[发明专利]一种带有加速器的真空热电二极管直流发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种将热能直接转化为直流电能的带有 加速器的真空热电二极管直流发电装置。

背景技术

现有的热电转换装置主要有两种类型：其一是温差发电器，可简称为E_A， 基础元件是热电偶；其二是热电子或热离子发电器，简称为E_B，基础元件是热 电二极管。两种发电器的电动势都是由热运动激发电子引起的，遵守一般电源 的非静电力原则。

热电偶由两个不同材料的导体或者半导体的导电电臂组成，两个电臂两端 中的一端被焊接或通过导流片连接在一起，置于高温热源中，另一端置于低温 环境中，并作为电源的两个电极引出。热电偶的电动势ε_A由Seeback热电效应确 定。热电偶的主要技术障碍是难以提高热电优值ZT。一般由若干个热电偶组合 成热电堆，构成上述的温差发电器。

真空热电二极管具有一个在高温下发射电子的阴极，或称发射极，一个收 集电子的阳极，或称集电极。两个电极彼此间隔一定的距离，共同安装在一个 真空容器中。热源通常位于容器之外的阴极底部并对阴极加热，由于热辐射、 热传导和电子动能引起的焦耳热，阳极的温度也随之升高。两个电极表面都有 电子逸出并进入空间，其电荷斥力以及出射电子电极内部的镜像力合并形成空 间减速电场力，使得大部分电子返回出射电极或滞留空间，只有少部分动能较 大的电子可以突破空间和阳极位能，到达阳极。由于阴极发射的电子多，显示 出正电性，而阳极显示出负电性。不同动能分量的电子电荷分布在空间，形成 不均衡的空间电位，最负的电位层出现在靠近阴极一侧，称之为虚阴极。虚阴 极附近密集的空间电荷一方面表现为对电流的阻碍效应，一方面其包含的各种 动能分量又使得E_B隐伏着很高的电功率密度潜能。因此，如何产生和利用空间 电荷成为提高效率的技术关键之一。为了克服电荷斥力，达到增大阳极电流的 目的，现有技术的一类仅采用缩小极间距的方法，可称为热电子发电装置；另 一类对前者进行了改进，主要利用金属铯的离子蒸汽去除部分空间电荷，使得 更多动能较小的电子可以到达阳极，一般称为热离子发电器，其功率密度和效 率远高于热电子发电装置，是目前热电二极管发电装置的主流。真空热电二极 管的电动势ε_B基本由两个电极的逸出功和空间电位共同确定。

E_A和E_B这两类发电装置可以统称为热电直接转换装置，其特点在于没有机 械运动部件，结构简单、可靠性高、运行安静，目前主要应用于航空航天、海 洋通讯和军事装备等特殊场合。