[發(fā)明專(zhuān)利]真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110009989.2
• 申請(qǐng)日: 2021-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112838789B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁澤民;邱肅肅;陳林根;余又紅;孟凡凱;謝志輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N3/00
• 分類(lèi)號(hào): H02N3/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 周達(dá)

1.真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：包括聚光模塊、高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊和低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊；高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的工作溫度比低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的工作溫度高；

聚光模塊，聚集吸收來(lái)自太陽(yáng)光的熱能；

高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊為真空熱離子發(fā)電模塊，將來(lái)自吸收器的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?/p>

低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊為固態(tài)熱離子發(fā)電模塊，將高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊無(wú)法利用的余熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽凰龅蜏責(zé)犭x子發(fā)電模塊為基于范得瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的固態(tài)熱離子發(fā)電模塊，所述低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊包括石墨烯基發(fā)射極極板、過(guò)渡金屬二硫族化合物層、石墨烯基集電極極板以及通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接在石墨烯基發(fā)射極極板和石墨烯基集電極極板之間的第二可調(diào)負(fù)載，多層過(guò)渡金屬二硫族化合物層填充在石墨烯基發(fā)射極極板和石墨烯基集電極極板之間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：所述聚光模塊包括聚光器和吸收器，聚光器將太陽(yáng)光聚集到吸收器中，提高吸收器的溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：還包括散熱模塊，散熱模塊和低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊之間通過(guò)絕緣導(dǎo)熱硅膠層緊密貼合。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：真空熱離子發(fā)電模塊包括金屬發(fā)射極極板、金屬集電極極板以及通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接在金屬發(fā)射極極板、金屬集電極極板之間的第一可調(diào)負(fù)載，金屬發(fā)射極極板與吸收器緊密貼合，吸收來(lái)自吸收器的熱能。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：金屬發(fā)射極極板、金屬集電極極板之間通過(guò)絕緣支撐件支撐并使金屬發(fā)射極極板、金屬集電極極板之間保持一定間距。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：所述絕緣支撐件為絕緣陶瓷支撐件。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：聚光模塊、高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊和低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊由上至下成層狀分布，高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的金屬集電極極板與低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的石墨烯基發(fā)射極極板之間通過(guò)絕緣導(dǎo)熱硅膠層連接，低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的石墨烯基集電極極板與散熱模塊之間通過(guò)絕緣導(dǎo)熱硅膠層連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：來(lái)自吸收器的熱能使得真空熱離子發(fā)電模塊中的金屬發(fā)射極極板溫度升高，金屬發(fā)射極極板中的部分電子獲得足夠大的能量，掙脫金屬發(fā)射極極板的束縛并發(fā)射到金屬發(fā)射極極板與金屬集電極極板之間的真空環(huán)境中；金屬集電極極板把逃逸的自由電子收集，并通過(guò)連接在金屬集電極極板與金屬發(fā)射極極板之間的外電路使自由電子回到金屬發(fā)射極極板，在此過(guò)程中，電流驅(qū)動(dòng)外電路串接的第一可調(diào)負(fù)載輸出電能；

真空熱離子發(fā)電模塊中的金屬集電極極板的溫度依然較高，將金屬集電極極板的溫度再次利用來(lái)發(fā)電，真空熱離子發(fā)電模塊中的金屬集電極極板上的熱能通過(guò)絕緣導(dǎo)熱硅膠層傳遞到低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的石墨烯基發(fā)射極極板，低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的石墨烯基發(fā)射極極板發(fā)射電子，電子通過(guò)多層過(guò)渡金屬二硫族化合物層，凝聚在石墨烯基集電極極板上，并通過(guò)連接在石墨烯基發(fā)射極極板和石墨烯基集電極極板之間的外電路使自由電子回到石墨烯基發(fā)射極極板上形成閉合回路，同時(shí)電流驅(qū)動(dòng)石墨烯基發(fā)射極極板和石墨烯基集電極極板之間的外電路上串接的第二可調(diào)負(fù)載輸出電能。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：發(fā)電裝置的最大效率η_max隨聚光模塊的聚光度C的增大先增大后減小，而發(fā)電裝置的最大功率P隨聚光模塊的聚光度C的增大而單調(diào)增大。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空-半導(dǎo)體固態(tài)兩級(jí)熱離子發(fā)電裝置，其特征在于：在聚光模塊的聚光度一定的情況下，通過(guò)第一可調(diào)負(fù)載調(diào)節(jié)高溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的輸出電壓，通過(guò)第二可調(diào)負(fù)載調(diào)節(jié)低溫?zé)犭x子發(fā)電模塊的輸出電壓，能夠使得發(fā)電裝置的效率達(dá)到最大。