[發(fā)明專利]一種熱電子發(fā)電裝置及其工作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010072617.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN111092568A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仲雪飛;屠彥;楊蘭蘭;樊兆雯;張雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N3/00
• 分類號(hào): H02N3/00;H01J1/13
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 李雪萍

本發(fā)明公開了一種熱電子發(fā)電裝置，包括熱源、控制電路和真空管，真空管內(nèi)包括陰極、柵極、加速極和收集極。本發(fā)明的利用熱源加熱可以發(fā)射熱電子的陰極，利用陰極、柵極和加速極組成的電子透鏡將熱電子從陰極表面加速抽出并聚焦，防止電子被柵極和加速極截獲，經(jīng)過(guò)加速的熱電子被收集極收集，收集極作為電源輸出的負(fù)極，陰極作為電源輸出的正極。本發(fā)明的熱電子發(fā)電裝置直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，采用電子透鏡消除了陰極發(fā)射表面空間電荷對(duì)熱電子發(fā)射的抑制作用，提高了陰極發(fā)射電流，消除了柵極、加速極的損耗，有效地提高熱電轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榘l(fā)電裝置，具體為一種熱電子發(fā)電裝置及其工作方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)熱力循環(huán)發(fā)電技術(shù)是通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電，其主要包括斯特林循環(huán)發(fā)電技術(shù)、朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)和布雷頓循環(huán)發(fā)電技術(shù)三種發(fā)電方式。而熱電子發(fā)電技術(shù)主要是通過(guò)熱能激發(fā)出的電子作為能量傳輸介質(zhì)來(lái)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，熱電子發(fā)電技術(shù)不僅具有良好的持續(xù)發(fā)電能力，并且其在發(fā)電過(guò)程中無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因此，熱電子發(fā)電技術(shù)無(wú)需運(yùn)動(dòng)部件即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電。在熱電子發(fā)電技術(shù)中，其電子產(chǎn)生方式主要包括熱誘導(dǎo)熱電子發(fā)射技術(shù)和光子增強(qiáng)熱電子發(fā)射技術(shù)兩種。

現(xiàn)有專利申請(qǐng)CN109962644A提供一種太陽(yáng)能相變儲(chǔ)熱-熱電子發(fā)電裝置，該裝置旨在解決現(xiàn)有熱電子發(fā)電裝置的發(fā)電效率很容易受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度影響的問(wèn)題。該熱電子發(fā)電裝置包括熱電子發(fā)電組件以及與熱電子發(fā)電組件相連的儲(chǔ)熱組件；其中，熱電子發(fā)電組件能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并輸出，儲(chǔ)熱組件包括殼體以及容納在殼體中的相變儲(chǔ)熱元件，相變儲(chǔ)熱元件能夠吸收太陽(yáng)輻射，并且將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能儲(chǔ)存，當(dāng)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，儲(chǔ)熱組件能夠與熱電子發(fā)電組件進(jìn)行熱交換，從而穩(wěn)定熱電子發(fā)電組件的工作溫度，以便有效保證熱電子發(fā)電組件能夠穩(wěn)定地輸出電能，進(jìn)而穩(wěn)定熱電子發(fā)電組件的發(fā)電效率。

現(xiàn)有專利申請(qǐng)CN109818530A提供了一種利用熱電子技術(shù)以熱電子做轉(zhuǎn)化媒介的熱發(fā)電機(jī)和熱機(jī)，通過(guò)提高的效率達(dá)到低碳排放和節(jié)約能原的目的。該技術(shù)利用二極電子真空管的陰極受熱‘蒸發(fā)’電子的原理，通過(guò)加大二極電子管陰極的受熱面積和加大二極電子管陽(yáng)極的體積來(lái)解決以燃?xì)饧訜彡帢O使電子大量定向‘蒸發(fā)’出來(lái)，加上合理的串并聯(lián)電路布局達(dá)到其完全利用到熱能與電能一步高效轉(zhuǎn)化上，再由電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。

上述專利申請(qǐng)公開了利用熱電子將熱能直接轉(zhuǎn)化成電能的技術(shù)，但是沒(méi)有提供解決熱電子發(fā)射效率低的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的熱電子發(fā)電裝置直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能，采用電子透鏡消除了陰極發(fā)射表面空間電荷對(duì)熱電子發(fā)射的抑制作用，提高了陰極發(fā)射電流，消除了柵極、加速極的損耗，有效地提高熱電轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種熱電子發(fā)電裝置，包括熱源、控制電路和真空管，真空管內(nèi)包括陰極、柵極、加速極和收集極；控制電路給所述陰極、柵極、加速極提供所需工作電壓；所述發(fā)電裝置的工作方法如下：

利用熱源加熱可以發(fā)射熱電子的陰極，使陰極發(fā)射熱電子，利用陰極、柵極和加速極組成的電子透鏡將熱電子從陰極表面加速抽出，經(jīng)電子透鏡約束會(huì)聚的熱電子流被收集極收集，收集極作為電源輸出的負(fù)極，陰極作為電源輸出的正極。

優(yōu)選的,所述陰極為鎢、碳化釷鎢、鉬、鈰等耐高溫金屬或合金材料；

優(yōu)選的,所述陰極為表面附著了石墨、石墨烯、納米碳管、金剛石等碳類材料或表面附著了石墨、石墨烯、納米碳管、金剛石薄膜等碳類材料的耐高溫金屬或合金材料；

優(yōu)選的,所述陰極為表面附著了金屬氧化物材料，包括鋇氧化物、錸氧化物、釔氧化物、鎂氧化物、鑭氧化物、鋱氧化物、釷氧化物、鈰氧化物、鍶氧化物、鉿氧化物等中的一種或多種的耐高溫金屬或合金材料。