Generatory termioniczne.

Działanie generatora termionicznego jest oparte na efekcie Edisona, który polega na wysyłaniu elektronów przez rozżarzoną powierzchnię. Efekt ten może wyć wykorzystywany do bezpośredniego przetwarzania ciepła na energię elektryczną. Urządzenie, które może być wykorzystywane do tego celu składa się z dwóch równoległych płyt metalowych , emitera wysyłającego elektrony i kolektora zbierającego te elektrony, umieszczonych w próżni. Płyty te są połączone przewodami z odbiornikiem energii elektrycznej. Jeśli emiter jest ogrzewany, a kolektor chłodzony, to elektrony wylatują z gorącej powierzchni i trafiają do zimnej. W ten sposób zostaje zrealizowany zamknięty układ, w którym krąży czynnik roboczy - strumień elektronów. Ponieważ powierzchnia ogrzewana wysyła elektrony o nierównomiernej prędkości i niejednakowych energiach kinetycznych, więc niektóre z elektronów mają za małą energię, aby przebyć szczelinę między elektrodami, zbierają się w niej i tworzą tak zwany ładunek przestrzenny. Wskutek tego elektrony przepływające przez szczelinę napotykają na dodatkowy opór. Różnica potencjałów V, jaka powstaje w generatorze i może być praktycznie wykorzystana do zasilania odbiornika energii elektrycznej, jest różnicą potencjałów obu elektrod, zależnych od ich materiału i temperatury zmniejszoną o opór ładunku przestrzennego. Aby zmniejszyć działanie ładunku przestronnego, należy stosować bardzo dużą próżnię oraz bardzo małe (~0,01mm) odległości między elektrodami. Skutecznym sposobem jest tu wprowadzenie do przestrzeni międzyelektrodowej gazu lub pary zjonizowanej (np. pary cezu). Generator termioniczny nazywany diodą, jest silnikiem cieplnym pracującym w układzie zamkniętym. Sprawność takiego generatora oblicza się według wzoru:

gdzie: V - różnica potencjałów wytwarzana w generatorze,

I - natężenie wytwarzanego prądu,

W - ciepło doprowadzane.

[rys.1] Schemat układu generatora termionicznego

Generator termioniczny jest urządzeniem o małej mocy. Wykonywane dotychczas generatory miały moce nie przekraczające kilkuset watów, a ich sprawność wynosiła kilkanaście procent. Postęp w dziedzinie materiałów termoemisyjnych pozwala oczekiwać uzyskania sprawności około 30% przy napięciu generowanego prądu stałego 2-3 V. Dla uzyskania jednostek o dużej mocy należałoby zbudować układ złożonych z większej ilości pojedynczych generatorów, łączonych równolegle (dla podwyższenia napięcia jednostki takie łączy się szeregowo). Ciepło odebrane od kolektora może być wykorzystywane we wtórnym obiegu parowo - gazowym, podobnie jak w omówionym generatorze MHD. W takim przypadku generator termioniczny stanowi wysokotemperaturową część złożonego układu siłowni. Generatory termioniczne doskonale nadają się do współpracy z reaktorem jądrowym jako źródłem ciepła. Elektrody stanowić tu może na przykład podwójna koszulka pręta paliwowego (wewnętrzna - ogrzewany paliwem emiter, zewnętrzna - chłodzony chłodziwem kolektor). Przemysłowe wykorzystywanie generatorów termionicznych jest na razie sprawą przyszłości.

2

Emiter

Kolektor

T

T_o

Q

Q_o

V

---