JPH07322659A - 熱電子発電素子及びその電極間隙調節方法 - Google Patents
熱電子発電素子及びその電極間隙調節方法Info
- Publication number
- JPH07322659A JPH07322659A JP6114944A JP11494494A JPH07322659A JP H07322659 A JPH07322659 A JP H07322659A JP 6114944 A JP6114944 A JP 6114944A JP 11494494 A JP11494494 A JP 11494494A JP H07322659 A JPH07322659 A JP H07322659A
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- Japan
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- electrode
- gap
- power generation
- generation element
- emitter
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エミッタ電極とコレクタ電極との間隙を長期
間にわたって所定の間隙に調節、維持することの出来る
熱電子発電素子及びその電極間隙を調節する方法を提供
する。 【構成】 熱電子を放出するエミッタ電極と、このエミ
ッタ電極からの熱電子を捕集するコレクタ電極と、エミ
ッタ電極及びコレクタ電極の各々に延設して設けられ、
両電極とを所定の間隙に支持する電極支持材とを備えた
熱電子発電素子において、所定の間隙は、温度変化に応
じて変形する屈曲した電極支持材によって調節されるも
のである。又、エミッタ電極とコレクタ電極との電極間
隙は、各電極支持材を流れる電流による発生熱に対応し
て電極支持材が変形することによって調節される。
間にわたって所定の間隙に調節、維持することの出来る
熱電子発電素子及びその電極間隙を調節する方法を提供
する。 【構成】 熱電子を放出するエミッタ電極と、このエミ
ッタ電極からの熱電子を捕集するコレクタ電極と、エミ
ッタ電極及びコレクタ電極の各々に延設して設けられ、
両電極とを所定の間隙に支持する電極支持材とを備えた
熱電子発電素子において、所定の間隙は、温度変化に応
じて変形する屈曲した電極支持材によって調節されるも
のである。又、エミッタ電極とコレクタ電極との電極間
隙は、各電極支持材を流れる電流による発生熱に対応し
て電極支持材が変形することによって調節される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温の金属表面から熱
電子が放出される現象を利用して、熱エネルギーを電気
エネルギーに直接に変換を行なう熱電子発電素子及びそ
の電極間隙を調節する方法に関するものである。
電子が放出される現象を利用して、熱エネルギーを電気
エネルギーに直接に変換を行なう熱電子発電素子及びそ
の電極間隙を調節する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の熱電子発電素子1′は、例えば図
4に示す原理図のように、三つのエミッタ電極2a〜2
cがワイヤーによって分割されているならば、ワイヤー
を流れる電流Ia〜Icは各部分のギャップによって変
化する。このことを非並列電極の調節に用いることが出
来る。ワイヤーを流れる電流Ia〜Icの変化によっ
て、温度変化が起り、ワイヤーの長さが変化し、その変
化分だけでも製作の不良による非並列性のほとんどを補
償するのに十分である。今、熱電子を放出するエミッタ
電極、例えばエミッタ電極2aと熱電子を捕集するコレ
クタ電極4との間隙(以下、「電極空間距離」という)
が小さくなると、このワイヤーの出力電流Iaが増す。
その結果、この増大した電流Iaによりワイヤーが、そ
れまで以上に加熱され、熱膨張により延びて電極空間距
離を大きくする方向に変化させて電極の間隙を調節する
(1992年版 アイ イ シイ イ シイ フ゜ロシーテ゛インク゛(IECEC Procee
ding)第6巻 167〜169頁)。
4に示す原理図のように、三つのエミッタ電極2a〜2
cがワイヤーによって分割されているならば、ワイヤー
を流れる電流Ia〜Icは各部分のギャップによって変
化する。このことを非並列電極の調節に用いることが出
来る。ワイヤーを流れる電流Ia〜Icの変化によっ
て、温度変化が起り、ワイヤーの長さが変化し、その変
化分だけでも製作の不良による非並列性のほとんどを補
償するのに十分である。今、熱電子を放出するエミッタ
電極、例えばエミッタ電極2aと熱電子を捕集するコレ
クタ電極4との間隙(以下、「電極空間距離」という)
が小さくなると、このワイヤーの出力電流Iaが増す。
その結果、この増大した電流Iaによりワイヤーが、そ
れまで以上に加熱され、熱膨張により延びて電極空間距
離を大きくする方向に変化させて電極の間隙を調節する
(1992年版 アイ イ シイ イ シイ フ゜ロシーテ゛インク゛(IECEC Procee
ding)第6巻 167〜169頁)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】熱電子発電素子は、電
極空間距離を0.5mm以下に、時には数十μm以下に
設定しなければならず、この電極空間距離を10000
時間以上も維持しなければならない。作動温度は、およ
そ1200℃以上であり、又、高真空気密を維持する特
殊な構造を要するので、上記電極空間距離の長期間の維
持は困難である。
極空間距離を0.5mm以下に、時には数十μm以下に
設定しなければならず、この電極空間距離を10000
時間以上も維持しなければならない。作動温度は、およ
そ1200℃以上であり、又、高真空気密を維持する特
殊な構造を要するので、上記電極空間距離の長期間の維
持は困難である。
【0004】上記従来技術である作動中の熱電子発電素
子の電極空間距離をワイヤーの長さの変化で調節する方
法は、熱膨張による直線的変位のみで調節を行なうの
で、電極空間距離を十分大きく変化させるには、ワイヤ
ーを細く長くする必要があり、この部分での電気的損失
が大きくなる、という問題があった。
子の電極空間距離をワイヤーの長さの変化で調節する方
法は、熱膨張による直線的変位のみで調節を行なうの
で、電極空間距離を十分大きく変化させるには、ワイヤ
ーを細く長くする必要があり、この部分での電気的損失
が大きくなる、という問題があった。
【0005】本発明の第1の目的は、熱電子発電素子に
おいて、エミッタ電極とコレクタ電極との電極空間距離
が長期間にわたって所定の間隙に維持された熱電子発電
素子を提供することである。
おいて、エミッタ電極とコレクタ電極との電極空間距離
が長期間にわたって所定の間隙に維持された熱電子発電
素子を提供することである。
【0006】本発明の第2の目的は、熱電子発電素子に
おいて、エミッタ電極とコレクタ電極との間隙である電
極空間距離が長期間にわたって電気的損失がなく、所定
の間隙に調節、維持される熱電子発電素子の電極間隙調
節方法を提供することである。
おいて、エミッタ電極とコレクタ電極との間隙である電
極空間距離が長期間にわたって電気的損失がなく、所定
の間隙に調節、維持される熱電子発電素子の電極間隙調
節方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、熱電子を放出するエミッタ電極と、該エ
ミッタ電極からの熱電子を捕集するコレクタ電極と、前
記エミッタ電極及びコレクタ電極の各々に延設して設け
られ、前記両電極を所定の間隙に支持する電極支持材と
を備えた熱電子発電素子において、前記所定の間隙は、
温度変化に応じて変形する前記電極支持材によって調節
されるものである。
め、本発明は、熱電子を放出するエミッタ電極と、該エ
ミッタ電極からの熱電子を捕集するコレクタ電極と、前
記エミッタ電極及びコレクタ電極の各々に延設して設け
られ、前記両電極を所定の間隙に支持する電極支持材と
を備えた熱電子発電素子において、前記所定の間隙は、
温度変化に応じて変形する前記電極支持材によって調節
されるものである。
【0008】更に、上記発明において、前記温度変化に
応じて変形する電極支持材は、屈曲しているものであ
る。
応じて変形する電極支持材は、屈曲しているものであ
る。
【0009】又、本発明は、電極支持材で支持されたエ
ミッタ電極から放出される熱電子を同じく電極支持材で
支持されたコレクタ電極で捕集する、前記エミッタ電極
とコレクタ電極との電極間隙は、前記各電極支持材を流
れる電流による発生熱に対応して前記電極支持材が変形
することによって調節されることである。
ミッタ電極から放出される熱電子を同じく電極支持材で
支持されたコレクタ電極で捕集する、前記エミッタ電極
とコレクタ電極との電極間隙は、前記各電極支持材を流
れる電流による発生熱に対応して前記電極支持材が変形
することによって調節されることである。
【0010】
【作用】本発明によれば、所定の間隙は、温度変化に応
じて変形する前記電極支持材によって調節されるもので
あるので、電極支持材の熱変形を起す部分の温度を大き
く変化させることなく、両電極間の間隙を大きく調整す
ることが出来る。この場合、電極支持材の内部の熱膨張
率の違いにより、温度変化を角度の変化として電極の間
隙を調節するものである。
じて変形する前記電極支持材によって調節されるもので
あるので、電極支持材の熱変形を起す部分の温度を大き
く変化させることなく、両電極間の間隙を大きく調整す
ることが出来る。この場合、電極支持材の内部の熱膨張
率の違いにより、温度変化を角度の変化として電極の間
隙を調節するものである。
【0011】更に、上記発明において、温度変化に応じ
て変形する電極支持材は、屈曲しているものであるの
で、エミッタ電極とコレクタ電極との所定の間隙は、確
実、容易に大きく調整することが出来る。
て変形する電極支持材は、屈曲しているものであるの
で、エミッタ電極とコレクタ電極との所定の間隙は、確
実、容易に大きく調整することが出来る。
【0012】又、電極間隙は、各電極支持材を流れる電
流による発生熱に対応して電極支持材が変形することに
よって調節されるので、長期間にわたって電気的損失が
なく、所定の間隙に調節、維持される。
流による発生熱に対応して電極支持材が変形することに
よって調節されるので、長期間にわたって電気的損失が
なく、所定の間隙に調節、維持される。
【0013】
【実施例】以下、本発明に係る熱電子発電素子及びその
電極間隙調節方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。図1は本発明に係る平行平板型熱電子発電素子の
正面図、図2は図1における熱電子発電素子の両電極の
間隙が調節された状態の正面図、図3は本発明に係る平
行円板型熱電子発電素子のコレクタ電極を主体に示した
正面図である。
電極間隙調節方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。図1は本発明に係る平行平板型熱電子発電素子の
正面図、図2は図1における熱電子発電素子の両電極の
間隙が調節された状態の正面図、図3は本発明に係る平
行円板型熱電子発電素子のコレクタ電極を主体に示した
正面図である。
【0014】図1は、本発明に係る平行平板型熱電子発
電素子の正面図である。本発明の熱電子発電素子1は、
熱電子を放出するエミッタ電極2と、このエミッタ電極
2からの熱電子を捕集するコレクタ電極4と、エミッタ
電極2及びコレクタ電極4の各々に延設して設けられ、
両電極を所定の間隙dに支持する電極支持材3、5とを
備えたものである。所定の間隙dは、温度変化に応じて
変形する電極支持材3、5の変形によって調節されるも
のである。
電素子の正面図である。本発明の熱電子発電素子1は、
熱電子を放出するエミッタ電極2と、このエミッタ電極
2からの熱電子を捕集するコレクタ電極4と、エミッタ
電極2及びコレクタ電極4の各々に延設して設けられ、
両電極を所定の間隙dに支持する電極支持材3、5とを
備えたものである。所定の間隙dは、温度変化に応じて
変形する電極支持材3、5の変形によって調節されるも
のである。
【0015】このような構造を有する本発明に係る熱電
子発電素子1は、次のように作用する。高温のエミッタ
電極2は、熱電子を放出し、低温のコレクタ電極4に捕
集される。エミッタ電極2の電極支持材3及びコレクタ
電極4の電極支持材5は、各々屈曲部7が円弧状の略L
字形の形状をしており、屈曲部7の内側と外側では熱膨
張率が異なる。図2に示すように、電極支持材3、5の
温度変化により内側或いは外側へ曲がるので、電極間隙
dをd′に調節することが出来る。尚、図2は、電極間
隙d′が電極支持材3、5の温度変化前の電極間隙dよ
り大きくなった場合を示す。
子発電素子1は、次のように作用する。高温のエミッタ
電極2は、熱電子を放出し、低温のコレクタ電極4に捕
集される。エミッタ電極2の電極支持材3及びコレクタ
電極4の電極支持材5は、各々屈曲部7が円弧状の略L
字形の形状をしており、屈曲部7の内側と外側では熱膨
張率が異なる。図2に示すように、電極支持材3、5の
温度変化により内側或いは外側へ曲がるので、電極間隙
dをd′に調節することが出来る。尚、図2は、電極間
隙d′が電極支持材3、5の温度変化前の電極間隙dよ
り大きくなった場合を示す。
【0016】又、本発明に係る熱電子発電素子の電極間
隙調節方法は、既出の図1で説明した平行平板型熱電子
発電素子においては、エミッタ電極2とコレクタ電極4
との間隙である電極空間距離dが、何らかの原因又は長
期の使用で小さくなると、コレクタ電極4で捕集される
熱電子が増え、電子凝縮によりコレクタ電極4が加熱さ
れ、熱伝導により電極支持材5の温度が上昇する。同時
に熱電子発電素子1を流れる電流が増えるので、抵抗加
熱により電極支持材3、5の温度が上昇し、電極支持材
3、5の屈曲部7、7が変形する。そして、二つの電極
支持材3、5の屈曲部7、7の外側が伸びて、屈曲部
7、7の温度変化が角度変化となり、その結果、既出の
図2に示すように、エミッタ電極2とコレクタ電極4の
位置関係は、電極空間距離dから大きい電極空間距離
d′に調節される。
隙調節方法は、既出の図1で説明した平行平板型熱電子
発電素子においては、エミッタ電極2とコレクタ電極4
との間隙である電極空間距離dが、何らかの原因又は長
期の使用で小さくなると、コレクタ電極4で捕集される
熱電子が増え、電子凝縮によりコレクタ電極4が加熱さ
れ、熱伝導により電極支持材5の温度が上昇する。同時
に熱電子発電素子1を流れる電流が増えるので、抵抗加
熱により電極支持材3、5の温度が上昇し、電極支持材
3、5の屈曲部7、7が変形する。そして、二つの電極
支持材3、5の屈曲部7、7の外側が伸びて、屈曲部
7、7の温度変化が角度変化となり、その結果、既出の
図2に示すように、エミッタ電極2とコレクタ電極4の
位置関係は、電極空間距離dから大きい電極空間距離
d′に調節される。
【0017】図3は、本発明に係る平行円板型熱電子発
電素子のコレクタ電極を主体に示した正面図である。熱
電子を放出するエミッタ電極2と、このエミッタ電極2
からの熱電子を捕集するコレクタ電極4と、コレクタ電
極4に延設して設けられた電極支持材5a、5bとを有
する熱電子発電素子である。電極支持材5a、5bは、
円板状のコレクタ電極4の周囲に等間隔に、又は全周に
配置され、各々の電極支持材5a、5bは、屈曲部7、
7を有している。屈曲部7、7は、温度変化によって形
状が変わり、コレクタ電極4を上下することが出来る。
電素子のコレクタ電極を主体に示した正面図である。熱
電子を放出するエミッタ電極2と、このエミッタ電極2
からの熱電子を捕集するコレクタ電極4と、コレクタ電
極4に延設して設けられた電極支持材5a、5bとを有
する熱電子発電素子である。電極支持材5a、5bは、
円板状のコレクタ電極4の周囲に等間隔に、又は全周に
配置され、各々の電極支持材5a、5bは、屈曲部7、
7を有している。屈曲部7、7は、温度変化によって形
状が変わり、コレクタ電極4を上下することが出来る。
【0018】又、平行円板型熱電子発電素子の電極間隙
調節方法においては、例えば、図3において、円板状の
コレクタ電極4とエミッタ電極2との電極間隙d1が小
さくなったとすると、コレクタ電極4で捕集される熱電
子が増え、電子凝縮によりコレクタ電極4が加熱され、
熱伝導により電極支持材5aの温度が上昇する。同時に
熱電子発電素子1を流れる電流が増えるので、抵抗加熱
により電極支持材5aの温度が上昇し、電極支持材5a
の屈曲部7が変形する。そして、電極支持材5aの屈曲
部7の外側が伸びて、屈曲部7の温度変化が角度変化と
なり、その結果、エミッタ電極2とコレクタ電極4の位
置関係は、調整され、小さくなり過ぎた電極空間距離d
1はより大きいd1に調節される。この様にして、電極空
間距離d1の偏った変化を補正するだけでなく、エミッ
タ電極2とコレクタ電極4の平均的な電極空間距離の変
化も補正し、エミッタ電極2とコレクタ電極4を平行に
保つことが出来る。
調節方法においては、例えば、図3において、円板状の
コレクタ電極4とエミッタ電極2との電極間隙d1が小
さくなったとすると、コレクタ電極4で捕集される熱電
子が増え、電子凝縮によりコレクタ電極4が加熱され、
熱伝導により電極支持材5aの温度が上昇する。同時に
熱電子発電素子1を流れる電流が増えるので、抵抗加熱
により電極支持材5aの温度が上昇し、電極支持材5a
の屈曲部7が変形する。そして、電極支持材5aの屈曲
部7の外側が伸びて、屈曲部7の温度変化が角度変化と
なり、その結果、エミッタ電極2とコレクタ電極4の位
置関係は、調整され、小さくなり過ぎた電極空間距離d
1はより大きいd1に調節される。この様にして、電極空
間距離d1の偏った変化を補正するだけでなく、エミッ
タ電極2とコレクタ電極4の平均的な電極空間距離の変
化も補正し、エミッタ電極2とコレクタ電極4を平行に
保つことが出来る。
【0019】以上この発明を図示の実施例について説明
したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例のみに
限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せずして
種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ることは云う
までもない。
したが、それを以ってこの発明をそれらの実施例のみに
限定するものではなく、この発明の精神を逸脱せずして
種々改変を加えて多種多様の変形をなし得ることは云う
までもない。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、温度変化に応じて変形
する電極支持材によって調節されるものであるので、電
極支持材の熱変形を起す部分の温度を大きく変化させる
ことなく、熱電子発電素子を長期間使用した時に生じる
電極空間距離の変化を調節することが出来る。更に、小
型で簡便な構造とすることが出来、なおかつ電気損失を
小さくすることが出来る。
する電極支持材によって調節されるものであるので、電
極支持材の熱変形を起す部分の温度を大きく変化させる
ことなく、熱電子発電素子を長期間使用した時に生じる
電極空間距離の変化を調節することが出来る。更に、小
型で簡便な構造とすることが出来、なおかつ電気損失を
小さくすることが出来る。
【0021】更に、上記発明において、温度変化に応じ
て変形する電極支持材は、屈曲しているものであるの
で、上記発明の効果に加え、エミッタ電極とコレクタ電
極との所定の間隙は、両電極間の間隙を大きく調整する
ことが出来、確実、容易に調整することが出来る。
て変形する電極支持材は、屈曲しているものであるの
で、上記発明の効果に加え、エミッタ電極とコレクタ電
極との所定の間隙は、両電極間の間隙を大きく調整する
ことが出来、確実、容易に調整することが出来る。
【0022】又、エミッタ電極とコレクタ電極との電極
間隙は、各電極支持材を流れる電流による発生熱に対応
して電極支持材が変形することによって調節されるの
で、長期間にわたって電気的損失がなく、所定の間隙に
調節、維持される。
間隙は、各電極支持材を流れる電流による発生熱に対応
して電極支持材が変形することによって調節されるの
で、長期間にわたって電気的損失がなく、所定の間隙に
調節、維持される。
【図1】本発明に係る平行平板型熱電子発電素子の正面
図である。
図である。
【図2】図1における熱電子発電素子の両電極の間隙が
調節された状態の正面図である。
調節された状態の正面図である。
【図3】本発明に係る平行円板型熱電子発電素子のコレ
クタ電極を主体に示した正面図である。
クタ電極を主体に示した正面図である。
【図4】従来技術に係る熱電子発電素子を説明する原理
図である。
図である。
1 熱電子発電素子 2 エミッタ電極 3 電極支持材(エミッタ電極側) 4 コレクタ電極 5、5a、5b 電極支持材(コレクタ電極側) 7 屈曲部 d、d′、d1、d2 電極空間距離
Claims (3)
- 【請求項1】 熱電子を放出するエミッタ電極と、該エ
ミッタ電極からの熱電子を捕集するコレクタ電極と、前
記エミッタ電極及びコレクタ電極の各々に延設して設け
られ、前記両電極を所定の間隙に支持する電極支持材と
を備えた熱電子発電素子において、前記所定の間隙は、
温度変化に応じて変形する前記電極支持材によって調節
されるものであることを特徴とする熱電子発電素子。 - 【請求項2】 請求項1において、前記温度変化に応じ
て変形する電極支持材は、屈曲しているものであること
を特徴とする熱電子発電素子。 - 【請求項3】 電極支持材で支持されたエミッタ電極か
ら放出される熱電子を同じく電極支持材で支持されたコ
レクタ電極で捕集する、前記エミッタ電極とコレクタ電
極との電極間隙は、前記各電極支持材を流れる電流によ
る発生熱に対応して前記電極支持材が変形することによ
って調節されることを特徴とする熱電子発電素子の電極
間隙調節方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6114944A JPH07322659A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 熱電子発電素子及びその電極間隙調節方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6114944A JPH07322659A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 熱電子発電素子及びその電極間隙調節方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07322659A true JPH07322659A (ja) | 1995-12-08 |
Family
ID=14650524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6114944A Withdrawn JPH07322659A (ja) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | 熱電子発電素子及びその電極間隙調節方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07322659A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002013367A1 (fr) * | 2000-08-07 | 2002-02-14 | Norio Akamatsu | Convertisseur d'energie solaire |
| JP2007037318A (ja) * | 2005-07-28 | 2007-02-08 | Daikin Ind Ltd | 熱電子発電素子 |
| US7253549B2 (en) * | 2002-03-06 | 2007-08-07 | Borealis Technical Limited | Thermionic vacuum diode device with adjustable electrodes |
| US7427786B1 (en) | 2006-01-24 | 2008-09-23 | Borealis Technical Limited | Diode device utilizing bellows |
| US7589348B2 (en) | 2005-03-14 | 2009-09-15 | Borealis Technical Limited | Thermal tunneling gap diode with integrated spacers and vacuum seal |
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| JP2013229971A (ja) * | 2012-04-24 | 2013-11-07 | Denso Corp | 熱電子発電素子 |
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-
1994
- 1994-05-27 JP JP6114944A patent/JPH07322659A/ja not_active Withdrawn
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