[发明专利]高效热能发电机

说明书

所属技术领域

本发明是一种将热能转换为电能的发机，可实现热能大规模、高效率转化。本发明是将相互垂直的强电场、强磁场组合在一圆柱体结构中，利用电场加速热辐射电子，利用热电子流在垂直方向磁场中运动来发电的装置。

背景技术

目前，利用热能的大规模发电设备，大都是先用汽轮机将热能转化机械能，再由发电机将机械能转化为电能，有转换过程多、效率低，大量消耗水资源等不足。(大型太阳能热电站多建于干燥地区，水资源尤为宝贵)。本发电系统的能量转换过程是将热能直接转换为电能，整个系统闭环运作，效率高，节水，特别适用于大型太阳能热发电站(太阳能塔式聚光或抛物面槽式热发电系统)。

本发明的核心特点将热能直接转化为电能。现在，人们已经利用此塞贝克(seebeck)效应研制出热能直接转化为电能的设备，但时至今日，此类设备还无法实现大规模、高效率的热电转换。本发明与塞贝克效应无关。下面是与本发明有关的设备、原理介绍。

直流高压发生器即直流高压电压源，目前直流高压电压源较多是采用脉宽调制技术实现。

氧化物电子管阴极原理：氧化物阴极是一种半导体阴极，其导电性不如金属阴极，故常涂在金属的表面。氧化物阴极是在钨丝或镍管上涂是一层由碳酸钡、碳酸钙和碳酸锶的细粉末和胶合剂组成的混合物，经过加热分解和激活而成。将碱土金属的碳酸盐涂在由镍制成的阴极导体上，装在电子管内部。在电子管排气时，将阴极加热到1600K左右，这时碳酸盐开始分解，即：BaCO  3→BaO+CO  2↑产生的二氧化碳被抽气机抽走，附于阴极导体表面的氧化钡就成为氧化物阴极。氧化物阴极经过“激活”后，内部产生少量金属钡原子，变为n型半导体。金属钡原子的存在，改变了半导体的能级分布，在禁带内生成“杂质能级”，这个能级很接近半导体的导带，所以逸出功变得较小。半导体BaO的表面因为没有像金属阴极表面那样的正离子及由它形成的位垒，所以也使n型半导体的逸出功变小。氧化物阴极的放射能力取决于阴极表面钡的浓度。氧化物阴极优点为逸出功小，工作温度低(1000K左右)。因此，它是3种阴极中发射效率最高的一种。此外，它还具有强大的脉冲发射特性。在板极和阴极间加上占空系数较大的脉冲电压时，可得到很大的脉冲发射电流。

二次电子发射：当用具有一定能量或速度的电子(或离子等其他粒子)轰击金属等物质时，也会引起电子从这些物体中发射出来，这种物理现象称为二次电子发射。被发射出的电子叫做二次电子，而引起二次电子出现的入射粒子叫做原粒子。对于相同的二次电子阴极材料和相同的一次电子能量，二次电子数和一次电子数成正比。σ＝n2/n1，式中，σ为二次电子发射系数。

发明内容

本发明是将相互垂直的强电场、强磁场结合在一圆柱体结构中，利用电场加速热辐射电子，利用热电子流在垂直方向磁场中运动来发电的装置。

本发明的主体为一圆柱金属钨桶(半径0.5-3米，桶壁厚5-15mm)，整个金属桶内部为真空环境。圆柱金属钨桶内壁有特殊氧化物涂层(同氧化物电子管阴极涂层)。

金属钨桶内有一内金属桶(内桶厚＜5mm)，内桶半径≤1/2外桶半径，内外桶等高、同轴(如图1所示)。直流高压发生器可在两金属桶之间加一直流高电压(0.5-10万伏，内金属桶为阳极)，加电压后，两桶之间将会将会产生一个电场E。内外金属桶之间放入电子收集板，电子收集板为长方形金属薄板，长为圆柱金属桶的高，宽为内外圆柱桶半径之差的2/3。电子收集板长边与圆柱体轴线平行，宽边沿径线方向放置(如图2横截面图所示，这样放置，对电场、磁场产生屏蔽最小)。本系统共需电子收集板16块(也可根根实际所需增加数量)，相邻电子收集板之间夹角22.5°，所有电子收集板由底部导线相连成一体。电子收集板、外金属钨桶、内金属桶之间高度绝缘，桶内为真空环境。沿圆柱轴线方向有超强磁场，如图1所示(磁场用高性能的磁铁或超导磁体产生)

本发明采用圆柱体结构是为了加大热电子发射层的表面积，保证热电子流强度。超小型化系统也可改为半球体结构。

本发明采用氧化物阴极作热电子辐射源，主要目的是降低系统发电时的工作温度，在发电机发电时，所需工作温度1000K左右。在可以采用较高工作温度的情况下(2000K左右)，发电机也可改用碳化钍钨阴极或新型复合稀土钨阴极技术来做热电子辐射源。