[發明專利]一種熱電子發電裝置及其工作方法

在審

• 申請號: 202010072617.X
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111092568A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 仲雪飛;屠彥;楊蘭蘭;樊兆雯;張雄
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00;H01J1/13
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 李雪萍

1.一種熱電子發電裝置，包括熱源（3）、控制電路（2）和真空管（1），其特征在于，真空管（1）內包括陰極（11）、柵極（12）、加速極（13）和收集極（14）；控制電路（2）給所述陰極（11）、柵極（12）、加速極（13）提供所需工作電壓；所述發電裝置的工作方法如下：

利用熱源（3）加熱可以發射熱電子的陰極（11），使陰極（11）發射熱電子，利用柵極（12）和加速極（13）組成的電子透鏡將熱電子從陰極（11）表面加速抽出，經電子透鏡約束會聚的熱電子流被收集極（14）收集，收集極（14）作為電源輸出的負極，陰極（11）作為電源輸出的正極。

2.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述陰極（11）為鎢、碳化釷鎢、鉬、鈰耐高溫金屬或合金材料；或為石墨、石墨烯、納米碳管、金剛石碳類材料或附著在耐高溫金屬或合金材料表面的石墨、石墨烯、納米碳管、金剛石薄膜碳類材料；或為表面附著了金屬氧化物或金屬硼化物材料，包括鋇、錸、釔、鎂、鑭、鋱、釷、鈰、鍶、鉿的氧化物或硼化物的各種低逸出功材料中的一種或多種的耐高溫金屬或合金材料。

3.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述陰極（11）為表面附著包含金屬氧化物、金屬硼化物、鈧酸鹽含各種低逸出功材料中的一種或多種的耐高溫金屬或合金材料的擴散式陰極。

4.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述真空管（1）外殼的局部或全部為金屬或合金、陶瓷、玻璃或藍寶石材料組成，所述真空管（1）內真空度優于0.01帕斯卡。

5.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述真空管（1）外殼局部有散熱片、水冷、風冷裝置。

6.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述柵極（12）采用鎢、鉬等耐高溫金屬或合金，所述加速極（13）和收集極（14）采用金、銅等導電性強的金屬或合金。

7.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述控制電路（2）給陰極（11）提供0伏基準參考電位，給柵極（12）提供-100伏至0伏的柵極負壓，給加速極（13）提供0至500伏的加速正壓。

8.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述柵極（12）和加速極（13）的開孔為圓形、長方形或正方形，板狀、絲狀或絲織狀，開口率大于1%，柵極（12）和加速極（13）的開孔對齊。

9.根據權利要求1所述的一種熱電子發電裝置，其特征在于，所述柵極（12）包括2~3個柵極板構成的柵極組，柵極板與陰極平行，各柵極板開孔對齊，控制電路（2）給柵極組提供相應的電壓。

10.一種熱電子發電裝置，包括熱源（3）、控制電路（2）和真空管（1），其特征在于，真空管（1）內包括陰極（11）、柵極（12）、加速極（13）、減速極（15）和收集極（14）；控制電路（2）給所述陰極（11）、柵極（12）、加速極（13）和減速極（15）提供所需工作電壓；所述發電裝置的工作方法如下：

利用熱源（3）加熱可以發射熱電子的陰極（11），使陰極（11）發射熱電子，利用柵極（12）和加速極（13）組成的電子透鏡將熱電子從陰極（11）表面加速抽出，經電子透鏡約束會聚的熱電子流經減速極（15）減速后被收集極（14）收集，收集極（14）作為電源輸出的負極，陰極（11）作為電源輸出的正極。