrodes located in a gaseous vapor that neutralizes the space charge be arranged close together.

In Gegensatz hierzu können bei der vorliegenden Anordnung die Elektroden relativ weit voneinander entfernt sein, wodurch sich höhere Spannungen, ein einfacher Aufbau, Erschütterungsfestigkeit und Anpassungsfähigkeit für den Betrieb in Verbindung mit anderen Kraftquellen ergeben.In contrast, in the present arrangement, the electrodes relatively far apart, resulting in higher voltages, an easier one Construction, vibration resistance and adaptability for operation in conjunction with other sources of strength.

Bei anderen bekannten Anordnungen wird ein bewegliches, erhitztes Gas benutzt, welches ein ionisierendes Gas befördert, um die Bewegungsenergie des Gases in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Anordnungen benötigen Einrichtungen, welche positiv und negativ geladene Gasionen voneinander trennen und verschiedenen Elektroden zuführen. Dann fließt ein Strom durch eine Last, die zwischen die Elektroden geschaltet ist. Die Anordnung gemäß vorliegender Erfindung unterscheidet sich von der bekannten Anordnung in der Weise, daß die geladenen Teilchen, welche durch das Gas befördert werden, von einer der Elektroden des Systems thermisch emittiert werden. Die thermische Emission macht die eingangs erwähnten Trenneinrichtungen überflüssig und ermöglicht eine einfachere kräftigere Konstruktion der Anordnung und einen höheren Wirkungsgrad.In other known arrangements, a movable, heated Gas used, which transports an ionizing gas to the kinetic energy of the To convert gas into electrical energy. These arrangements require facilities which separate positively and negatively charged gas ions from each other and different Apply electrodes. Then a current flows through a load that is between the electrodes is switched. The arrangement of the present invention is different from the known arrangement in such a way that the charged particles, which by the Gas conveyed are thermally emitted from one of the electrodes of the system. The thermal emission makes the separation devices mentioned at the beginning superfluous and enables a simpler, stronger construction of the assembly and a higher one Efficiency.

Dieser Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie zu schaffen, die einfach und erschütterungsfest ist, keine Ionentrenneinrichtung benötigt, in der die Verdampfung der thermisch emittierenden Elektrode die Arbeitsweise nicht beeinträchtigt und in der diese Elektrode nicht verbraucht wird.This invention is based on the object of a device for Conversion of thermal energy into electrical energy to create that simple and is vibration-proof, no ion separation device is required in which the evaporation the thermally emitting electrode does not affect the operation and in which this electrode is not used up.

Die Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden in dem Gasstrom derart hintereinander angeordnet sind, daß das Gas die thermisch ausgesandten Ladungsträger von der erhitzten zu der zweiten Elektrode transportiert.The arrangement according to the invention is characterized in that the two electrodes are arranged one behind the other in the gas stream that the Gas the thermally emitted charge carriers from the heated to the second electrode transported.

In einer Anordnung gemäß der Erfindung bewegt sich ein Gas, welches Hitze und Bewegungsenergie von einer Wärmequelle aufgenommen hat, an einer thermisch emittierenden Oberfläche vorbei, wobei diese erhitzt wird und Teilchen mit vorwiegend gleicher Ladung aussendet. Dasselbe Gas befördert die geladenen Teilchen zu einer Auffangeinrichtung, z. B. eine Auffangelektrode. Diese zweite Elektrode, welche im Strom des bewegten Gases angeordnet ist, wird benötigt, um die bewegten Teilchen aufzunehmen. Der Stromkreis wird durch eine mit den beiden Elektroden verbundene äußere Last geschlossen. Dadurch wird ein dauernd fließender elektrischer Strom aufrechterhalten.In an arrangement according to the invention, a gas moves which Has absorbed heat and kinetic energy from a heat source, to a thermal one emitting surface, which is heated, and particles with predominantly sends out the same charge. The same gas transports the charged particles to one Collecting device, e.g. B. a collecting electrode. This second electrode, which is arranged in the flow of moving gas, is required to move the moving particles to record. The circuit is connected to the two electrodes by one external load closed. This creates a continuously flowing electric current maintain.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung können das Gas und die thermisch emittierende Elektrode gemeinsam durch eine Wärmequelle erhitzt werden. Die daraus folgende Bewegung des Gases und die thermische Emission geladener Teilchen bewirken einen Ladungsfluß in Richtung zur Auffangelektrode.In the arrangement according to the invention, the gas and the thermal emitting electrode are heated together by a heat source. The one from it cause subsequent movement of the gas and the thermal emission of charged particles a flow of charge in the direction of the collecting electrode.

Außerdem können zwei thermisch emittierende Materialien vorgesehen werden, die entgegengesetzt geladene Teilchen aussenden. Der entstehende Potentialunterschied zwischen den beiden Elektroden wird dazu benutzt, den Stromfluß durch eine Last hervorzurufen. Eine solche Ausführungsform der Anordnung ist besonders als zusätzliche elektrische Energiequelle geeignet, die sich im Kopf eines mit hoher Geschwindigkeit durch die Erdatmosphäre fliegenden Projektils anbringen läßt.In addition, two thermally emitting materials can be provided that emit oppositely charged particles. The resulting potential difference between the two electrodes is used to control the flow of current through a load to evoke. Such an embodiment of the arrangement is special Suitable as an additional source of electrical energy, which is in the head of a high Can attach speed through the earth's atmosphere flying projectile.

Die thermisch emittierende Elektrode kann auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der sie verdampft und gleichzeitig elektrische Teilchen überwiegend eines Vorzeichens aussendet. Der Dampf trägt die Raumladung zu einer Auffangelektrode und erzeugt dabei eine Potentialdifferenz zwischen diesen beiden Elektroden. Der Dampf durchläuft dann einen Wärmeaustauscher, kondensiert, und das Kondensat fließt in einen Kanal, der mit einem Behälter verbunden ist. Dieser wird durch eine Wärmequelle erhitzt, wodurch das Material der flüssigen emittierenden Elektrode wieder verdampft. Auf diese Weise entsteht ein geschlossenes System, in dem die erhitzte Elektrode durch die Rückführung in dendampfförmigen Zustand fortlaufend erneuert wird.The thermally emitting electrode can be heated to a temperature in which it evaporates and at the same time electrical particles predominate sends out a sign. The vapor carries the space charge to a collecting electrode and thereby creates a potential difference between these two electrodes. Of the Steam then passes through a heat exchanger, condenses, and the condensate flows into a channel that is connected to a container. This is done by a heat source heated, whereby the material of the liquid emitting electrode evaporates again. This creates a closed system in which the heated electrode is continuously renewed by returning it to the steam-like state.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Anordnung gemäß der Erfindung sind an Hand einiger Ausführungsbeispiele nachfolgend in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Es zeigt F i g. 1 die Ansicht der Anordnung in einer Darstellung, die geeignet ist, die Arbeitsweise der Erfindung zu erklären, F i g. 2 die schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Anordnung gemäß der Erfindung, F i g. 3 das Schnittbild entlang der Linie 3-3 der Anordnung nach F i g. 2, F i g. 4 die Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, welches in den Kopf eines Geschosses oder eines Raumfahrzeuges eingesetzt werden kann, F i g. 5 die Seitenansicht als Schnitt durch das Innere einer Düse, welche eine Anordnung enthält, die entsprechend der Erfindung arbeitet, F i g. 6 eine Seitenansicht einer anderen Konstruktion ähnlich der nach F i g. 5, F i g. 7 den Schnitt durch eine weitere mögliche Ausbildung der Anordnung gemäß der Erfindung, F i g. 8 das Schnittbild einer bevorzugten Ausführung der Anordnung nach der Erfindung.The structure and mode of operation of the arrangement according to the invention are based on some exemplary embodiments below in connection with the figures described. It shows F i g. 1 is a view of the arrangement in a representation that is suitable to explain the operation of the invention, FIG. 2 the schematic View of an embodiment of the arrangement according to the invention, F i g. 3 that Sectional view along the line 3-3 of the arrangement according to FIG. 2, fig. 4 the view of another embodiment according to the invention, which in the head of a Projectile or a spacecraft can be used, F i g. 5 the side view as a section through the interior of a nozzle which contains an arrangement corresponding to of the invention works, F i g. Figure 6 is a side view similar to another construction according to FIG. 5, Fig. 7 the section through a further possible embodiment of the Arrangement according to the invention, FIG. 8 is a sectional view of a preferred embodiment the arrangement according to the invention.

In der F i g. 1 ist 1 eine Quelle von erhitztem Gas mit vorzugsweise hoher Energie. Das kann z. B. eine Verbrennungskammer, die Sonnenenergie, ein Atomofen usw. sein. Jedoch kann in manchen Anwendungsfällen auch eine Wärmequelle geringerer Energie verwendet werden. Die Gasteilchen 2 werden durch die Quelle 1 in einen Raum 11 beschleunigt. Eine erste Elektrode 3, welche thermisch Ladungsträger emittiert, sendet in Abhängigkeit von der Wärmeenergie der Gasteilchen 2 geladene Teilchen in den Raum 11. Die geladenen Teilchen, die von der Elektrode 3 ausgehen, werden durch das Gasteilchen zu einer zweiten Elektrode 4 getragen, die deren Ladungen auffängt. Dabei wird elektrische Energie einem äußeren Stromkreis zugeführt, der die Leiter 5, 7 und eine Last 6 enthält. Die emittierende Elektrode soll vorzugsweise aus einem Material mit extrem hohem Schmelzpunkt, wie Thoriumoxyd, Thoriumkarbid, Lanthan, Borid, Graphit, Rhenium oder Tantal, bestehen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß jedes emittierende Material für positiv oder negativ geladene Teilchen geeignet ist. Die Auffangelektrode besteht aus einem hitzebeständigen Material, wie z. B. Tantal oder einer geeigneten Legierung.In FIG. 1, 1 is a source of heated gas, preferably of high energy. This can be B. be a combustion chamber, solar energy, an atomic furnace, etc. However, in some applications, a lower energy heat source can also be used. The gas particles 2 are accelerated by the source 1 into a space 11. A first electrode 3, which emits thermal charge carriers, sends charged particles into the space 11 depending on the thermal energy of the gas particles 2. The charged particles emanating from the electrode 3 are carried by the gas particles to a second electrode 4, which is their Catches charges. In this case, electrical energy is fed to an external circuit which contains the conductors 5, 7 and a load 6. The emitting electrode should preferably consist of a material with an extremely high melting point, such as thorium oxide, thorium carbide, lanthanum, boride, graphite, rhenium or tantalum. It should be noted, however, that any emissive material is suitable for positively or negatively charged particles. The collecting electrode is made of a heat-resistant material, such as. B. tantalum or a suitable alloy.

Die emittierende Elektrode muß mit Rücksicht auf das Verbrennungs- oder Trägergas ausgewählt werden. Oxydkathoden sind in oxydierenden Gasen geeigneter, während andere Emittertypen für reduzierende Gase geeigneter sind. Das Gas 2 ist ein Verbrennungsgas, vorzugsweise aus der Hydrokarbolserie, welches z. B. mit Sauerstoff verbrennt. Demnach kann in manchen Anwendungsfällen gewöhnliche Luft als Transportmittel verwendet werden. Normalerweise wird die Gasquelle in der Weise betrieben, daß die Verbrennungsgase chemisch reduziert oder neutralisiert werden, so daß keine Oxydation der emittierenden Elektrode erfolgt.The emitting electrode must take into account the combustion or carrier gas can be selected. Oxide cathodes are more suitable in oxidizing gases, while other types of emitters are more suitable for reducing gases. The gas 2 is a combustion gas, preferably from the hydrocarbole series, which z. B. with oxygen burns. Accordingly, ordinary air can be used as a means of transport in some applications be used. Normally the gas source is operated in such a way that the Combustion gases are chemically reduced or neutralized so that no oxidation the emitting electrode takes place.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel, wie es F i g. 2 in Verbindung mit F i g. 3 zeigt, ist der in der F i g. 1 mit 11 bezeichnete Bereich als honigwabenförmiger Körper mit thermisch emittierender flächenartigen Elektroden 21 ausgebildet, die untereinander elektrisch verbunden sind. Das erhitzte Gas gelangt durch die Waben, erhitzt die Innenräume und bewirkt so die thermische Emission geladener Teilchen. Diese erreichen die Auffangelektrode 4, die Poren oder eine gitterförmige Struktur besitzt, durch die das Gas frei hindurchgehen kann, während die geladenen Teilchen aufgefangen werden. Die Verbindung der Elektrode 4 über einen äußeren Stromkreis, der die Leiter 5, 7 und die Last 6 enthält, führt die Ladung auf die ursprüngliche emittierende Elektrode 21 zurück. Diese hat in ihrem Inneren Bereiche, die im wesentlichen frei von emisgionshemmenden elektrischen Feldern sind, obwohl Potentialdifferenzen zwischen den emittierenden Oberflächen und der Auffangelektrode 4 bestehen.In a practical embodiment, as shown in FIG. 2 in conjunction with FIG. 3 shows, that in FIG. 1 with 11 designated area is formed as a honeycomb-shaped body with thermally emitting sheet-like electrodes 21 which are electrically connected to one another. The heated gas passes through the honeycomb, heats the interior and thus causes the thermal emission of charged particles. These reach the collecting electrode 4, which has pores or a grid-like structure through which the gas can pass freely while the charged particles are collected. The connection of the electrode 4 via an external circuit containing the conductors 5, 7 and the load 6 returns the charge to the original emitting electrode 21. This has areas in its interior which are essentially free of emission-inhibiting electrical fields, although there are potential differences between the emitting surfaces and the collecting electrode 4.

Die F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch die emittierende Elektrode von F i g. 2 und läßt die honigwabenförmige Beschaffenheit des Hohlkörpers 10 mit der thermisch emittierenden Innenfläche 30 besser erkennen. Die Auffangelektrode kann anstatt der gitterförmigen Ausbildung nach F i g. 2 z. B. eine Vielzahl drahtförmiger Elemente oder Fahnen aufweisen, welche in den Gasstrom hineinragen.The F i g. 3 shows a cross section through the emitting electrode from F i g. 2 and leaves the honeycomb-like nature of the hollow body 10 with the thermally emitting inner surface 30 can be seen better. The collecting electrode can instead of the lattice-shaped training according to FIG. 2 z. B. a variety of wire-shaped Have elements or flags which protrude into the gas flow.

Die F i g. 4 zeigt eine Anordnung, die für die Unterbringung in dem Kopf eines Fahrzeuges, welches durch die Atmosphäre fliegt, geeignet ist. Sie hat zwei Körper 41 und 42 aus emittierendem Material, die durch eine Isolierschicht 45 getrennt sind. Der Körper 41 ist ein elektronenemittierendes Material, wie z. B. Thoriumoxyd, und der Körper 42 ist ein Material, welches positive Ionen aussendet. Dieses Material besteht vorzugsweise aus poriger Keramik, welche mit Eisenoxyd, das 1% Aluminiumoxyd und 1'% Natrium- oder Kaliumoxyd oder Nitrate enthält, imprägniert ist. Die ganze Anordnung bildet den Kopf eines Raumfahrzeuges oder eines anderen Projektils, das mit hoher Geschwindigkeit durch die Atmosphäre fliegt. Im Betrieb bildet der Ionenerzeuger 42 positiv geladene Teilchen, während Ionenerzeuger 41 negativ geladene Teilchen 44 aussendet. Beides erfolgt in Abhängigkeit von der Erhitzung des Kopfes durch den Reibungswiderstand in der Atmosphäre.The F i g. Figure 4 shows an arrangement suitable for placement in the head of a vehicle flying through the atmosphere. It has two bodies 41 and 42 made of emissive material, which are separated by an insulating layer 45. The body 41 is an electron-emitting material, such as. B. thorium oxide, and the body 42 is a material which emits positive ions. This material consists preferably of porous ceramic which is impregnated with iron oxide, which contains 1% aluminum oxide and 1% sodium or potassium oxide or nitrates. The whole arrangement forms the head of a spacecraft or other projectile that is flying through the atmosphere at high speed. In operation, the ion generator 42 forms positively charged particles, while ion generator 41 emits negatively charged particles 44. Both take place depending on the heating of the head due to the frictional resistance in the atmosphere.

Dei entgegengesetzt geladenen ausgesandten Teilchen werden durch den Luftstrom durch das Fahrzeug bewegt, bis sie aus diesem heraustreten. Deshalb stellt der Luftstrom hinter dem Fahrzeug ein neutrales Plasma dar. Die Neutralität des Plasmas wird automatisch aufrechterhalten, da ein Ladungsunterschied ein elektrisches Feld aufbaut, welches eine überschüssige Emission elektrischer Ladung verhindert. Somit entsteht keine Raumladung, und die Körper 41 und 42 senden kontinuierlich ihre entsprechend geladenen Teilchen aus. Es entsteht jedoch eine Ladungsdifferenz zwischen den beiden Körpern, und es fließt elektrischer Strom durch die an die beiden Körper angeschlossene Last.The oppositely charged emitted particles are moved by the air flow through the vehicle until they exit it. Therefore, the air flow behind the vehicle represents a neutral plasma. The neutrality of the plasma is automatically maintained, since a charge difference creates an electric field which prevents excessive emission of electric charge. There is thus no space charge, and the bodies 41 and 42 continuously emit their correspondingly charged particles. However, a charge difference arises between the two bodies and an electric current flows through the load connected to the two bodies.

In der F i g. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, welches eine Düse 51 enthält, die durch einen Atomreaktor 52 geheizt wird. Die Hitze des Atomreaktors wird auf die Innenwand der Düse, welche ein elektronenemittierendes Material 55, in diesem Fall Thoriumoxyd, enthält, und zum Innenraum 59 übertragen. Die Hitze erzeugt einen Luftstrom, der durch das Eingangsteil 53 der Düse zum Ausgangsraum 60, der eine Auffangelektrode 54 enthält, fließt. Die Elektrode 55 emittiert Elektronen, die entlang dem Gasstrom zur Auffangelektrode 54 betragen werden, wo sich eine negative Ladung in bezug auf die positiv geladene Innenfläche 55 ansammelt. Demnach entsteht eine Potentialdifferenz an den Anschlüssen 56 und 57, und es fließt ein Strom durch die daran angeschlossene Last. Die Potentialdifferenz an den Ausgangsanschlüssen wird durch eine Regelschaltung 58 stabilisiert.In FIG. 5, another embodiment is shown which includes a nozzle 51 heated by an atomic reactor 52. The heat of the nuclear reactor is transferred to the inner wall of the nozzle, which contains an electron-emitting material 55, in this case thorium oxide, and to the interior 59 . The heat creates a stream of air that flows through the entrance portion 53 of the nozzle to the exit space 60, which contains a collecting electrode 54 . The electrode 55 emits electrons which will be along the gas flow to the collecting electrode 54 where a negative charge with respect to the positively charged inner surface 55 accumulates. Accordingly, a potential difference arises at the connections 56 and 57, and a current flows through the load connected to it. The potential difference at the output connections is stabilized by a control circuit 58.

Die F i g. 6 stellt eine Abwandlung der Anordnung nach der F i g. 5 dar, in. der der Reaktor 2 in ähnlicher Weise die thermisch emittierende Fläche 55 erhitzt und einen Luft- und Elektronenfluß in Richtung zur öffnung 60' verursacht. Die der Elektrode 54 in der F i g. 5 entsprechende abgewandelte Elektrode 54', welche nicht unmittelbar im Luftstrom, dafür aber innerhalb des Gehäuses an der öffnung der Düse angeordnet ist, ist von der Elektrode 55 durch ein Isoliermaterial 61, vorzugsweise Aluminiumoxyd, getrennt. Hier kann wiederum angenommen werden, daß sich eine negative Ladung im Bereich 60' ansammelt, wodurch am Anschluß 56 ein positives Potential in bezug auf den Anschluß 57 entsteht. Somit erfolgt ein Stromfluß über die beiden Anschlüsse durch die mit diesen verbundene Last.The F i g. 6 shows a modification of the arrangement according to FIG. 5, in which the reactor 2 similarly heats the thermally emitting surface 55 and causes a flow of air and electrons in the direction of the opening 60 '. The electrode 54 in FIG. 5 corresponding modified electrode 54 ', which is not arranged directly in the air stream but is instead arranged inside the housing at the opening of the nozzle, is separated from the electrode 55 by an insulating material 61, preferably aluminum oxide. It can again be assumed here that a negative charge accumulates in the region 60 ′, as a result of which a positive potential with respect to the connection 57 arises at the connection 56. A current flows through the two connections through the load connected to them.

Bei einer weiteren Abwandlung der Anordnung nach der Erfindung gemäß F i g. 7 ist ein Sonnenofen 71 vorgesehen, der eine Flüssigkeit 72 und gleichzeitig ein thermisch emittierendes Material 75 erhitzt und so eine Dampfströmung und die Emission geladener Teilchen verursacht. Der Dampf trägt die geladenen Teilchen zu einer Elektrode 78, welche im Dampfstrom angeordnet ist. Dabei entsteht eine Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen 76 und 77, die mit den Elektroden 75 und 78 verbunden sind. Ein Kanal 79 führt den Dampf zu einem Kondensator 73, aus dem der Dampf durch den Kanal 74 als Flüssigkeit in den Generator zurückläuft. An Hand der vorstehenden Erläuterungen soll die Arbeitsweise einer Anordnung, wie sie in F i g. 8 dargestellt ist, erklärt werden.In a further modification of the arrangement according to the invention according to FIG. 7, a solar furnace 71 is provided, which heats a liquid 72 and at the same time a thermally emitting material 75, thus causing a flow of vapor and the emission of charged particles. The vapor carries the charged particles to an electrode 78 located in the vapor stream. This creates a potential difference between the connections 76 and 77, which are connected to the electrodes 75 and 78. A channel 79 leads the steam to a condenser 73, from which the steam flows back through the channel 74 as a liquid into the generator. On the basis of the above explanations, the mode of operation of an arrangement as shown in FIG. 8 will be explained.

In der F i g. 8 wird mit der von der Hitzequelle 81 erregten Energie eine thermisch emittierende Flüssigkeit 85 verdampft. Geeignete Materialien hierfür sind in nachstehender Aufstellung angeführt, aus der zu ersehen ist, daß das Material, welches für den jeweils gegebenen Fall zu benutzen ist, von der Arbeitstemperatur des Systems abhängt. Das benutzte Material und die Temperatur bestimmen die Arbeitsdampfdrücke. Austrittsarbeit Schmelz- Siedetemperatur Element punkt bei Normaldruck Volt ° C ° C Cs 1,89 28,5 670 Rb 2,13 K 2,15 62,3 760 Na 2,27 97,7 877 Li 2,39 179 1336 Ba 2,29 850 1140 Sr 2,35 771 1360 Ca 2,76 845 1240 La 3,3 826 1800 Zr 3,84 1857 2900 Sn 4,11 231 2360 Pb 4,02 327 1690 Ta 4,12 3027 4100 Caesium besitzt eine Anzahl günstiger Eigenschaften, wie z. B. eine niedrige Austrittsarbeit und einen niedrigen Schmelzpunkt. Dieses Material ist allerdings chemisch höchst aktiv und greift die Behälterteile 82, 84, 101 und 103 an. Kalium ist jedoch ein bevorzugtes Material, weil es in Flußstahl oder rostfreiem Stahl über eine lange Zeit bleiben kann. Rostfreier Stahl wird vorzugsweise für den Behälter 82 benutzt.In FIG. 8, a thermally emitting liquid 85 is evaporated with the energy excited by the heat source 81. Suitable materials for this are listed in the list below, from which it can be seen that the material to be used for the given case depends on the operating temperature of the system. The material used and the temperature determine the working steam pressures. Work function melting / boiling temperature Element point at normal pressure Volts ° C ° C Cs 1.89 28.5 670 Rb 2.13 K 2.15 62.3 760 Na 2.27 97.7 877 Li 2.39 179 1336 Ba 2.29 85 0 1140 Sr 2.35 771 1360 2.76 845 1240 La 3.3 826 1800 Zr 3.84 1857 2900 Sn 4.11 231 2360 Pb 4.02 327 1690 Ta 4.12 3027 4100 Cesium has a number of beneficial properties, such as: B. a low work function and a low melting point. However, this material is highly chemically active and attacks the container parts 82, 84, 101 and 103. However, potassium is a preferred material because it can remain in mild steel or stainless steel for a long time. Stainless steel is preferably used for the container 82.

Durch das Erhitzen sendet das Material 85 Elektroden und Metalldampf aus. Der Dampf strömt in Richtung zum Bereich 92, in dem der den Dampfstrom verursachende Druck in einem Wärmeaustauscher 91 herabgesetzt wird. Der Dampf wird verflüssigt und fließt durch den Kanal 84 in den Behälter mit kochender Flüssigkeit 82 zurück.When heated, the material 85 emits electrodes and metal vapor. The steam flows in the direction of the region 92, in which the pressure causing the steam flow is reduced in a heat exchanger 91. The vapor is liquefied and flows back through the channel 84 into the container of boiling liquid 82.

Die an der Oberfläche des flüssigen Metalls 85 emittierten Elektronen werden mit dem Dampf fortbewegt und von einer Elektrode 88 aufgefangen, die aus einem porigen Metallschwamm oder einer Matte besteht, die den Metalldampf durchläßt. Die Elektrode 88 ist von der metallischen Umhüllung durch einen keramischen Isolierring 89, der vorzugsweise aus Berylliumoxyd besteht, getrennt. Eine isolierte Durchführung verbindet die Elektrode 88 mit dem negativen Anschluß 87. Der positive Anschluß 86 ist mit dem Kanal 84 verbunden, der den Kontakt mit der metallischen Flüssigkeit 85 herstellt. Wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Ausgangsspannung vorwiegend aus der Bewegungsenergie des Gasstromes gewonnen. Diese Anordnung kann Ausgangsspannungen in der Größe von 1000 Volt erzeugen, vorausgesetzt, daß eine genügende Dichte des Gasstromes vorhanden ist, der die ausgesandten Elektronen hinreichend transportiert. Ebenfalls kann, wie eingangs erwähnt, ein Honigwabenkörper 103, der mit der positiven Oberfläche des flüssigen Metalls elektrisch verbunden ist, verwendet werden, um ein annähernd gleichmäßiges Nullpotential an der emittierenden Oberfläche aufrechtzuerhalten.The electrons emitted on the surface of the liquid metal 85 are transported with the vapor and are captured by an electrode 88 , which consists of a porous metal sponge or a mat that allows the metal vapor to pass through. The electrode 88 is separated from the metallic sheath by a ceramic insulating ring 89, which preferably consists of beryllium oxide. An insulated bushing connects the electrode 88 to the negative terminal 87. The positive terminal 86 is connected to the channel 84 , which makes contact with the metallic liquid 85 . As in the previously described exemplary embodiments, the output voltage is obtained primarily from the kinetic energy of the gas flow. This arrangement can generate output voltages of the order of 1000 volts, provided that there is a sufficient density of the gas flow that adequately transports the emitted electrons. As mentioned above, a honeycomb body 103, which is electrically connected to the positive surface of the liquid metal, can also be used in order to maintain an approximately uniform zero potential on the emitting surface.

Claims

Claims: 1. Arrangement for the direct conversion of thermal energy in electrical energy, in which a gas is passed to two by an external one containing a load Electric circuit flows past electrodes connected to each other, one of which is heated is and the charge carrier sends out predominantly a sign, which means that no n / a e i c h n e t that the two electrodes are in the gas stream are arranged one behind the other in such a way that the gas carries the thermally emitted charge carriers transported from the heated to the second electrode.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the gas passes through the thermally emitting electrode Heats up friction.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the gas is heated by a heat source.

4. Arrangement according to claim 1 and 3, characterized characterized in that the thermally emitting electrode is moved by the hot Gas is heated.

5. Arrangement according to claim 1 and 3, characterized in that the first electrode as a heat transfer element between the heat source and the moving gas is used.

6. Arrangement according to claim 1 and 3, characterized in that that the first electrode is connected to the heat source and at the same time with the Gas is heated.

7. Arrangement according to claim 1 and 4, characterized by a vessel (72, F i g. 7) with liquefied gas, from which this is evaporated with the aid of the heat source (71) and by a steam condenser (73), which the evaporated gas returned to the liquid state after it has passed the second electrode (78). B.

Arrangement according to claims 1 and 7, characterized in that that the liquid represents the first electrode and through the condensing one Steam is renewed again.

9. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized in that the first electrode has a plurality of hollow bodies (10 in FIG. 3) through which the gas flows and which have thermally emitting inner surfaces (30).

10. Arrangement according to claim 2 and 5, characterized in that the first emitting Electrode (55 in Fig. 5 and 6) is heated by a heat source (52) and the Gas gives kinetic energy.

11. Arrangement according to claim 1 and 4, characterized in that that the first emitting electrode (75 in FIG. 7) is formed in a grid shape.

12. Arrangement according to claim 1, 2 and 4, characterized in that a negative particle-emitting electrode (41 in FIG. 4) and a positive particle-emitting electrode (42) are provided, which are separated from one another by an insulation (45) and that the gas flowing past heats these electrodes by friction. Documents considered: German Patent No. 831572; German interpretative document No. 1080 643; U.S. Patent Nos. 1717,413, 2,510,397.