DE1539288A1 - Thermionischer Konverter - Google Patents

Description

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Berlin, den 5. Oktober I967

EUROPÄISCHE ATOMGEMEINSCHAFT (EURATOM)

Patentanmeldung

Thermionischer Konverter

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermionischen Konverter zur direkten Umwandlung von thermischer in elektrische Energie.

Solche Konverter enthalten im wesentlichen ein Diodensystem mit einer geheizten Emitterelektrode und einer gekühlten Kollektorelektrode sowie mit Cäsiumdampf im Zwischenelektrodenraum. Die Wärmezu- und -abfuhr erfolgt neuerdings vielfach über sogenannte Wärmeröhren (Französische Patentschrift 1.4-51,700), das sind

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hermetisch geschlossene Röhren, in denen sich zwischen den heißen und kühlen Enden eine natürliche Zirkulation teils in der flüssigen und teils in der dampfförmigen Phase ausbildet.

Großen Einfluß auf den Umwandlungswirkungsgrad und die Gesamtfunktion des Konverters übt der Dampfdruck des Cäsiums aus, so daß man früher oft das Cäsiumreservoir entfernt vom Konverter in einer temperaturgeregelten Zelle angeordnet hat. Man hat aber auch bereits versucht, diese aufwendige Konstruktion zu vermeiden und ein Adsorbtionsreservoir (z.B. Holzkohle) thermisch an Emitter oder Kollektor des Konverters direkt anzukoppeln (Conference Papers Thermionic Conversion Specialist Conference, Houston, November 3, 4, 1966, p.249 - 258 (Yates)), Dabei folgt die Reservoirtemperatur " im wesentlichen den Schwankungen der Elektrodentemperatur, was prinzipiell auch im Sinne optimaler Konverterfunktion erwünscht ist. Da jedoch die Ankopplung starr und außerdem stark von konstruktiven Gesichtspunkten bestimmt ist, kann man im allgemeinen nicht erwarten, daß absolut optimale Konverterfunktion bei allen Betriebstemperatüren erzielbar ist. Dieser Nachteil soll gemäß der Erfindung behoben werden bei einem thermionischen Konverter, dessen Adsorbtionsreservoir in gutem Wärmekontakt mit der Kollektorwärmeröhre angeordnet ist.

Die Erfindung besteht darin, daß die Varmeröhre Mittel zur 'Beeinflussung Ihrer Kühleigenschaften aufweist und daß diese Mittel derart temperaturabhängig gesteuert werden, daß die Temperatur

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der Wärnieröhre und damit der Cäsiumdampf druck in eine vorgewählte Funktion zur Emittertemperatur gelangen. "

Die Mittel sind in einer Ausführungsform der Erfindung als Wärmeschilde ausgebildet, die um die abstrahlenden Flächen der Wärmeröhre angeordnet sind und mittels Bimetallstreifen mehr oder weniger abgespreizt werden.

In einer anderen bevorzugten Aueführungsform der,Erfindung bestehen die Mittel aus einem Edelgaspfropfen, der im Innern der VJärmeröhre liegt und dessen Volumen sich temperaturabhängig ändert. Der Einfluß der Volumenänderung auf die Kühleigenschaften der Wärmeröhre kann vorzugsweise durch einen im Bereich des Edelgases angeordneten Verdrängungskörper geeigneter Form variiert werden.

Im wesentlichen liegt der Erfindung also der Gedanke zugrunde, die Temperatur der Kollektorwermeröhre durch Beeinflussung ihrer Kühleigenschaften so automatisch zu regeln, daß sich der Cäsiutndarapfdruck immer optimal zur jeweiligen Emittertemperatur einstellt,

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Figuren näher erläutert, die je eine Ausführungsform in schematischer Schnittdarstellung zeigen.

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^v ORIGiNALINSPECTED

In Figur 1 ist ein Konverter zu sehen, dessen Emitterelektrode und Kollektorelektrode 2 die Stirnseiten je einer Wärmerohre bzw. k bilden. Die Emitterwärmeröhre wird am elektrodenfernen Ende, beispielsweise mittels einer Hochfrequenzspule 5» erhitzt. Die Kollektorelektrode weist ein zentrales Loch 6 auf, an das ein die ganze Kollektorwärraeröhre k zentral durchquerendes Rohr dicht eingeschlossen ist. In diesem Rohr befindet sich das Cäsiumreservoir 8, welches beispielsweise aus porösem ¹¹JoIfram, Graphit oder Holzkohle besteht.

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Die beiden Elektroden sind Von je einem der Halterung und dem elektrischen Kontakt dienenden Ring 9 und 10 umgeben, zwischen denen ein keramischer Isolierring 11 angeordnet ist.

Heizt man die insoweit bekannte Konverteranordnung auf, dann verdampft Cäsium im Reservoir 8 und gelangt durch das Loch 6 in der Kollektorelektrode in den Zwischenelektrodenraum. Durch den bekannten thermoionische» Effekt entsteht ein Strom, der sich an mit den Ringen 9 und 10 verbundenen Anschlußklemmen abnehmen läßt.

Das oben erwähnte Problem des optimalen Cäsiumdrucke bei schwanken· den Konverterleistungen wird dadurch gelöst, daß die Kühleigenschaft der Kollektorwärmeröhre k diesen Leistungsschwankungen angepaßt wird. Beruht die Kühlwirkung allein auf der Abstrahlung an die Umgebung, dann genügt es, diese Abstrahlung zu beeinflussen.

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In Figur 1 ist als eine Möglichkeit dieser Beeinflussung ein Wärmeschild 12 dargestellt, der die Form zweier Halbzylinderrohre besitzt. Diese sind an einer Mantellinie miteinander verbunden und an der Wärmeröhre befestigt* An der jeweils zweiten Mantellinie greift je ein Bimetallstreifen 13 an, der in gutem thermischen Kontakt mit der Oberfläche der Kollektorwärmeröhre *t steht. Erhöht sich die Temperatur der ^T/ärmeröhre, dann spreizen die Bimetallstreifen die beiden Zylinderhälften von der Wärmeröhrenoberfläche ab und wirken dadurch fördernd auf die Kühleigenschaft. Der Wärmeschild besteht beispielsweise aus Niob, die Bimetallstreifen aus Kovar oder ähnlichen Materialien. Wegen der günstigen Ausdehnung vermeidet man bei di eser Kombination ein unerwünschtes Öffnen des WärmeSchildes schon bei niedrigen Temperaturen.

Eine andere Möglichkeit der Beeinflussung der Kühleigenschaften der Kollektorwärmeröhre ist in Figur 2 gezeigt, in der die anhand von Figur 1 beschriebenen Elemente 1 bis 11 wieder vorkommen und daher nicht weiter erläutert zu werden brauchen. Anstatt des Wärmeschilds ist hier ein Edelgaspfropfen Ik i© elektrodenfernen Bereich der Kollektorwärmeröhre angebracht. Dieser Pfropfen wird vom Metalldampf in der Röhre je nach Dampfdruck und Temperatur mehr oder weniger zusammengedrückt. Hierbei wird die Abstrahlfläche vergrößert oder verkleinert, da der mit -dem Edelgas in Kontakt stehende Teil der Röhre nicht strahlt. Mit dieser Anordnung lassen sich ohne große Schwierigkeiten sehr unterschiedliche Funktionen zwischen Kollektortemperatur und Abstrahlungsflache erzielen, indem man entweder der Wand der Wärmeröhre im

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Bereich des Pfropfens eine entsprechend nichtlineare Form gibt oder aber indem man zentral in diesen Bereich einen Verdrängungskörper 15 einfügt, dessen Querschnittsfläche in Achsrichtung entsprechend variiert ist.

Natürlich läßt sich die Kühleigenschaft einer !'/ärmeröhre auch durch andere Mittel ändern, beispielsweise durch die Drosselung eines sekundären Kühlmittelflusses, so daß solche Möglichkeiten ausdrücklich in den Umfang der Erfindung mit einbezogen seien.

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Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE

   ί 1. Thermionischer Konverter, bestehend aus einer S^e*" " "" ' · heizten Emitterelektrode und einer von einer hermetisch geschlossenen Värmeröhre gekühlten Kollektorelektrode, wobei der Interelektrodenraum von Cäsiumdampf erfüllt ist, der aus einem in gutem Wärmekontakt mit der Warmeröhre angeordneten Adsorbtionsreservoir geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmeröhre (4) Mittel (12, 131 14» 15) zur Beeinflussung ihrer Kühleigenschaften aufweist, und daß diese Mittel derart temperaturabhängig gesteuert werden, daß die Temperatur der Wärmeröhre und damit der Cäsiumdampfdruck in eine vorgewählte Funktion zur Emittertemperatur gelangen.
2. 2. Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als um die abstrahlenden Flächen der Wärmeröhre angeordnete WKrmeschilde (12) ausgebildet sind, die von Bimetallstreifen (13) mehr oder weniger abgespreizt werden.

   3« Konverter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Edelgaspfropfen (14) bestehen, der im Innern der Wärmeröhre liegt und dessen Volumen sich temperaturabhängig verändert.

   k. Konverter nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereich des Edelgaspfropfens mindestens ein Verdrängungskörper (15) zentral fest eingebracht ist, dessen Form durch die gewünschte Funktion zwischen Temperatur und Kühlwirksamkeit bestimmt ist.

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