DE1277968B - Thermoelectronic energy converter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIvHOIv

Deutsche KL: 21b-31/00German KL: 21b-31/00

Nummer: 1277 968Number: 1277 968

Aktenzeichen; P 12 77 968,9-33 (C 29284)File number; P 12 77 968.9-33 (C 29284)

Anmeldetag: 2. März 1963 Filing date: March 2, 1963

Auslegetag: 19. September 1968Opening day: September 19, 1968

Die Erfindung betrifft einen thermoelektronischen Energiewandler zur direkten Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie auf Grund des Thermoionisations- oder thermoelektronischen Effektes, der darin besteht, daß bestimmte Stoffe, wie Wolfram, Erdalkalioxyde od. dgl., wenn sie auf eine genügend hohe Temperatur gebracht werden, Elektronen emittieren; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche thermoelektronische Energiewandler, bei denen eine Dampfatmosphäre, vorzugsweise eine CMsiumatmosphäre, benutzt wird.The invention relates to a thermoelectronic energy converter for the direct conversion of Thermal energy in electrical energy due to the thermionization or thermoelectronic effect, which consists in the fact that certain substances, such as tungsten, alkaline earth oxides or the like be brought to a sufficiently high temperature, emit electrons; in particular, the invention relates on such thermoelectronic energy converters, in which a steam atmosphere, preferably a CMsium atmosphere, is used.

Es sind schon thermoelektronische Wandler entwickelt worden, insbesondere für Hilfsstromquellen zur Speisung von Sendern oder Kontrolleinrichtungen an Bord von Raketen, künstlichen Erdsatelliten und Raumfahrzeugen; bei diesen Konvertern benutzt man beispielsweise die Sonnenenergie als Wärmequelle,Thermoelectronic converters have been developed, particularly for auxiliary power sources for feeding transmitters or control devices on board rockets, artificial earth satellites and Spacecraft; With these converters, for example, solar energy is used as a heat source,

Bei den bekannten thermoelektronischen Wandlern sind in einem luftleeren oder mit einem gasförmigen Medium, insbesondere Cäsiumdampf, gefüllten Raum ao wenigstens zwei Elektroden, und zwar eine Elektronen emittierende Kathode und eine Anode zum Auffangen der Elektronen angeordnet; diese wirken mit einer außerhalb angeordneten Wärmequelle zusammen, die die Kathode auf eine so hohe Temperatur as bringt, daß Elektronen emittiert werden, die auf die Anode auftreffen, die viel kälter als die Kathode ist. Auf diese Weise fließt zwischen Kathode und Anode ein Gleichstrom, der in einem äußeren Stromkreis verfügbar ist.In the known thermoelectronic converters are in a vacuum or with a gaseous Medium, in particular cesium vapor, filled space ao at least two electrodes, namely one electron emitting cathode and an anode for collecting the electrons arranged; these contribute an externally arranged heat source, which the cathode to such a high temperature as causes electrons to be emitted which strike the anode, which is much colder than the cathode. In this way, a direct current flows between the cathode and anode, which is in an external circuit is available.

Die bekannten Wandler haben einen verhältnismäßig kleinen energetischen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 3 bis 4°/o für luftleere und in der Größenordnung von 15¹⁰/» für mit Cäsium gefüllte Dioden. Die spezifische Leistung ist gering, und sie liefern eine verhältnismäßig niedrige Spannung von ungefähr 0,5 V bis 1 V, besonders dann, wenn die Temperatur der Kathode verhältnismäßig niedrig, z. B. 1000 bis 1200° C ist. Es ist bekannt, daß die Dichte des emittierten Elektronenstromes, und damit die Leistung nach dem Gesetz von Richardson-Dusham schnell mit der Temperatur ansteigt und daß der maximale theoretische Wirkungsgrad mit der Temperaturdifferenz zwischen Kathode und Anode wächst (denn wie bei jeder Umformung von Wärme in mechanische oder elektrische Energie ist der Wirkungsgrad durch das Gesetz von Garnot bestimmt).The known converters have a relatively low energy efficiency of the order of 3 to 4% ^{for vacuum-free diodes and of the order of 15 10} % for cesium-filled diodes. The specific power is low and they deliver a relatively low voltage of about 0.5 V to 1 V, especially when the temperature of the cathode is relatively low, e.g. B. 1000 to 1200 ° C. It is known that the density of the emitted electron stream, and thus the power, according to Richardson-Dusham's law, increases rapidly with temperature and that the maximum theoretical efficiency increases with the temperature difference between cathode and anode (because, as with any conversion of heat into mechanical or electrical energy, the efficiency is determined by Garnot's law).

Darüber hinaus haben die bekannten Energiewandler eine geringe Lebensdauer wegen der Alterang der beheizten Kathode.In addition, the known energy converters have a short service life because of their age the heated cathode.

Es ist auch ein Wandler mit einer Kathode aus Thermoelektronischer EnergiewandlerIt is also a converter with a cathode made from thermoelectronic energy converters

Anmelder:Applicant:

Commissariat ä !'Energie Atomique, ParisCommissariat ä! 'Energie Atomique, Paris

Vertreter:Representative:

Dr. W. P. Radt, Dipl.-Ing. E.-E. FinkenerDr. W. P. Radt, Dipl.-Ing. E.-E. Finkener

und Dipl,-Ing. W. Ernesti, Patentanwälte,and Dipl, -Ing. W. Ernesti, patent attorneys,

4630 Bochum, HeinrichrKöriig'-Str. 124630 Bochum, HeinrichrKöriig'-Str. 12th

Als Erfinder benannt:
Siegfried Klein, ParisNamed as inventor:
Siegfried Klein, Paris

Beanspruchte Priorität;
Frankreich vom 5. März 1962 (890 039),
vom 6. April 1962 (893 677)Claimed priority;
France of March 5, 1962 (890 039),
dated April 6, 1962 (893 677)

einem Molybdändraht bekanntgeworden, bei dem ein als Ionisationselektrode dienender Draht aus aus Wolfram zwischen Kathode und Anode angeordnet ist. Bei dieser Anordnung bestehen die Kathode und der Draht aus sehr ähnlichem Material und arbeiten bei annähernd gleicher Temperatur, da das Molybdän erst bei einer Temperatur von etwa 1900° C eine ausreichend starke Elektronenemission hat. Ferner sind bei diesem Konverter Kathode und Anode nicht elektrisch miteinander verbunden. Auch das Erzeugen von Wechselspannungen mittels thermoionischer Wandler gehört zum Stande der Technik. So ist ein thermoelektronischer Energiewandler mit einer von außerhalb des abgeschlossenen Wandlerraumes beheizbaren, Elektronen emittierenden Kathode, einer gekühlten Anode und einem dazwischen angeordneten Steuergitter aus einem temperaturbeständigen Material bekannt, der in einem selbsterregten Schwingkreis mit einem Transformator angeordnet ist, dessen Sekundärwicklung einen Wechselstrom liefert.a molybdenum wire became known, in which a wire serving as an ionization electrode is made from made of tungsten is arranged between the cathode and anode. In this arrangement, the cathode and wire are made of very similar materials and work at approximately the same temperature, since the molybdenum only at a temperature of about 1900 ° C has a sufficiently strong electron emission. Furthermore, in this converter, the cathode and Anode not electrically connected to each other. The generation of alternating voltages using thermionic converter is state of the art. So is a thermoelectronic energy converter with an electron-emitting device that can be heated from outside the closed converter space Cathode, a cooled anode and a control grid arranged between them made of a temperature-resistant Known material that is in a self-excited resonant circuit with a transformer is arranged, the secondary winding of which supplies an alternating current.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten thermoelektronischen Konverter in bezug auf die geforderte Spannung, den energetischen Wirkungsgrad, die spezifische Leistung und die Lebensdauer zu verbessern. Bei einem thermoelektronischen Energiewandler, bestehend aus einer beheizten, Elektronen emittierenden Kathode, einer gekühlten Anode zum Sammeln der Elektronen und einem einen oder mehrere dünne Drähte aufweisenden Gitter, das zwischen Kathode und Anode angeordnet ist, wobei die Elektronen emittierende Fläche der Kathode, dieThe invention is based on the object of the known thermoelectronic converter in relation on the required voltage, the energy efficiency, the specific power and the service life to improve. In the case of a thermoelectronic energy converter, consisting of a heated electron emitting cathode, a cooled anode to collect the electrons and an or a plurality of thin wires having grid, which is arranged between the cathode and anode, wherein the Electron-emitting surface of the cathode, the

809 617/220809 617/220

Anode und das Gitter in einem abgeschlossenen Raum angeordnet sind, der evakuiert ist oder in dem sich ein leicht ionisierbares Gas befindet, und wobei das Gitter aus einem temperaturbeständigen Material besteht, das Elektronen erst bei sehr viel höheren Temperaturen emittiert als das die Kathode bildende Material und dessen Austrittspotential größer ist als das der Kathode und gegebenenfalls als das Ionisationspotential des Gases, während die dem abgeschlossenen Raum zugewandte Fläche der aus nicht oxydierendem Material bestehenden Kathode mit einer Schicht aus einem Stoff bedeckt ist, der bei verhältnismäßig niedriger Temperatur Elektronen emittiert und durch Beheizung der außerhalb des abgeschlossenen Raumes liegenden Fläche der Kathode auf diese relativ niedrige Temperatur gebracht wird, besteht die Erfindung darin, daß das Gitter innerhalb des Energiewandlers unmittelbar mit der Kathode elektrisch verbunden und derart ausgebildet ist, daß der Draht bzw. die Drähte durch den Betrieb des Wandlers auf eine solche merklich oberhalb der Temperatur der Kathode liegende Temperatur gebracht werden, daß sie Elektronen emittieren.The anode and the grid are arranged in a closed space that is evacuated or in which there is an easily ionizable gas, and the grid is made of a temperature-resistant material exists, which only emits electrons at much higher temperatures than that which forms the cathode Material and its exit potential is greater than that of the cathode and possibly than the ionization potential of the gas, while the surface facing the closed space of the cathode made of non-oxidizing material with a layer of a substance is covered, the electrons at a relatively low temperature emitted and by heating the surface of the cathode lying outside the enclosed space is brought to this relatively low temperature, the invention consists in that the grid within of the energy converter is electrically connected directly to the cathode and is designed such that the wire or wires due to the operation of the transducer on such a noticeable above the Temperature of the cathode lying temperature are brought that they emit electrons.

Im Gegensatz zu dem bekannten Konverter, bei dem als Kathode ein Molybdändraht benutzt wird und die Ionenquelle aus Wolfram besteht, verwendet man bei der vorliegenden Erfindung auf der Kathode einen Stoff, der bei verhältnismäßig niedriger Temperatur Elektronen emittiert. Dieser Stoff und damit die gesamte Kathode ist völlig verschieden von dem Draht, der aus dem viel beständigeren Wolfram besteht und deshalb auf hohe Temperaturen erhitzt werden kann. Außerdem ist der Draht stets elektrisch mit der Kathode verbunden, so daß er durch den Betrieb der Vorrichtung selbst auf die Betriebstemperatur von 2000° C erhitzt wird, bei der die Elektronenemission stattfindet. Somit erübrigt sich eine getrennte Quelle zum Erhitzen des Drahtes. Es gelingt auf diese Weise, einen echten Stromerzeuger, ausgehend von einer Wärmequelle ohne Benutzung einer Hilfsspannung, zu verwirklichen, die sich für den vorgesehenen Verwendungszweck, nämlich zur Speisung von Sendern oder Kontrolleinrichtungen an Bord von Raketen od. dgl., bei denen die Sonnenenergie als Wärmequelle benutzt werden kann, in besonderer Weise eignet; es war auch nicht vorauszuzusehen, daß es möglich sein würde, einen Draht zwischen der emittierenden Kathode und der sammelnden Anode einer Gasdiode durch die vorgesehene Verbindung zu erhitzen, derart, daß dieser Draht Elektronen emittiert, die durch Zusammenprall mit den Gasmolekülen Ionen erzeugen können, die die Raumladung regeln.In contrast to the well-known converter, in which a molybdenum wire is used as the cathode and the ion source is made of tungsten, is used on the cathode in the present invention a substance that emits electrons at a relatively low temperature. This substance and with it the entire cathode is completely different from the wire, which is made of the much more resistant tungsten and therefore can be heated to high temperatures. In addition, the wire is always electrical connected to the cathode, so that by the operation of the device itself it reaches the operating temperature of 2000 ° C is heated at which the electron emission takes place. This eliminates the need for a separate source of heating the wire. It succeeds in this way, a real power generator, starting from a heat source without using one Auxiliary voltage to realize, which is for the intended purpose, namely for supply of transmitters or control devices on board of missiles or the like, in which the solar energy can be used as a heat source, is particularly suitable; it was also not to be foreseen that it would be possible to put a wire between the emitting cathode and the collecting To heat the anode of a gas diode through the connection provided, in such a way that this Wire emits electrons that can generate ions by colliding with the gas molecules, which regulate the space charge.

Auch bei dem bekannten thermoelektronischen Energiewandler zur Erzeugung von Wechselspannungen ist es notwendig, die Kathode auf eine Temperatur von etwa 2000° C zu erhitzen, wenn man eine Spannung von mehreren Volt erzeugen will. Das Steuergitter, das lediglich dazu dient, die Ausgangsspannung zu steuern, wird von außen polarisiert, so daß auch bei dieser bekannten Anordnung eine äußere Stromquelle erforderlich ist, die bei dem Energiewandler gemäß vorliegender Erfindung entfallen kann, bei dem man durch Erwärmung auf eine Temperatur von 1000° C die Spannung erzielt, die man bei den bekannten Wandlern durch eine Erwärmung auf eine Temperatur von 2000° C erhalten würde.Also with the known thermoelectronic energy converter for generating alternating voltages it is necessary to heat the cathode to a temperature of around 2000 ° C when using a Wants to generate voltage of several volts. The control grid, which only serves to control the output voltage to control is polarized from the outside, so that also in this known arrangement a external power source is required, which is omitted in the energy converter according to the present invention can, in which one achieves the voltage by heating to a temperature of 1000 ° C, the obtained in the known converters by heating to a temperature of 2000 ° C would.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung besteht die Kathode, die durch Erhitzung von außen auf eine Temperatur von 1000° C gebracht wird, aus Platin oder Nickel und ist mit einer Schicht aus Erdalkalioxyden bedeckt, während der Draht bzw. die Drähte des Gitters, deren Betriebstemperatur etwa 2000° C beträgt, aus Wolfram bestehen. Die Erfindung sieht ferner vor, daß das Gitter aus einem einzigen sehr feinen wendeiförmigen Draht besteht, dessen eines Ende mit der Kathode und dessen anderes Ende mit der Anode verbunden ist, oder daß das Gitter aus einer Anzahl sehr feiner, gerader oder gewellter, gitterförmig angeordneter Drähte gebildet ist.According to a further embodiment of the invention, the cathode is formed by heating from the outside is brought to a temperature of 1000 ° C, made of platinum or nickel and is covered with a layer of alkaline earth oxides covered, while the wire or the wires of the grid, their operating temperature about 2000 ° C, consist of tungsten. The invention also provides that the grid from a single consists of a very fine helical wire, one end with the cathode and the other End is connected to the anode, or that the grid consists of a number of very fine, straight or corrugated, lattice arranged wires is formed.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Anode mit einer Graphitschicht bedeckt. Die Erfindung sieht auch vor, daß die Kathode und die Anode eine gewölbte Form, vorzugsweise die Form einer Kugelkalotte, haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Gitter und der Anode eine Steuerelektrode angeordnet, die mit der Kathode über einen Widerstand verbunden ist. Dabei kann der Wandler in einem selbsterregten Schwingungskreis angeordnet sein, der eine Wicklung aufweist, die die Primärwicklung eines Ausgangstransformators darstellt, dessen sekundäre Wicklung einen direkt verwendbaren Wechselstrom liefert. Erfindungsgemäß kann ein Ende der Wicklung mit der Anode, das andere über einen Kondensator mit dem Gitter verbunden sein und ein dazwischenliegender Abgriff der Wicklung mit der Kathode in Verbindung stehen.According to an advantageous development of the invention, the anode is covered with a graphite layer. The invention also provides that the cathode and the anode have a curved shape, preferably the The shape of a spherical cap. In a preferred embodiment of the invention is between the Grid and the anode arranged a control electrode, which is connected to the cathode via a resistor is. The converter can be arranged in a self-excited oscillation circuit, the one Has winding that represents the primary winding of an output transformer, its secondary Winding supplies a directly usable alternating current. According to the invention, one end of the winding to the anode, the other to be connected to the grid via a capacitor and an intermediate one Tap the winding are connected to the cathode.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 und 2 zwei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der Energiewandler mit Cäsiumdampf gefüllt ist und bei denen Gleichstrom geliefert wird,F i g. 1 and 2 two embodiments of the invention, in which the energy converter is filled with cesium vapor and in which direct current is supplied,

F i g. 3 und 4 eine Draufsicht auf zwei Arten von Gittern, die bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 benutzt werden können,F i g. 3 and 4 show a plan view of two types of grids which are used in the embodiment according to FIG. 2 can be used

F i g. 5 die Änderung der erzeugten Spannung V in Abhängigkeit von der Zeit t bei Energiewandlern, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt sind, undF i g. 5 shows the change in the generated voltage V as a function of time t in the case of energy converters as shown in FIGS. 1 and 2 are shown, and

F i g. 6 einen Schnitt durch einen Energiewandler mit einem Steuergitter und einem Schwingungskreis zur Erzeugung einer Wechselspannung.F i g. 6 shows a section through an energy converter with a control grid and an oscillating circuit for generating an alternating voltage.

Bei denjenigen Ausführungsfonnen der Erfindung, denen eine besondere Bedeutung zukommt, ist der bevorzugt mit Cäsiumdampf gefüllte Thermoionisierungs-Energiewandler, wie im folgenden beschrieben, aufgebaut. Er besteht aus:In those embodiments of the invention which are of particular importance, the thermionization energy converters preferably filled with cesium vapor, as described below. It consists of:

1. einem ringförmigen Behälter 1, in den ein Vorrat 2 von Cäsium (oder einem anderen Element mit schwachem Ionisationspotential, z. B. einem anderen Alkalimetall, wie z. B. Rubidium) gefüllt werden kann, aus einem nicht oxydierbaren verhältnismäßig beständigen Metall, z. B. aus Platin oder Nickel,1. an annular container 1, in which a supply 2 of cesium (or another element with weak ionization potential, e.g. B. another alkali metal, such as. B. Rubidium) filled can be made of a non-oxidizable, relatively stable metal, e.g. B. off Platinum or nickel,

2. einer oberen Wandung 3 aus einer mit Glas verschmelzbaren Legierung, z. B. aus 54% Eisen, 20 bis 30% Nickel und 0,6 bis 0,8% Mangan, die auf den Rand des Behälters 1 geschweißt ist,2. an upper wall 3 made of a glass fusible alloy, e.g. B. from 54% iron, 20 to 30% nickel and 0.6 to 0.8% manganese welded onto the edge of the container 1 is,

3. einem Aufsatz 4 aus Glas, der entlang dem oberen Umfang 5 der Wandung 3 aufgeschmolzen wird und der einerseits mit einem inneren Zylinder 5 aus der oben bezeichneten Legierung verbunden ist, der längs der Naht 51 mit dem3. an attachment 4 made of glass, which is melted along the upper circumference 5 of the wall 3 is and on the one hand with an inner cylinder 5 made of the alloy referred to above is connected, along the seam 51 with the

Aufsatz 4 verschmolzen ist und in den Aufsatz 4 und die Wandung 3 derart hineinragt, daß sein unteres Ende in geringem Abstand von der Oberfläche der inneren Erhöhung des Behälters 1 endet und andererseits mit einem seitlichen Ansatz 8 zum Evakuieren des Raumes 9 zwischen dem Behälter 1, der Wandung 3, dem Aufsatz 4 sowie dem Zylinder 5 versehen ist.
Um eine nicht oxydierbare Kathode 7 zu bilden, die Elektronen emittiert, wenn sie mittels einer äußeren Wärmequelle auf eine verhältnismäßig wenig erhöhte Temperatur erhitzt wird, wobei als Wärmequelle beispielsweise eine Flamme 10 oder Sonnenstrahlen dienen können, die durch Spiegel und/oder linsen konzentriert werden, z. B., wenn der Wandler in einem Raumschiff angeordnet ist, bedeckt man die Oberfläche der inneren Erhöhung des Behälters, die aus Platin oder Nickel besteht, mit einer sehr dünqen Schicht 14 aus Erdakalioxyden (Barium- und/ oder Strontiumoxyd). Wenn man eine mit einer ao Schicht 14 aus Barium- und/oder Strontiumoxyd bedeckte Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 900 bis 1000° C erhitzt, treten infolge des Thermoionisations- oder thermoelektronischen Effektes (der auch Edison-Effekt genannt wird) Elektronen aus. (Kathoden aus Erdalkalioxyden haben den Vorteil, daß sie bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur Elektronen emittieren.) Die Elektronen werden durch die Anode 6 aufgefangen. Auf diese Weise wird eine Potentialdifferenz geschaffen, und ein elekirischer Strom ist zwischen der positiven Abnahmestelle 15 und der negativen Abnahmestelle 16 des Wandlers verfügbar, mit denen die Leitungen 17 und 18 verbunden sind. Der erzeugte Gleichstrom kann in einem äußeren Kreis oder einer beliebigen Last 19, die in Form eines regelbaren Widerstandes dargestellt ist, ausgenutzt werden.Attachment 4 is fused and protrudes into the attachment 4 and the wall 3 in such a way that its lower end ends at a short distance from the surface of the inner elevation of the container 1 and, on the other hand, with a lateral extension 8 for evacuating the space 9 between the container 1, the wall 3, the attachment 4 and the cylinder 5 is provided.
In order to form a non-oxidizable cathode 7 which emits electrons when it is heated to a relatively little elevated temperature by means of an external heat source, whereby a flame 10 or sun rays, for example, which are concentrated by mirrors and / or lenses, can serve as a heat source, z. B., if the transducer is arranged in a spaceship, you cover the surface of the inner elevation of the container, which consists of platinum or nickel, with a very thin layer 14 of Erdakalioxyden (barium and / or strontium oxide). If a surface covered with an ao layer 14 of barium and / or strontium oxide is heated to a temperature of approximately 900 to 1000 ° C., electrons emerge as a result of the thermionization or thermoelectronic effect (also known as the Edison effect). (Cathodes made from alkaline earth oxides have the advantage that they emit electrons at a relatively low temperature.) The electrons are captured by the anode 6. In this way a potential difference is created and an electrical current is available between the positive tapping point 15 and the negative tapping point 16 of the transducer, to which the lines 17 and 18 are connected. The direct current generated can be used in an external circuit or any load 19, which is shown in the form of a controllable resistor.

Gemäß dem Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung ordnet man, um die Potentialdifferenz und die verfügbare elektrische Leistung zwischen den Abnahmestellen 15 und 16 bei gleicher Erwärmung der Kathode 7 zu vergrößern und zur Erhöhung des Wirkungsgrades zwischen der Kathode 7 und der Anode 6, wenigstens einen sehr feinen Draht aus einem Material an, das ebenfalls Elektronen auszusenden vermag, jedoch widerstandsfähiger ist als das Kathodenmaterial, und das ein höheres Austrittspotential hat als dieses, beispielsweise einen Wolframdraht; dieser Draht ist elektrisch mit der Kathode verbunden und wird durch den Betrieb des Umformers selbst, wie weiter unten beschrieben, auf eine Temperatur gebracht, bei der eine wesentliche Elektronenemission stattfindet; diese Temperatur liegt oberhalb der Temperatur der Kathode.According to the main feature of the present invention, one assigns to the potential difference and the available electrical power between the tapping points 15 and 16 with the same heating of the To enlarge the cathode 7 and to increase the efficiency between the cathode 7 and the Anode 6, at least one very fine wire made of a material that also sends out electrons capable, but more resistant than the cathode material, and which has a higher exit potential than this, for example a tungsten wire; this wire is electrically connected to the cathode and is driven by the operation of the converter itself, as described below, brought to a temperature at which substantial electron emission takes place; this temperature is above the temperature of the cathode.

Man kann beispielsweise auch zwischen Anode 6 und Kathode 7 folgende Anordnungen treffen:For example, the following arrangements can also be made between anode 6 and cathode 7:

a) wie in F i g. 1 dargestellt, einen einzigen, sehr dünnen, wendeiförmigen Draht 20, der elektrisch nicht nur mit der Kathode bei 21, sondern auch mit der Anode bei 22 verbunden ist, odera) as in Fig. 1, a single, very thin, helical wire 20, which is electrically connected not only to the cathode at 21 but also to the anode at 22, or

b) wie in F i g. 2 dargestellt, ein Gitter 23, das aus einer Anzahl von sehr feinen Drähten besteht, die entweder gerade sind (24, F i g. 3) oder wellenförmig (25, F i g. 4); in diesem Falle wird das Gitter, beispielsweise durch eine Schweißnaht 26 an dem Behälter 1 befestigt und damit elektrisch mit der Kathode 7 verbunden, die ein Teil dieses metallischen Behälters ist.b) as in Fig. 2, a grid 23, which consists of a number of very fine wires, which are either straight (24, FIG. 3) or undulating (25, FIG. 4); in this case it will Grid, for example fastened to the container 1 by a weld seam 26, and thus electrically connected to the cathode 7 which is part of this metallic container.

Während des Betriebes der Einrichtung, wobei die Kathode 7, auf eine Temperatur von 900 bis 1000° C erhitzt wird und infolge des Thermoionisations-Effektes aus ihr Elektronen gegen die Anode 6 austreten, erhitzt sich der Draht 20 (F i g. 1) oder das Gitter 23 mit den Drähten 24, 25 (Fig. 2) auf eine Temperatur, die höher ist als die der Kathode (unter der Bedingung, daß der Draht oder die Drähte dünn genug sind); diese Erwärmung ist wahrscheinlich auf eines der beiden oder beide folgenden Phänomene zurückzuführen:During operation of the device, the cathode 7, at a temperature of 900 to 1000 ° C is heated and as a result of the thermionization effect, electrons emerge from it against the anode 6, the wire 20 (FIG. 1) or the grid 23 with the wires 24, 25 (FIG. 2) heats up to one Temperature higher than that of the cathode (on condition that the wire or wires are thin are enough); this warming is likely due to either or both of the following phenomena attributed to:

1. auf den Beschüß des Drahtes 20 oder der Drähte 24 bzw. 25 des Gitters 23 mit von der Kathode 7 ausgesandten Elektronen,1. on the bombardment of the wire 20 or the wires 24 or 25 of the grid 23 with from the Cathode 7 emitted electrons,

2. auf den Joule-Effekt; dieser Effekt zeigt sich so lange, wie der Draht 20 oder das Gitter 23 elektrisch mit Anode und Kathode verbunden ist, wie in F i g. 1 für den Draht 20 dargestellt ist, auf Grund dessen, daß die Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode beim Betrieb des Umformers einen elektrischen Strom erzeugt, der den Draht oder das Gitter durchläuft und erhitzt. Der Effekt zeigt sich ebenso, wenn der Draht oder das Gitter elektrisch nur mit der Kathode verbunden sind, wie in F i g. 2 für das Gitter dargestellt, weil dabei die Elektronen, die die Kathode verlassen und auf das Gitter auftreffen, einen elektrischen Stromkreis zwischen Kathode und dem Draht oder dem Gitter schließen, das mit der Kathode bei 26 verbunden ist, so daß der Strom in diesem Kreis den Draht oder das Gitter durchläuft. Es ist zu bemerken, daß der Draht oder das Gitter nicht auf dem Potential der Kathode liegen. (Es ist vielmehr erheblich negativer als das der Kathode, die sich durch den Austritt von Elektronen positiv auflädt.) 2. on the Joule effect; this effect is evident as long as the wire 20 or the grid 23 is electrical connected to the anode and cathode, as shown in FIG. 1 is shown for wire 20, due to the fact that the potential difference between anode and cathode when operating the Converter generates an electric current that passes through the wire or grid and heated. The effect can also be seen if the wire or the grid is only electrically connected to the Cathode are connected as shown in FIG. 2 shown for the lattice because the electrons that leaving the cathode and striking the grid, an electrical circuit between Close the cathode and the wire or grid connected to the cathode at 26, so that the current in this circle passes through the wire or grid. It is to be noted that the wire or grid is not at the cathode potential. (It is much more considerably more negative than that of the cathode, which is positively charged by the escape of electrons.)

Unter der Wirkung dieser starken Erwärmung emittiert der Draht 20 bzw. das Gitter 23 Elektronen infolge des Thermoionisations-Effektes, wenn er bzw. es genügend dünn ist, um auf die hohe Emissionstemperatur gebracht werden zu können; man benutzt als Material einen Stoff (Wolfram), der auf hohe Temperatur erhitzt werden kann, ohne daß die Widerstandsfähigkeit des Stoffes Schaden leidet, und bei dieser Temperatur ein hohes Elektronenemissionsvermögen aufweist. Die von dem Draht oder Gitter ausgehenden Elektronen vereinigen sich mit den Elektronen, die durch die Kathode 7 erzeugt werden und vergrößern die Intensität des Flusses der negativen Ladungen, die zur Anode 6 fließen; der Draht 20 bzw. das Gitter 23 und die Kathode 7 bilden einen Strahler oder eine zusammengesetzte Kathode mit erhöhter verfügbarer elektrischer Leistung und damit höherem energetischem Wirkungsgrad des Thermoionisations-Energiewandlers, der damit bei gleicher Wärmeleistung eine viel größere elektrische Leistung liefern kann.Under the effect of this strong heating, the wire 20 or the grid 23 emits electrons as a result of the thermionization effect, if it is sufficiently thin to be able to be brought to the high emission temperature; one uses as a material a substance (tungsten) that can be heated to a high temperature without the Resistance of the substance suffers damage, and at this temperature a high electron emissivity having. The electrons emanating from the wire or grid combine with it the electrons that are generated by the cathode 7 and increase the intensity of the flow of the negative charges flowing to the anode 6; the wire 20 or the grid 23 and the cathode 7 form a radiator or a composite cathode with increased available electrical power and thus higher energetic efficiency of the thermoionization energy converter, which with it the same heat output can deliver a much greater electrical output.

Mit anderen Worten ist es also möglich, den Draht 20 oder die Drähte 24 oder 25 aus Wolfram auf ihre Emissionstemperatur von ungefähr 2000° C zu erhitzen, indem man die Kathode 7 durch die Flamme 20 auf eine niedrigere Temperatur von ungefähr 900 bis 1000° C bringt, so daß man eine weniger widerstandsfähige, jedoch nicht oxydierbare Substanz für die Kathode 7 benutzen und die Erwärmung auf die erforderliche, verhältnismäßig niedrige Temperatur durch Kernenergie oder Sonnenenergie ohne schwereIn other words, it is also possible to have the wire 20 or the wires 24 or 25 made of tungsten on their Heat emission temperature of about 2000 ° C by passing the cathode 7 through the flame 20 to a lower temperature of about 900 to 1000 ° C, so that a less resistant, but not use oxidizable substance for the cathode 7 and the heating on the required, relatively low temperature by nuclear energy or solar energy without severe

und sperrige Konzentrationsvorrichtungen oder spezielle Flammen vornehmen kann.and can make bulky concentration devices or special flames.

Der Draht 20 oder die Drähte 24 oder 25 erreichen die hohe Emissionstemperatur beim Betrieb des Umformers, ohne daß andere, äußere Energiequellen als die, welche die Kathode erhitzen, zur Anwendung kommen.The wire 20 or the wires 24 or 25 reach the high emission temperature when the Converter, without other, external energy sources than those that heat the cathode, to use come.

Andererseits ist die Elektronenemission durch die
Kathode I₁ und damit die Leistung, begrenzt durch
das Phänomen der »Raumladung«; die von der Ka- io oder den Wolframdrähten hat die Wirkung, daß nicht thode ausgehenden Elektronen haben die Tendenz, nur die Raumladung verringert wird, sondern daß gegen diese zurückgeworfen zu werden infolge der
negativen Hülle von Elektronen, die sich über der
Kathode bildet. Es sind zwei Mittel bekannt, um die
Raumladung bei Thermoionisations-Energiewandlern 15
zu verringern oder sogar zu unterdrücken:On the other hand, the electron emission is due to the
Cathode I ₁ and thus the power, limited by
the phenomenon of "space charge"; that of the caio or the tungsten wires has the effect that electrons not emanating from the method have the tendency only to reduce the space charge, but rather to be thrown back against it as a result of the
negative shell of electrons that are above the
Cathode forms. There are two known means of doing this
Space charge in thermionization energy converters 15
reduce or even suppress:

1. dadurch, daß man die Entfernung zwischen den Elektroden, also zwischen der Kathode und der Anode, auf einen zehntel Millimeter verringert, was jedoch schwierig zu verwirklichen ist, insbesondere dann, wenn man zwischen Kathode und Anode einen Draht oder ein Gitter 23 anordnen will,1. by the distance between the electrodes, that is, between the cathode and the Anode, reduced to a tenth of a millimeter, but this is difficult to achieve, especially when a wire or a grid 23 is arranged between the cathode and anode want,

2. dadurch, daß man in den Raum 9 (wie bei 2 dargestellt) Cäsium oder ein anderes Element, wie z. B, ein Alkalimetall, mit niedrigem Ionisationspotential gibt, dessen Dampf z. B. bei einem Vakuum von 10~²mm Hg infolge der Erwärmung durch die Flamme 10 einen Teil der Ladung neutralisiert: das Cäsium-Atom ebenso wie das anderer Alkalimetalle, wie z. B. Rubidium, besitzt ein einziges Elektron auf der Außenschale, das es leicht durch Ionisation verliert (das Ionisationspotential des Cäsiums, das das kleinste ist, das es gibt, liegt bei ungefähr 3,87 V), wobei sich ein positives Ion bildet und die so erhaltenen Ionen mit den Elektronen der Kathode und des Cäsiums mehr oder weniger vollständig ein »Plasma« bilden. (Das lonisationspotential des Rubidiums ist etwas höher, nämlich 4,16 V.)2. in that one in the space 9 (as shown at 2) cesium or another element, such as. B, an alkali metal, with a low ionization potential, the vapor of which z. B. at a vacuum of 10 ~ ² mm Hg as a result of the heating by the flame 10, a part of the charge is neutralized: the cesium atom as well as that of other alkali metals, e.g. B. Rubidium, has a single electron on the outer shell that it easily loses through ionization (the ionization potential of cesium, which is the smallest there is, is around 3.87 V), forming a positive ion and the The ions obtained in this way form more or less completely a "plasma" with the electrons of the cathode and the cesium. (The ionization potential of rubidium is slightly higher, namely 4.16 V.)

Man kann die Ionisation des Cäsiums oder Rubidiums durch Kontakt mit einer warmen Oberfläche herbeiführen, jedoch unter der Bedingung, daß dasOne can ionize cesium or rubidium through contact with a warm surface bring about, but on the condition that the

Austrittspotential derselben ausreicht. Dabei verliert 45 zieht; diese Schicht 27 vergrößert die Lebensdauer jedes Atom eines ionisierbaren Gases, das auf ein des Umwandlers dadurch, daß sie die Widerstands-Element aus Metall auftrifft, ein Elektron zugunsten fähigkeit der Anode gegenüber Elektronenbeschuß dieses Metalls, wenn die Energie der Elektronen in und die Ionisation steigert.The exit potential of the same is sufficient. In doing so, 45 loses draws; this layer 27 increases the service life Every atom of an ionizable gas that hits one of the transducers by being the resistance element from metal, an electron in favor of the anode's ability to resist electron bombardment of this metal when the energy of the electrons in and the ionization increases.

dem Metall kleiner ist als die Energie der Elektronen, Es ist ferner vorteilhaft, der Austrittsoberfläche derthe metal is smaller than the energy of the electrons, it is also advantageous to the exit surface of the

die an das Atom gebunden sind, d. h. wenn das Aus- 50 Kathode eine gewölbte Form zu geben, um die trittspotential des Metalls größer ist als das Ionisa- Widerstandsfähigkeit gegen Verformung bei der Ertionspotential des Gas-Atoms. hitzung zu vergrößern. Auf den Fig.! und 2 hatwhich are bound to the atom, d. H. when the out 50 cathode to give a domed shape to the step potential of the metal is greater than the ionization resistance to deformation at the Ertionspotential of the gas atom. increase heating. On the fig.! and 2 has

Da das lonisationspotential des Cäsiums bei unge- die Oberfläche daher die Form einer Kugelkalotte, fähr 3,87 V und das des Rubidiums bei 4,16 V liegt, Damit die Entfernung zwischen den Elektronen konwährend das Austrittspotential des Bariums und des 55 stant ist, bildet man auch die Oberfläche der Anode 6 Strontiums der Schicht 14 etwas über 2 V liegt, ist es entsprechend aus; wie auf den Fig. 1 und 2 dargenicht möglich, Thermoionisations-Wandler mit - .. - _Since the ionization potential of the cesium with an un- the surface therefore has the shape of a spherical cap, about 3.87 V and that of rubidium is 4.16 V, so that the distance between the electrons is constant is the exit potential of the barium and the 55 constant, the surface of the anode 6 is also formed Strontium of layer 14 is slightly above 2 V, it is correspondingly off; as shown in FIGS. 1 and 2 possible, thermionization converter with - .. - _

Cäsium-Ionisation durch eine mit Erdalkalioxyden bedeckte Kathode zu verwirklichen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung bewirken dagegen die Elektronen, die aus der Oxydschicht 14 austreten, durch Beschüß und/oder den Joule-Effekt eine Erwärmung des Wolframdrahtes oder des Gitters 20 auf die Emissionstemperatur, und der Draht 20 oder dasRealize cesium ionization through a cathode covered with alkaline earth oxides. In the inventive Arrangement, on the other hand, is caused by the electrons emerging from the oxide layer 14, heating by bombardment and / or the Joule effect of the tungsten wire or the grid 20 to the emission temperature, and the wire 20 or the

Gitter 23 emittieren Elektronen. Auf diese Weise er- 65 durch Kernspaltung, durch ein radioaktives Isotop hält deren Austrittspotential einen Wert von etwa oder andere Mittel geschehen kann, emittiert diese 4,5 Elektronenvolt, der ausreicht, um das Cäsium Oberfläche aus Platin, die mit Erdalkalioxyden be- und sogar das Rubidium zu ionisieren. Man konnte deckt ist, Elektronen gegen die Anode 6, die kälterGrids 23 emit electrons. In this way, through nuclear fission, through a radioactive isotope whose exit potential holds a value of about or other means, this emits 4.5 electron volts, which is sufficient to make the cesium surface from platinum, which is loaded with alkaline earth oxides and even ionize the rubidium. One could cover is, electrons against the anode 6, which is colder

feststellen, daß das Cäsium, das Rubidium und auch das Kalium ein lonisationspotential aufweisen, das geringer ist als das Austrittspotential des Wolframs. Cäsium oder Rubidium-Atome können auch durch Elektronen ionisiert werden, die vom Platin der Platinkathode? kommen, dessen Austrittspotential bei ungefähr 4,7 V liegt. Jedoch hat Platin bei 1000° C eine äußerst geringe Emissionsdichte. Die Ionisation des Cäsiums durch Kontakt mit derdetermine that the cesium, the rubidium and also the potassium have an ionization potential that is less than the exit potential of the tungsten. Cesium or rubidium atoms can also be through Electrons are ionized by the platinum of the platinum cathode? come, its exit potential at is about 4.7V. However, platinum has an extremely low emission density at 1000 ° C. The ionization of cesium through contact with the

auch die Temperatur des Drahtes 20 oder der Drähte und 25, wenn auch wenig, gesteigert wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daßalso the temperature of the wire 20 or wires 15 and 25 is increased, albeit a little. this is due to the fact that

a) der Elektronenstrom, der den Draht oder die Drähte erreicht, größer wird, und zwar einerseits durch Vermehrung der Anzahl der Elektronen, auf Grund der Unterdrückung der Raumladung, die von der Oxydschicht 14 emittiert werden, und andererseits, weil bei der Ionisation des Cäsiums Elektronen erzeugt werden.a) the electron current that reaches the wire or wires increases, on the one hand by increasing the number of electrons due to the suppression of the space charge emitted by the oxide layer 14 and, on the other hand, because electrons are generated during the ionization of cesium will.

b) weil bestimmte Cäsium-Ionen (positive), die von Cäsium-Atomen herrühren, die ihr Elektron in der Außenschale durch Ionisation verloren haben, sich auf dem Draht 20 oder dem Gitter 23 mit Elektronen des Plasmas, das zwischen Anode und Kathode gebildet wird, und/oder Elektronen des Drahtes oder des Gitters unter tes vergrößert wird durch die Steigerung der Emission von Wärme wiedervereinigen undb) because certain cesium ions (positive), which come from cesium atoms, have their electron in the outer shell has lost due to ionization, on the wire 20 or the grid 23 with electrons of the plasma that is formed between anode and cathode, and / or The electrons of the wire or the grid under tes is enlarged by increasing the Reunite emission of heat and

c) weil die Erwärmung auf Grund des Joule-Effek-Potentialdiflerenz zwischen Anode und Kathode (wenn der Draht 20 oder das Gitter elektrisch zwischen Anode und Kathode, wie auf F i g. 1 dargestellt, geschaltet sind) oder zwischen dem Gitter 23 oder dem Draht und der Kathode (wenn das Gitter oder der Draht elektrisch nur mit der Kathode verbunden sind, wie in F i g. 2 gezeigt).c) because the heating due to the Joule-Effek potential diflerence between anode and cathode (if the wire 20 or the grid is electrically between anode and cathode, as in Fig. 1 shown, connected) or between the grid 23 or the wire and the cathode (if the grid or wire is electrically connected only to the cathode, as in Fig. 2 shown).

Es wurde bereits dargelegt, daß es möglich ist, die verfügbare Leistung und damit den Wirkungsgrad noch zu erhöhen, wenn man die Anode 6, wie in F i g. 1 dargestellt, mit einer Graphitschicht 27 überstellt, gibt man ihr die Form einer Kugelkalotte, die parallel zu der der Oberfläche der Kathode 7 verläuft. It has already been shown that it is possible to use the available power and thus the efficiency still to be increased if the anode 6, as shown in FIG. 1, covered with a graphite layer 27, it is given the shape of a spherical cap which runs parallel to that of the surface of the cathode 7.

Ein Wandler gemäß vorliegender Erfindung arbeitet wie folgt:A transducer in accordance with the present invention operates as follows:

Wenn man die Oberfläche der Kathode 7 auf eine Temperatur von ungefähr 1000° C bringt, was durch eine Flamme 10, durch konzentrierte Sonnenstrahlen,If you bring the surface of the cathode 7 to a temperature of about 1000 ° C, what by a flame 10, through concentrated rays of the sun,

9 109 10

ist und ein geringeres Austrittspotential hat. (Dieses 2. Emission zusätzlicher Elektronen mit großerand has a lower exit potential. (This 2nd emission of additional electrons with great

ist praktisch gleich dem des Cäsiums, also ungefähr kinetischer Energie durch das Wolfram, wobeiis practically the same as that of cesium, i.e. approximately kinetic energy through tungsten, where

1,81 V, weil das Cäsium 2 bei der Erhitzung teil- eine höhere Spannung geliefert wird (Kurve O₁), 1.81 V, because the cesium 2 is partly supplied with a higher voltage when heated (curve O ₁ ),

weise verdampft wird und ein Teil der Dämpfe auf 3. Ionisation des Cäsiums bei Kontakt mit demwise is evaporated and some of the vapors on 3. Ionization of the cesium on contact with the

der Anode kondensiert.) Der Draht 20 (F i g. 1) oder 5 Wolfram bei höherer Temperatur unter Liefe-the anode condenses.) The wire 20 (Fig. 1) or 5 tungsten at a higher temperature under delivery

die Drähte 24 und 25 des Gitters 23 (Fig. 2, 3, 4) rung eines Stromes höherer Leistung (Kurve b₂). the wires 24 and 25 of the grid 23 (Fig. 2, 3, 4) tion of a current of higher power (curve b ₂ ).

aus Wolfram werden auf eine Temperatur von unge- Ganz gleich, welche Ausführungsform der Erfin-made of tungsten are heated to a temperature of

fähr 2000° C gebracht, bei der sie durch den Elek- dung benutzt wird, sind gegenüber bekannten Wand-brought about 2000 ° C, at which it is used by the elec- tron, are compared to known wall

tronenbeschuß und/oder infolge des Joule-Effektes lern eine Reihe von Vorteilen vorhanden, die imelectron bombardment and / or as a result of the Joule effect learn a number of advantages in the

Elektronen emittieren. Durch die Erhitzung des io folgenden erwähnt sind: Zunächst ist es möglich, mitEmit electrons. By heating the io the following are mentioned: First of all, it is possible with

Wolframs wird das Cäsium im Raum 9 ionisiert, wo- erhöhtem Wirkungsgrad und ohne bewegliche TeileWith tungsten, the cesium is ionized in room 9, with increased efficiency and no moving parts

bei sich zusammen mit den von der Kathode und Wärmeenergie direkt in elektrische Energie um-together with the cathode and thermal energy converted directly into electrical energy

dem Draht 20 und den Drähten 24 und 25 austreten- zuwandeln. Es wird eine verhältnismäßig hohe Span-the wire 20 and the wires 24 and 25 exit to convert. A relatively high chip

den Elektronen ein Plasma bildet. nung von ungefähr 2,5 V geliefert. Ferner kann manforms a plasma for the electrons. voltage of approximately 2.5V. Furthermore, one can

Die Elektronen des Plasmas, insbesondere die- 15 verschiedene Wärmequellen mit verhältnismäßigThe electrons of the plasma, especially the 15 different heat sources with relative

jenigen, die von dem auf Emissionstemperatur ge- niedriger Temperatur von ungefähr 1000° C benut-those who use the temperature of around 1000 ° C, which is lower than the emission temperature.

brachten Draht 20 und den Drähten 24 und 25 zen, insbesondere die Sonnenwärme, die Kernenergie,brought wire 20 and wires 24 and 25 zen, especially solar heat, nuclear energy,

herrühren, werden durch die Anode 6 gesammelt, die Energie von radioaktiven Isotopen, so daß eineoriginate, are collected by the anode 6, the energy of radioactive isotopes, so that a

die ständig mit einer Schicht aus Cäsium bedeckt ist, Verwendung in künstlichen Satelliten und anderenpermanently covered with a layer of cesium, used in artificial satellites and others

das sich auf der Anode, die kälter als die Kathode 20 Raumfahrzeugen möglich ist.that is on the anode, which is colder than the cathode 20 spacecraft can do.

ist, niederschlägt. (Man kann im übrigen Einrich- Die spezifische Leistung des Umformers gemäßis, precipitates. (You can also set up the specific power of the converter according to

tungen, die nicht dargestellt sind, vorsehen, z. B. vorliegender Erfindung ist hoch, und er ist in jederservices that are not shown, provide, for. B. present invention is high, and it is in everyone

eine Kühleinrichtung, um die Anode abzukühlen.) Lage funktionsfähig, was seine Verwendung in Satel-a cooling device to cool the anode.

Das Ergebnis ist einerseits eine Anhäufung der liten und Raumfahrzeugen sehr interessant erscheinenThe result, on the one hand, is an accumulation of lites and spacecraft that appear very interesting

pegativen Ladungen auf der Anode 6 durch an- 35 läßt.negative charges on the anode 6 through 35.

kommende Elektronen, andererseits die Bildung eines Der Wandler kann direkt Wechselstrom liefern,coming electrons, on the other hand the formation of a The converter can deliver alternating current directly,

positiven Potentials auf der Kathode 7 und dem wenn man ihm eine Steuerelektrode oder ein Steuer-positive potential on the cathode 7 and if you give it a control electrode or a control

praht 20 (oder dem Gitter 23), hauptsächlich durch gitter zuordnet und ihn in einem Schwingungskreispraht 20 (or the grid 23), mainly by grating and assigning him to an oscillation circuit

Austritt von Elektronen. Aus diesem Grunde bildet anordnet, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, bei derEgress of electrons. For this reason, it is arranged as shown in FIG. 6 is shown in which

die Einrichtung einen elektrischen Generator oder 30 entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichenthe device an electrical generator or elements corresponding to 30 have the same reference numerals

ein elektrisches Element, die zwischen den Abnahme- tragen wie in Fig. 1.an electrical element, which wear between the decrease as in Fig. 1.

Stellen 15 und 16 einen Gleichstrom liefern können. Wie bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungs-Points 15 and 16 can supply a direct current. As in the case of FIG. 1 shown embodiment

Dieser Strom wird in der Last 19 ausgenutzt, die mit form besteht der in F i g. 6 dargestellte Wandler ausThis current is used in the load 19, which consists of the form shown in FIG. 6 converter shown

den Klemmen durch die Leitungen 17 und 18 ver- a) einer metallischen Kathode 7, die mit einer sehrthe terminals through the lines 17 and 18 a) a metallic cathode 7, which is connected to a very

bunden ist. (Auf den F i g. 1 und 2 ist durch Pfeile F 35 dünnen Schicht 14 aus Erdalkalioxyden (Ba-is bound. (On Figs. 1 and 2, arrows F 35 indicate a thin layer 14 of alkaline earth oxides (Ba-

die Richtung der Elektronenverschiebung angezeigt, rium- und/oder Strontiumoxyd) bedeckt ist,the direction of the electron shift is indicated, rium and / or strontium oxide) is covered,

die umgekehrt ist wie die in der Elektrizitätslehre b) einer Anode 6, die vorzugsweise mit einerwhich is the opposite of that in electricity theory b) an anode 6, preferably with a

üblicherweise definierte Stromrichtung.) Schicht 27 aus Graphit bedeckt ist,usually defined current direction.) Layer 27 of graphite is covered,

In F i g. 5 ist die Veränderung der gelieferten c) einem Vorrat 2 eines leicht ionisierbaren Stof-In Fig. 5 is the change in the supplied c) a supply 2 of an easily ionizable material

Spannung V in Abhängigkeit von der Zeit t aus- 40 fes, insbesondere Cäsium, der in dem Behälter 1Voltage V as a function of time t aus- 40 fes, in particular cesium, which is in the container 1

gehend vom Beginn der Elektronenemission durch angeordnet ist,going from the beginning of the electron emission through is arranged,

die Kathode 7, 14, dargestellt. Am Anfang steigt die d) einem sehr dünnen Draht 20 aus einem tempe-Spannung schnell an (Kurve C₁) bis zur Spannung V₁, raturbeständigen Material mit hohem Austrittsder Differenz zwischen dem Austrittspotential der potential, das in jedem Fälle oberhalb des AusOxyde (ungefähr 2 V) und dem Austrittspotential des 45 trittspotentials der Schicht 14 und des Ionisaauf der Anode niedergeschlagenen Cäsiums (ungefähr tionspotentials des den Vorrat 2 bildenden Stof-1,81 V). Diese sehr geringe Spannung V₁ (Kurve a_v fes liegen muß.the cathode 7, 14 shown. At the beginning the d) a very thin wire 20 from a tempe voltage rises rapidly (curve C ₁ ) up to the voltage V ₁ , temperature resistant material with high exit the difference between the exit potential of the potential, which in each case above the exit oxide (approx 2 V) and the emergence potential of the 45 emergence potential of the layer 14 and of the cesium deposited on the anode (approximately the ionic potential of the substance forming the reservoir 2 - 1.81 V). This very low voltage V ₁ (curve a _v fes must lie.

gestrichelte Linien) würde sich in Abwesenheit des Das Ganze ist in einem dichten Behälter, wie in Drahtes20 oder des Gitters23 stabilisieren. Wenn Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, untergeaber das Wolfram der Drähte 20, 23 Elektronen 5° bracht; die Erwärmung erfolgt durch eine Flamme 10, emittiert, so wächst die Spannung schnell von V₁ wodurch die Kathode 7,14 auf die Emissionstempeauf V_? an. Dabei ist F₂ die Differenz zwischen dem ratur von ungefähr 1000° C gebracht wird. Der Äustnttsprotential des Wolframs (ungefähr 4,5 V) Draht 20 erwärmt sich durch den Betrieb der Vor- und dem Austrittspotential des Cäsiums (1,81 V) ge- richtung infolge des Elektronenbeschusses und/oder paß Kurve b_v die sich bei diesem Wert F₂ (Kurve b₂) 55 des Joule-Effektes auf seine ·. Emissionstemperatur !Stabilisiert. Darüber hinaus wird durch die Ionisation von ungefähr 2000° C.dashed lines) would stabilize in the absence of the whole in a tight container, such as in wire20 or the grid23. When described in connection with FIG. 1, the tungsten of the wires 20, 23 brings electrons 5 °; the heating is done by a flame 10, emitted, so the voltage increases rapidly from V ₁ causing the cathode 7,14 to the emission temperature to V _? at. F _{2 is} the difference between the temperature of approximately 1000 ° C is brought. The external potential of the tungsten (approximately 4.5 V) wire 20 heats up due to the operation of the front and the exit potential of the cesium (1.81 V) direction as a result of the electron bombardment and / or curve b _v which is at this value F ₂ (curve b ₂ ) 55 of the Joule effect on its ·. Emission temperature! Stabilized. In addition, the ionization of around 2000 ° C.

des Cäsiums bei Berührung mit dem auf hoher Tem- Man sieht darüber hinaus eine Steuerelektrode 28of the cesium on contact with the high tem- You can also see a control electrode 28

peratur erhitzten Wolfram die Leistung des geliefer- vor, das in dem Behälter 1 durch eine Stütze 29 austemperature heated tungsten the power of the supplied before, which in the container 1 by a support 29 from

ten Stromes vergrößert, ohne daß die Spannung an- Isoliermaterial zwischen dem Draht 20 und derth current increased without the voltage on insulating material between the wire 20 and the

pteigt. Man hat somit drei aufeinanderfolgende Be- 60 Anode 6,27 befestigt ist. Diese Steuerelektrode 28 istpteigt. Thus three consecutive loading 60 anodes 6, 27 are attached. This control electrode 28 is

^riebsphasen, ausgehend von dem Augenblick, an durch einen Leiter 30, der durch eine ausgezogene^ rub phases, starting from the moment on by a ladder 30, which by an extended

dem die Kathode 7 die Temperatur erreicht hat, bei Spitze 31 des Behälters 1 geführt ist und durch einwhich the cathode 7 has reached the temperature, is guided at tip 31 of the container 1 and through a

der ein nennenswerter Elektronenaustritt stattfindet, Isolierstück 43 austritt, mit der Kathode 7,14 überwhich takes place a significant escape of electrons, insulating piece 43 exits, with the cathode 7,14 over

nämlich einen Widerstand 32 verbunden und steuert das Elek-namely a resistor 32 is connected and controls the elec-

1. Emission von Elektronen mit niederer kineti- 65 tronenbündel zwischen der Kathode 7,14 und der1. Emission of electrons with a lower kinetic electron bundle between the cathode 7,14 and the

scher Energie durch die Kathode 7, 14 mit Lie- Anode 6,27.shear energy through the cathode 7, 14 with Lie anode 6.27.

ferung eines Stromes sehr geringer Spannung Der mit einer Steuerelektrode ausgestattete Energie-feeding a current of very low voltage The energy source equipped with a control electrode

(Kurveßj), wandler wird in einem selbsterregten Schwingungs-(Curve), transducer is in a self-excited vibration

kreis 33 angeordnet, der aus einer Wicklung 34 besteht, die die Primärwicklung eines Ausgangstransformators 35 darstellt, dessen Sekundärwicklung 36 an den Klemmen 37 direkt ausnutzbaren Wechselstrom liefert; eines der Enden 38 der Wicklung 34 ist mit der Anode 6 über die Leitung 18 verbunden, während das andere Ende 39 der Wicklung mit dem Steuergitter 28 über einen Kondensator 40 verbunden ist; ein Zwischenabgriff 41 der Wicklung 34 ist über die Leitung 17 mit dem Punkt 15 verbunden, der sich auf dem gleichen Potential befindet wie die Kathode 7, weil der Behälter 1 aus Metall ist. Der Zwischenabgriff 41 kann über einen Läufer 17 α längs der Wicklung 34 verschoben werden, oder es sind Kontakte 42 vorgesehen, die mit unterschiedlichen Windungen der Wicklung 34 verbunden sind.circuit 33 is arranged, which consists of a winding 34, which is the primary winding of an output transformer 35, the secondary winding 36 at the terminals 37 supplies directly usable alternating current; one of the ends 38 of the winding 34 is connected to the anode 6 via the line 18, while the other end 39 of the winding is connected to the control grid 28 via a capacitor 40; An intermediate tap 41 of the winding 34 is connected via the line 17 to the point 15, which is at the same potential as the cathode 7 because the container 1 is made of metal. The intermediate tap 41 can be displaced along the winding 34 via a rotor 17 α , or contacts 42 are provided which are connected to different turns of the winding 34.

Der Aufbau der Steuerelektrode 28 ist wie üblich. Sie kann aus einem Gitter leitender Drähte bestehen, die in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen angeordnet sind, um ein Gitter quer durch das Elektronenbündel zu bilden, das durch die Kathode Ί, 14 und den Draht 20 ausgesandt wird und das gesteuert werden soll.The structure of the control electrode 28 is as usual. It can consist of a grid of conductive wires which are arranged in two mutually perpendicular directions to form a grid across the electron beam which is emitted by the cathode Ί, 14 and the wire 20 and which is to be controlled.

Als Schwingungskreis dient ein Kreis bekannter Bauart mit der Primärwicklung 34 eines Ausgangstransformators 35, um eine Angleichung der Impedanz zwischen dem Schwingungskreis, der die elektrische Energie liefert, und der Last, die zwischen den Klemmen 37 angeschlossen werden kann und die Energie verbraucht, zu ermöglichen und um zu verhindern, daß die Last von einem Gleichstrom durchflossen wird. Der Läufer 17 α dient dazu, die Frequenz einzuregulieren, die durch den Schwingungskreis und den Übertragungskoeffizienten bestimmt wird. Auf diese Weise kann mit dem Transformator die gewünschte Spannung eingestellt werden.A circuit of known type with the primary winding 34 of an output transformer is used as the oscillating circuit 35, in order to match the impedance between the resonant circuit that makes the electrical Energy supplies, and the load that can be connected between terminals 37 and the Energy consumed to enable and to prevent the load from flowing through a direct current will. The rotor 17 α is used to regulate the frequency, which is determined by the oscillating circuit and the transmission coefficient will. In this way, the desired voltage can be set with the transformer.

Die Arbeitsweise eines Energiewandlers, der Wechselstrom liefert, ist folgende: durch die Flamme 10 oder irgendwelche andere Wärmequellen wird die Kathode 7,14 erwärmt und emittiert Elektronen; dann erwärmt sich, wie bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform, der Draht 20 auf seine Emissionstemperatur durch den Beschüß mit Elektronen, die von der Kathode ausgehen und die auf den Draht auftreffen, sowie auf Grund des Joule-Effektes, da der Draht quer zu dem von der Kathode zur Anode fließenden Elektronenstrom liegt. Der Draht emittiert dann ebenfalls Elektronen. Diese sowohl von der Kathode als auch von dem Draht ausgehenden Elektronen treffen auf die Anode 6, 27 auf, die mit einem Cäsiumniederschlag bedeckt ist. Die Erwärmung des Drahtes 20 ruft gleichzeitig die Ionisation des Cäsiums hervor, wodurch sich die Raumladung erniedrigt und wodurch die Stromintensität und der Wirkungsgrad des Wandlers erhöht werden.The mode of operation of an energy converter which supplies alternating current is as follows: the cathode 7, 14 is heated by the flame 10 or any other heat source and emits electrons; then heats up, as in the case of FIG. 1, the wire 20 to its emission temperature due to the bombardment with electrons emanating from the cathode and striking the wire, as well as due to the Joule effect, since the wire lies transversely to the electron current flowing from the cathode to the anode . The wire then also emits electrons. These electrons emanating from both the cathode and the wire impinge on the anode 6, 27, which is covered with a cesium precipitate. The heating of the wire 20 simultaneously causes the ionization of the cesium, whereby the space charge is reduced and the current intensity and the efficiency of the converter are increased.

Der Elektronenfluß von der Kathode und dem Draht zur Anode erzeugt einen elektrischen Strom in der Wicklung 34, über die sich der Stromkreis schließt. Ein Teil der Potentialdifferenz zwischen den Enden 38 und 39 der Wicklung 34 wird von dem Läufer 17 a und über den Kondensator 40 an das Steuergitter 28 angelegt, daß den Elektronenfluß zwischen Kathode und Draht einerseits und der Anode andererseits steuert, und somit mit diesen Elektroden zusammen eine Triode bildet, die einen Teil der erzeugten Energie verstärkt. Auf diese Weise entsteht ein auf sinusförmige Schwingungen erzeugender Kreis. Der Ausgangstransformator 35 liefert zwischen den Klemmen 37 Wechselstromenergie, deren Frequenz beispielsweise 50 Hz, also die üblicherweise benutzte Netzfrequenz sein kann.The flow of electrons from the cathode and wire to the anode creates an electric current in the winding 34, via which the circuit closes. Part of the potential difference between the Ends 38 and 39 of the winding 34 is from the rotor 17 a and via the capacitor 40 to the Control grid 28 applied that the flow of electrons between the cathode and wire on the one hand and the anode on the other hand controls, and thus forms a triode together with these electrodes, which is part of the generated energy. In this way a sinusoidal oscillation is created Circle. The output transformer 35 supplies between the terminals 37 AC power, the frequency for example 50 Hz, that is to say the line frequency usually used.

Auf diese Weise kann man ohne bewegliche Teile Wärmeenergie, beispielsweise die einer Flamme, der Sonnenstrahlen oder Spaltungsenergie, in zwischen den Klemmen 37 abnehmbaren Wechselstrom umwandeln. In this way, heat energy, such as that of a flame, can be generated without moving parts Convert solar rays or fission energy into alternating current that can be drawn between terminals 37.

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Thermoelektronischer Energiewandler, bestehend aus einer beheizten, Elektronen emittierenden Kathode, einer gekühlten Anode zum Sammeln der Elektronen und einem einen oder mehrere dünne Drähte aufweisenden Gitter, daß zwischen Kathode und Anode angeordnet ist, wobei die Elektronen emittierende Fläche der Kathode, die Anode und das Gitter in einem abgeschlossenen Raum angeordnet sind, der evakuiert ist oder in dem sich ein leicht ionisierbares Gas befindet, und wobei das Gitter aus einem temperaturbeständigen Material besteht, das Elektronen erst bei sehr viel höheren Temperaturen emittiert als das die Kathode bildende Material und dessen Austrittspotential größer ist als das der Kathode und gegebenenfalls als das Ionisationspotential des Gases, während die dem abgeschlossenen Raum zugewandte Fläche der aus nicht oxydierendem Material bestehenden Kathode mit einer Schicht aus einem Stoff bedeckt ist, der bei verhältnismäßig niedriger Temperatur Elektronen emittiert und durch Beheizung der außerhalb des abgeschlossenen Raumes liegenden Fläche der Kathode auf diese relativ niedrige Temperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (20, 24, 25) innerhalb des Energiewandlers unmittelbar mit der Kathode elektrisch verbunden und derart ausgebildet ist, daß der Draht bzw. die Drähte durch den Betrieb des Wandlers auf eine solche merklich oberhalb der Temperatur der Kathode liegende Temperatur gebracht werden, daß sie Elektronen emittieren.1. Thermoelectronic energy converter, consisting of a heated, electron-emitting Cathode, a cooled anode to collect the electrons and one or more thin wires having a grid that is arranged between the cathode and anode, wherein the electron-emitting surface of the cathode, the anode and the grid in one enclosed A room that is evacuated or in which there is an easily ionizable gas, and wherein the grid is made of a temperature-resistant material that only absorbs electrons emitted at much higher temperatures than the material forming the cathode and its Exit potential is greater than that of the cathode and optionally than the ionization potential of the gas, while the surface facing the closed space consists of non-oxidizing Material existing cathode is covered with a layer of a substance that is relatively emits electrons at a low temperature and by heating the surface of the outside of the enclosed space Cathode is brought to this relatively low temperature, characterized in that that the grid (20, 24, 25) within the energy converter is electrically connected directly to the cathode is connected and designed such that the wire or wires by the operation of the Converter to such a temperature which is markedly above the temperature of the cathode are brought to emit electrons. 2. Thermoelektronischer Energiewandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (7), die durch Beheizung von außen auf eine Temperatur von 1000° C gebracht wird, aus Platin oder Nickel besteht und mit einer Schicht (14) aus Erdalkalioxyden bedeckt ist, während der Draht (20) bzw. die Drähte (24,25) des Gitters, deren Betriebstemperatur etwa 2000° C beträgt, aus Wolfram bestehen.2. Thermoelectronic energy converter according to claim 1, characterized in that the Cathode (7), which is brought to a temperature of 1000 ° C by heating from the outside Platinum or nickel and is covered with a layer (14) of alkaline earth oxides, during the Wire (20) or the wires (24,25) of the grid, the operating temperature of which is about 2000 ° C, consist of tungsten. 3. Thermoelektronischer Energiewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter aus einem einzigen, sehr feinen wendeiförmigen Draht (20) besteht, dessen eines Ende (21) mit der Kathode (7) und dessen anderes Ende (22) mit der Anode (6) verbunden ist.3. Thermoelectronic energy converter according to claim 1 or 2, characterized in that the grid consists of a single, very fine helical wire (20), one end of which (21) is connected to the cathode (7) and the other end (22) of which is connected to the anode (6). 4. Thermoelektronischer Energiewandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (23) aus einer Anzahl von sehr feinen, geraden oder gewellten, gitterförmig angeordneten Drähten (24, 25) gebildet ist.4. Thermoelectronic energy converter according to claim 1 or 2, characterized in that the grid (23) from a number of very fine, straight or corrugated, arranged in a grid shape Wires (24, 25) is formed. 5. Thermoelektronischer Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (6) mit einer Graphitschicht (27) bedeckt ist.5. Thermoelectronic energy converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the anode (6) is covered with a graphite layer (27). 6. Thermoelektronischer Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (7) und die Anode (6) eine gewölbte Form, vorzugsweise die Form einer Kugelkalotte haben.6. Thermoelectronic energy converter according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the cathode (7) and the anode (6) have a curved shape, preferably the shape of a Have spherical cap. 7. Thermoelektronischer Energiewandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gitter (20) und der Anode (6) eine Steuerelektrode (28) angeordnet ist, die mit der Kathode (7) über einen Widerstand (32) verbunden ist (Fig. 6).7. Thermoelectronic energy converter according to one of claims 1 to 6, characterized in that that a control electrode (28) is arranged between the grid (20) and the anode (6) which is connected to the cathode (7) via a resistor (32) (Fig. 6). 8. Thermoelektronischer Energiewandler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem selbsterregten Schwingungskreis angeordnet ist, der eine Wicklung (34) aufweist, die die Primärwicklung eines Ausgangstransformators (35) darstellt, dessen sekundäre Wicklung einen direkt verwendbaren Wechselstrom liefert (Fig. 6).8. Thermoelectronic energy converter according to claim 7, characterized in that it is in a self-excited oscillation circuit is arranged, which has a winding (34) which the Represents the primary winding of an output transformer (35), the secondary winding of which has a directly usable alternating current supplies (Fig. 6). 9. Thermoelektronischer Energiewandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende (38) der Wicklung (34) mit der Anode (6), das andere über einen Kondensator (40) mit dem Gitter verbunden ist und daß ein dazwischenliegender Abgriff dieser Wicklung mit der Kathode (7) in Verbindung steht.9. Thermoelectronic energy converter according to claim 8, characterized in that a End (38) of the winding (34) with the anode (6), the other via a capacitor (40) with the Grid is connected and that an intermediate tap of this winding with the Cathode (7) is in communication. In Betracht gezogene Druckschriften:Considered publications: Französische Patentschrift Nr. 1222073;French Patent No. 1222073; USA.-Patentschrift Nr. 3 021472;U.S. Patent No. 3,021,472; »Zeitschrift für angewandte Physik«, Bd. 14, 1962, Heft 1, S. 1 bis 9;"Journal for Applied Physics", Vol. 14, 1962, Issue 1, pp. 1 to 9; »Bulletin of the American Physical Society«, Bd. 3, 1958, S. 266;"Bulletin of the American Physical Society", Vol. 3, 1958, p. 266; »Journal of Applied Physics«, Bd. 30, 1959,
S. 475 bis 481."Journal of Applied Physics", Vol. 30, 1959,
Pp. 475 to 481. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings