Termisk kraftomformer, også kalt termionisk generator, termionisk kraftgenerator eller termoelektrisk motor, hvilken som helst av en klasse enheter som konverterer varme direkte til strøm ved å bruke termisk utslipp i stedet for først å endre den til en annen form for energi.
En termionisk kraftomformer har to elektroder. En av disse blir hevet til en tilstrekkelig høy temperatur til å bli en termionisk elektronutsender, eller "kokeplate." Den andre elektroden, kalt en samler fordi den mottar de utsendte elektronene, blir betjent ved en betydelig lavere temperatur. Avstanden mellom elektrodene er noen ganger et vakuum, men fylles normalt med en damp eller gass ved lavt trykk. Den termiske energien kan tilføres fra kjemiske, sol- eller kjernekilder. Termisk omformere er solid-state-enheter uten bevegelige deler. De kan designes for høy pålitelighet og lang levetid. Dermed er termioniske omformere blitt brukt i mange romfartøyer.
Utslipp av elektroner fra en varm plate er analog med frigjøring av damppartikler når vann varmes opp. Disse utsendte elektronene strømmer mot samleren, og kretsen kan fullføres ved å sammenkoble de to elektrodene ved en ekstern belastning, vist som en motstand på figuren. En del av den termiske energien som tilføres for å frigjøre elektronene, konverteres direkte til elektrisk energi, mens noe av den termiske energien varmer oppsamleren og må fjernes.
Utvikling av termiske enheter
Så tidlig som på midten av 1700-tallet bemerket Charles François de Cisternay Du Fay, en fransk kjemiker, at det kan ledes elektrisitet i gassformet materiale - det vil si plasma - ved siden av en rødglødende kropp. I 1853 rapporterte den franske fysikeren Alexandre-Edmond Becquerel at bare noen få volt var nødvendig for å føre elektrisk strøm gjennom luften mellom høye temperaturer platinaelektroder. Fra 1882 til 1889 utviklet Julius Elster og Hans Geitel fra Tyskland en forseglet enhet som inneholdt to elektroder, hvorav den ene kunne varmes opp mens den andre ble avkjølt. De oppdaget at ved ganske lave temperaturer strømmer elektrisk strøm med liten motstand hvis den varme elektroden er positivt ladet. Ved moderat høyere temperaturer strømmer strøm lett i begge retninger. Ved enda høyere temperaturer strømmer imidlertid elektriske ladninger fra den negative elektroden med størst letthet.
I 1880-årene søkte den amerikanske oppfinneren Thomas Edison om patent knyttet til termisk utslipp i vakuum. I sin patentforespørsel forklarte han at en strøm går fra et oppvarmet glødetråd av en glødelampe til en leder i samme glassverden. Selv om Edison var den første som avslørte dette fenomenet, som senere ble kjent som Edison-effekten, gjorde han ikke noe forsøk på å utnytte det; hans interesse for å perfeksjonere det elektriske lyssystemet hadde forrang.
I 1899 definerte den engelske fysikeren JJ Thomson arten av de negative ladningsbærerne. Han oppdaget at forholdet mellom ladning og masse tilsvarte verdien han fant for elektroner, noe som ga opphav til en forståelse av grunnleggende elementer i termionutslipp. I 1915 foreslo W. Schlichter at fenomenet skulle brukes til å generere strøm.
I begynnelsen av 1930-årene hadde den amerikanske kjemikeren Irving Langmuir utviklet tilstrekkelig forståelse for termionutslipp til å bygge grunnleggende apparater, men liten fremgang ble gjort før i 1956. Det året en annen amerikansk forsker, George N. Hatsopoulos, beskrev i detalj to slags termioniske apparater. Hans arbeid førte til raske fremskritt i termionisk kraftomstilling.
Fordi termioniske omformere er tolerante for høy akselerasjon, ikke har bevegelige deler og utviser et relativt stort kraft-til-vekt-forhold, er de godt egnet for noen applikasjoner i romfartøy. Utviklingsarbeidet har fokusert på systemer for å levere elektrisk kraft fra en atomreaktor om bord i et romfartøy. De kan gi effektivitet i området 12 til 15 prosent ved temperaturer fra 900 til 1500 K (ca. 600 til 1200 ° C, eller fra 1200 til 2200 ° F). Siden disse omformerne fungerer best ved høye temperaturer, kan de etter hvert bli utviklet for bruk som topping-enheter i konvensjonelle kraftverk med fossilt brensel. Deres tilgjengelige effektiviteter gjør dem til egnede strømkilder for bruk på land i visse fjerntliggende eller fiendtlige miljøer.
