Termionisk effektkonverter, også kaldet termionisk generator, termionisk kraftgenerator eller termoelektrisk motor, hvilken som helst af en klasse af enheder, der konverterer varme direkte til elektricitet ved hjælp af termionemission i stedet for først at ændre den til en anden form for energi.
En termionisk effektkonverter har to elektroder. En af disse hæves til en tilstrækkelig høj temperatur til at blive en termionisk elektronemitter, eller "varmeplade." Den anden elektrode, kaldet en samler, fordi den modtager de udsendte elektroner, drives ved en markant lavere temperatur. Rummet mellem elektroderne er undertiden et vakuum, men fyldes normalt med en damp eller gas ved lavt tryk. Den termiske energi kan leveres af kemiske, sol- eller nukleare kilder. Termisk omformere er enheder i fast tilstand uden bevægelige dele. De kan designes til høj pålidelighed og lang levetid. Således er termioniske konvertere blevet anvendt i mange rumfartøjer.
Emission af elektroner fra en varmeplade er analog med frigivelse af damppartikler, når vand opvarmes. Disse udsendte elektroner strømmer mod samleren, og kredsløbet kan afsluttes ved at forbinde de to elektroder med en ekstern belastning, vist som en modstand på figuren. En del af den termiske energi, der leveres til at frigøre elektronerne, konverteres direkte til elektrisk energi, mens nogle af den termiske energi opvarmer opsamleren og skal fjernes.
Udvikling af termiske enheder
Allerede i midten af det 18. århundrede bemærkede Charles François de Cisternay Du Fay, en fransk kemiker, at der kan ledes elektricitet i det gasformige stof - det vil sige plasma - ved siden af en rødglødende krop. I 1853 rapporterede den franske fysiker Alexandre-Edmond Becquerel, at kun nogle få volt var påkrævet for at føre elektrisk strøm gennem luften mellem højtemperatur-platinealektroder. Fra 1882 til 1889 udviklede Julius Elster og Hans Geitel fra Tyskland en forseglet enhed indeholdende to elektroder, hvoraf den ene kunne opvarmes, mens den anden blev afkølet. De opdagede, at ved forholdsvis lave temperaturer strømmer elektrisk strøm med lidt modstand, hvis den varme elektrode er positivt ladet. Ved moderat højere temperaturer flyder strømmen let i begge retninger. Ved endnu højere temperaturer strømmer elektriske ladninger fra den negative elektrode dog med største lethed.
I 1880'erne ansøgte den amerikanske opfinder Thomas Edison om et patent vedrørende termionemission i et vakuum. I sin patentanmodning forklarede han, at en strøm går fra et opvarmet glødetråd af en glødelampe til en leder i den samme glasjord. Skønt Edison var den første, der afslørede dette fænomen, der senere blev kendt som Edison-effekten, gjorde han intet forsøg på at udnytte det; hans interesse i at perfektionere det elektriske lyssystem fik forrang.
I 1899 definerede den engelske fysiker JJ Thomson arten af de negative ladningsbærere. Han opdagede, at deres forhold mellem ladning og masse svarede til den værdi, han fandt for elektroner, hvilket gav anledning til en forståelse af grundlæggende elementer i termionemission. I 1915 foreslog W. Schlichter, at fænomenet skulle bruges til generering af elektricitet.
I begyndelsen af 1930'erne havde den amerikanske kemiker Irving Langmuir udviklet tilstrækkelig forståelse af termionemission til at bygge grundlæggende apparater, men der blev gjort lidt fremskridt indtil 1956. I år beskrev en anden amerikansk videnskabsmand, George N. Hatsopoulos, detaljeret to slags termioniske apparater. Hans arbejde førte til hurtige fremskridt inden for termionisk kraftomdannelse.
Da termioniske konvertere er tolerante over for høj acceleration, ikke har nogen bevægelige dele og udviser et relativt stort effekt / vægtforhold, er de velegnet til nogle anvendelser i rumfartøjer. Udviklingsarbejdet har fokuseret på systemer til at levere elektrisk energi fra en atomreaktor ombord på et rumfartøj. De kan give effektivitet i området fra 12 til 15 procent ved temperaturer fra 900 til 1.500 K (ca. 600 til 1.200 ° C eller 1.200 til 2.200 ° F). Da disse omformere fungerer bedst ved høje temperaturer, kan de efterhånden udvikles til brug som toppeindretninger i konventionelle kraftværker med fossilt brændsel. Deres aktuelt tilgængelige effektivitet gør dem til passende strømkilder til jordbaseret anvendelse i visse fjerntliggende eller fjendtlige miljøer.
