DE1489268C3 - Thermionischer Konverter - Google Patents

Description

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röhren bereits vorgeschlagen worden, Bau- und Betriebsteile im Konverter gegeneinander durch wärmedämmende Schinne abzudecken (deutsche Auslegeschrift 1 464 090).

Es sind weiterhin Konverter bekannt, bei denen wärmedämmende Schirme an solchen Stellen im Innenraum angeordnet sind, an denen Bauteile des Emittersystems, welche im Betrieb niedrigere Temperaturen als die Emitterelektrode aufweisen, den Bauteilen des Kollektorsystems benachbart sind (USA.-Patentschrift 3 176 165 und britische Patentschrift 977 954). Es ist ferner bekannt, zwischen Teilen, die einem einzigen Elektrodensystem angehören, einen Wärmeschirm anzubringen, um übermäßige Wärmeübertragungen auf ein bestimmtes Teil zu verhindern (deutsche Auslegeschrift 1 177 705).

Bei derartigen Konvertern hat sich nun herausgestellt, daß für Temperaturen unterhalb der Emitterelektrodentemperatur für die Elektronen ein potentielles Energiegefälle vom Kollektor zum Emitterteil auftreten kann, und zwar um so ausgeprägter, je tiefer die Temperatur des betreffenden Emitterbauteils Hegt. Im Ergebnis kommt es dann zu einem inneren Kurzschluß im Konverter, wobei die Kurzschlußgefahr um so größer wird, je näher die betreffenden Bauteile einander benachbart sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem thermionischen Konverter die Kurzschlußgefahr innerhalb des Konverters zu beseitigen.

rechteckige Längskapillaren 7 bzw. 8. Die Emitterwärmeröhre weist 62 Kapillaren von 0,25 mm Breite und 0,4 mm Tiefe auf. Sie besteht einschließlich der Elektrode aus Tantal. Als Emitterschichtmaterial dient aufgedampftes Wolfram. Die Schichtoberfläche beträgt 17,5 cm². Die Röhre hat im verjüngten Teil einen Innendurchmesser von 8 mm. Als Wärmeträger dient Blei. Die Emitterelektrode ist mit dem verjüngten Teil der Wärmeröhre durch das Konusstück 9 verbunden. Am unteren Ende ist die Wärmeröhre durch den eingeschweißten Stopfen 10 verschlossen, am oberen Ende, also an der Elektrode, durch den eingeschweißten Stopfen 11 mit Stempel 12. Die KoI-lektorwärmeröhre besteht aus der Legierung Nb-I Zr. Sie hat einen Innendurchmesser von 27 mm und weist 112 Kapillaren von 0,4 mm Breite und 0,6 mm Tiefe auf. Als Wärmeträger dient Cäsium.

Die Kollektorelektrode besteht ebenfalls aus Nb-I Zr. An der dem Emitter zugekehrten Seite ist sie mit einer aufgesinterten Molybdänschicht bedeckt. An der der Wärmeröhre zugekehrten Seite besitzt sie Längskapillaren 13. Es sind 240 rechteckige Kapillaren von 0,1 mm Breite und 0,5 mm Tiefe vorhanden. Kollektorelektrode und Kollektorwärmeröhre sind unten am Ringboden 14, der gleichfalls Kapillaren IS aufweist, verschweißt. Oben wird die Kollektorelektrode durch den domartigen Deckel 16 abgeschlossen, der verschweißt ist. In den Elektrodenraum mündet zentral das Rohr 17 ein, welches zum Cäsium-Reservoir führt. Es durchdringt den oberen Abschlußdeckel 18 der Wärmeröhre.

Der Konverter ist einmal über das Konusstück an

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einem ersten Flansch 19 gehalten, der auch die Mi- bran 29 aus Tantal auf den Stempel aufgesetzt. Sie

nusklemme 20 trägt. Zum anderen wird er über die schirmt dabei mit ihrer lang heruntergezogenen Wan-

Kollektorwärmeröhre in der Hülse 21 gehalten, dung Stempel und Membran elektrisch vollständig

welche am erwähnten Ringboden 14 verschweißt ist. ab, zu denen nun ein Überschlag von der Kollektor-

Die Hülse ihrerseits ist am oberen Ende an einem 5 elektrode erfolgen könnte.

zweiten Flansch 22 verschweißt, welcher auch die Mit ihren vier Kanten berührt die Kappe die In-"

Plusklemme 23 trägt. nenwand der Kollektorelektrode; es wird ein Elek-

Die Elektrodensysteme sind elektrisch durch den trodenabstand von 0,35 mm eingehalten. Die Radial-

! keramischen Ring 24 aus Al₂O₃ gegeneinander iso- und Längsbohrung 30 des Stempels verbindet den

liert. Der Ring ist an Manschetten 25,26 aus Nb-I Zr io Membranraum mit dem Elektrodenraum,

angelötet, die ihrerseits mit den erwähnten Flanschen Der Konverter erreicht bei den obengenannten

j gasdicht verbunden sind. Hierdurch entsteht der — Temperaturen eine Leistungsdichte am Kollektor

neben den Gasräumen der beiden Wärmeröhren— von 6 W/cm², also eine Gesamtaustrittsleistung von

dritte getrennte Gasraum des Konverters, der Elek- 105 W.

trodenraum, welcher mit Cäsium gefüllt ist. 15 In Fig. 2 sind die Verhältnisse wegen der ebenen

Im folgenden wird nun Art und Ort der Anbrin- Elektrodenausbildung des Konverters einfacher. Es

gung. zweier wärmedämmender Schirme gemäß der bezeichnen: 31 die Emitterwärmeröhre, 32 die KoI-

Erfindung beschrieben, lektorwärmeröhre, 33 die Emitterelektrode, 34 die

Der erste Schirm ist die Al,O₃-Hülse 27, welche Emitterschicht, 35 die Kollektorelektrode (mit Kapil-

lose im Spalt zwischen Isolierring 24 und den be- 20 laren 36 von 0,4 mm Breite und 0,4 mm Tiefe), 37

nachbarten Konverterteilen gelagert ist. Die Hülse das Cäsiumversorgungsrohr, 38 einen Kapillarstruk-

überdeckt besonders diejenigen Bauteile des Emitter- tureinsatz im Verdampferteil der Emitterwärmeröhre

systems, deren Temperatur am tiefsten unter derjeni- (mit 60 Kapillaren von 0,1 mm Breite und 0,4 mm.

gen der Emitterelektrode liegt. Das sind im vorlie- Tiefe), 39 den äußeren Halteflansch der Emitterwär-

genden Falle der aufrechtstehende Kragen des Flan- 25 meröhre, 40 die negative Klemme des Konverters,

sches 19 und die Manschette 25. Hier könnte am und 41 die positive Klemme.

ehesten ein Überschlag vom Kollektorsystem zum Wie beim Konverter nach F i g. 1 sind auch hier Emittersystem erfolgen. Es sei bemerkt, daß der die Elektrodensysteme elektrisch voneinander durch Emitter bei einer Betriebstemperatur von 1600° C, einen Keramikring 42 aus Al₂O₃ isoliert, und zwar der Kollektor bei einer Betriebstemperatur von 30 unter Verwendung der Manschetten 43, 44. Wie in 900° C arbeitet. In Bezug auf den Isolierring 24 übt Fig. 1 dient eine Al₂O₃-Hülse 45, lose zwischen Isodie Hülse 27 auch einen wärmedämmenden Einfluß lierring und Emitter eingefügt, zur elektrischen Abaus. ■ schirmung gegen Überschlag und als Wärmeschild Der zweite wärmedämmende Schirm im Sinne der für die Isolierung. Ein Überschlag könnte besonders Erfindung befindet sich im Elektrodenraum der KoI- 35 zwischen den Manschetten 43 und 44 auftreten. Er lektorelektrode oberhalb der Emitterelektrode. Er er- wird durch die Verengung des Entladungsweges verfüllt einen doppelten Zweck: einmal bildet er das hindert, die die Hülse 45 in der betreffenden Zone Zentrierorgan am oberen Ende der Emitterelektrode verursacht.

in der Kollektorelektrode, zum anderen sichert er die Eine Besonderheit beim dargestellten Konverter

für die Befestigung dieses Anschlages erforderlichen 40 besteht noch in der Einstellung des Elektrodenab-

Bauteile an der Emitterelektrode gegen Überschlag Standes, hier 0,30 mm. Der Abstand wird mit einer

von der Kollektorelektrode her. Niobiumringfolie erzeugt, die in die Hauptbaufuge

Wie F i g. 1 zeigt, besitzt die Emitterelektrode am der Konverterhälften eingelegt wird (s. Bezugszei-

oberen Ende den Stopfen 11 mit Stempel 12. Der chen 46). Die Folie hat eine Dicke, die dem geStempel bildet den Sockel für das erwähnte Zentrier- 45 wünschten Elektrodenabstand entspricht. Sie wird

organ, das durch die Keramikkappe 28 gebildet mit dem Fugenrand verschweißt. Der Ring 47 hinter

wird. Die Kappe ist im Querschnitt vierkantig abge- der Fuge dient der Zentrierung beim Zusammenbau

plattet, und lose unter Vermittlung der Zentriermem- der Konverterhälften. .. ■ ■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Thermionischer Konverter mit wärmedämmenden, aus hitzebeständigem Material bestehenden Schirmen, bei dem die Schirme in solchen Spalten und Räumen des Konverters angebracht sind, in denen Bauteile des Emittersystems, welche Temperaturen unterhalb der Betriebstemperatur der Emitterelektrode aufweisen, Bauteilen des Kollektorsystems benachbart sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme (27, 28) aus elektrisch isolierendem, hitzebeständigem Material bestehen.

2. Thermionischer Konverter nach Anspruch 1, mit koaxialzylindrischem Elektrodensystem, gekennzeichnet durch ein Zentriersystem (6) am freien Ende des Emitterelektrode, dessen Zentrierorgan (28) zugleich als Schirm mitbenutzt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schirme aus elektrisch isolierendem, hitzebeständigem Material bestehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch Verwendung von elektrisch isolierenden Schirmen, die zwischen gleich heißen Teilen des Emitter- und Kollektorsystems bzw. dort eingesetzt werden, wo Teile des Kollektorsystems relativ kühlen Teilen des Emittersystems nahekommen, der Rückemissionseffekt unterdrückt wird und ein Kurzschluß nicht auftritt.

Dabei spielt es keine Rolle, ob der Konverter Wärmeröhren aufweist oder nicht. Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß die Isolierschirme auch eine rein thermische Abschirmung für gefährdete Bauteile bewirken, wie beispielsweise die elektrische Isolation zwischen den Elektrodensystemen zu schützen.

In der Zeichnung werden zwei erprobte Kon-

3. Thermionischer Konverter nach Anspruch 1, so vertermodelle veranschaulicht, die mit Al,O₃-Schir-

dadurch gekennzeichnet, daß die Schirme (27, 28) aus Oxydkeramik bestehen.

men ausgestattet sind. Beide Konverter besitzen Wärmeröhren, doch ist das, wie erwähnt, für die Anwendung und Wirkungsweise der Schirme ohne Bedeutung, da die hier interessierende Kurzschlußgefahr überwiegend ein Temperaturproblem ist. Es

— zeigt, jeweils im Längsschnitt,

Fig. 1 einen thermionischen Konverter mit koaxialzylindrischen Elektroden und

Fig.2 einen thermionischen Konverter mit plan-Die Erfindung bezieht sich auf thermionische Kon- 30 parallelen Elektroden.

In F i g. 1 bezeichnet 1 die Emitterwärmeröhre, 2 die Kollektorwärmeröhre, 3 die zylindrische Emitterelektrode, 4 die Emitterschicht, 5 die zylindrische Kollektorelektrode und 6 das Zentriersystem der

verter mit wärmedämmenden, aus hitzebeständigem Material bestehenden Schirmen, bei dem die Schirme in solchen Spalten und Räumen des Konverters angebracht sind, in denen Bauteile des Emittersystems,

welche Temperaturen unterhalb der Betriebstempe- 35 Kollektorelektrode.

ratur der Emitterelektrode aufweisen, Bauteilen des Die Wärmeröhren besitzen an der Innenwandung

Kollektorsystems benachbart sind.

Es ist bei thermionischen Konvertern mit an Emitter- und Kollektorelektrode angeschlossenen Wärmebestimmte