Termiyonik jeneratör, termiyonik jeneratör veya termoelektrik motor olarak da adlandırılan termiyonik güç dönüştürücü, ısıyı ilk önce başka bir enerji biçimine dönüştürmek yerine termiyonik emisyon kullanarak doğrudan elektriğe dönüştüren bir cihaz sınıfından herhangi biri.
Bir termiyonik güç dönüştürücüde iki elektrot bulunur. Bunlardan biri, bir termiyonik elektron yayıcısı veya “sıcak plaka” haline gelmek için yeterince yüksek bir sıcaklığa yükseltilir. Yayılan elektronları aldığı için toplayıcı olarak adlandırılan diğer elektrot, önemli ölçüde daha düşük bir sıcaklıkta çalıştırılır. Elektrotlar arasındaki boşluk bazen bir vakumdur, ancak normalde düşük basınçta bir buhar veya gazla doldurulur. Termal enerji kimyasal, güneş veya nükleer kaynaklarla sağlanabilir. Termiyonik dönüştürücüler, hareketli parçası olmayan katı hal aygıtlarıdır. Yüksek güvenilirlik ve uzun servis ömrü için tasarlanabilirler. Bu nedenle, birçok uzay aracında termiyonik dönüştürücüler kullanılmıştır.
Sıcak bir plakadan elektron emisyonu, su ısıtıldığında buhar partiküllerinin serbest kalmasına benzer. Yayılan bu elektronlar toplayıcıya doğru akar ve devre, iki elektrotun şekilde bir direnç olarak gösterilen harici bir yük ile birbirine bağlanmasıyla tamamlanabilir. Elektronları serbest bırakmak için sağlanan termal enerjinin bir kısmı doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülürken, termal enerjinin bir kısmı toplayıcıyı ısıtır ve çıkarılması gerekir.
Termiyonik cihazların geliştirilmesi
18. yüzyılın ortalarında, Fransız bir kimyager olan Charles François de Cisternay Du Fay, kırmızı sıcak bir cismin bitişiğindeki gaz halinde maddede (yani plazmada) elektrik iletilebileceğini kaydetti. 1853'te Fransız fizikçi Alexandre-Edmond Becquerel, yüksek sıcaklıktaki platin elektrotlar arasındaki havada elektrik akımını sürmek için sadece birkaç voltun gerekli olduğunu bildirdi. 1882'den 1889'a kadar Almanya'dan Julius Elster ve Hans Geitel, biri diğeri soğutulurken ısıtılabilen iki elektrot içeren kapalı bir cihaz geliştirdiler. Sıcak elektrot pozitif şarj edilirse, oldukça düşük sıcaklıklarda elektrik akımının çok az dirençle aktığını keşfettiler. Orta derecede yüksek sıcaklıklarda, akım her iki yönde de kolayca akar. Bununla birlikte, daha yüksek sıcaklıklarda, negatif elektrottan gelen elektrik yükleri en kolay şekilde akar.
1880'lerde Amerikalı mucit Thomas Edison, vakumda termiyonik emisyona ilişkin bir patent başvurusunda bulundu. Patent talebinde, bir akımın bir akkor elektrikli lambanın ısıtılmış bir filamanından aynı cam küre içindeki bir iletkene geçtiğini açıkladı. Edison, daha sonra Edison etkisi olarak bilinen bu fenomeni ilk açıklayan olmasına rağmen, onu istismar etme girişiminde bulunmadı; elektrikli ışık sistemini mükemmelleştirmeye olan ilgisi önceliğe sahipti.
1899'da İngiliz fizikçi JJ Thomson, negatif yük taşıyıcıların doğasını tanımladı. Yükün kütleye oranının, elektronlar için bulduğu değere karşılık geldiğini ve termiyonik emisyonun temellerinin anlaşılmasını sağladığını keşfetti. 1915 yılında W. Schlichter, fenomenin elektrik üretmek için kullanılmasını önerdi.
1930'ların başlarında Amerikalı kimyager Irving Langmuir, temel cihazları oluşturmak için yeterli termiyonik emisyon anlayışı geliştirmişti, ancak 1956'ya kadar çok az ilerleme kaydedildi. O yıl başka bir Amerikalı bilim adamı George N. Hatsopoulos, iki tür termiyonik cihazı ayrıntılı olarak açıkladı. Çalışmaları termiyonik güç dönüşümünde hızlı ilerlemelere yol açtı.
Termiyonik dönüştürücüler yüksek hızlanmaya toleranslı olduklarından, hareketli parçalara sahip olmadıklarından ve nispeten büyük bir güç / ağırlık oranı sergilediklerinden, uzay aracındaki bazı uygulamalar için çok uygundurlar. Geliştirme çalışmaları, bir uzay aracındaki nükleer reaktörden elektrik sağlayan sistemlere odaklanmıştır. 900 ila 1.500 K (yaklaşık 600 ila 1.200 ° C veya 1.200 ila 2.200 ° F) sıcaklıklarda yüzde 12 ila 15 aralığında verimlilik sağlayabilirler. Bu dönüştürücüler yüksek sıcaklıklarda en iyi şekilde işlev gördüklerinden, sonunda geleneksel fosil yakıt enerji santrallerinde tepeleme cihazları olarak kullanılmak üzere geliştirilebilirler. Şu anda mevcut verimlilikleri onları belirli uzak veya düşmanca ortamlarda karasal uygulamalar için uygun güç kaynakları haline getirmektedir.
