[发明专利]包括控温容器的热离子发电实验装置

说明书

本发明提供了一种包括控温容器的热离子发电实验装置，其包括用于发射电子的发射极组件、与发射极组件对准地设置并用于接收由发射级组件发射的电子的接收极组件以及设置在发射极组件与接收极组件之间并且形成使电子穿过的空间的电极连接组件，其还包括控温容器，至少发射极组件和电极连接组件设置在控温容器内。根据本发明的热离子发电实验装置通过至少将发射极组件和电极连接组件设置在控温容器内来对热离子发电实验装置进行温度控制，并由此能够对电极连接组件的内腔中的铯蒸气进行压力控制，由此可以通过改变铯蒸气的压力来改变热离子发电实验装置的发电特性，有利于对两者之间的关系进行深入研究。

技术领域

本发明涉及热离子发电技术领域，更具体地，涉及一种用于对热离子发电系统的特性进行实验研究的热离子发电实验装置。

背景技术

热离子发电是一种通过热离子发射的方式将热能直接转换成电能的技术。通过与具体供热方式的结合，热离子发电可以应用在不同的场合，特别是跟核反应堆裂变能结合制成的热离子反应堆电源在空间应用领域具有独特的优势，并在俄罗斯TOPAZ系列的空间核电源系统飞行试验中得到验证。热离子发电实验装置是热离子发电技术开发的必要设备。

热离子发电的原理是采用相互平行靠近的难熔金属作为电极对，其中，发射极被加热到1500℃或以上的高温产生热电子发射，温度较低(500℃-600℃)的一侧作为电子的接收极。电子输运通过电极之前的间隙时对后续发射的电子产生输运阻力。为避免空间电荷效应的影响，通常的方法是向电极间隙内充入铯蒸气，使铯蒸气电离为等离子体，从而降低了输运的势垒。

热离子发电实验装置属于精密的热电真空器件。影响热离子发电的主要因素包括：电极材料及其温度、电极间隙宽度以及电极间隙中的铯蒸气的压强，这些参数的改变都将影响发电装置的伏安特性。热离子发电实验装置的基本功能是实现在不同的电极温度、电极间隙宽度和铯蒸气压强下进行伏安特性曲线的测量。现有技术中，热离子发电实验装置的电极结构的形式可分为平板型电极和管状电极，其中，平板型电极的实验装置的加工制造相对便捷而通常被用于热离子发电实验研究。

根据对相关技术的文献资料调研，现有的热离子发电实验装置的电极系统存在铯蒸气的控温问题。电极间隙内的铯蒸气压强通过铯罐的温度来控制，从铯罐到电极间隙的充铯管道被加热至铯罐温度以上，保证铯罐温度处于最低温度点。现有技术中需要在充铯管道上缠绕加热丝，并且布置相应的测温热偶来监控温度。事实上，由于实验装置结构紧凑，在某些紧密连接的区域难以布置测温热偶，而在实际的保守操作中，往往将充铯管道和电极系统加热到过高的温度，这将不利于发电装置的长期稳定运行。

因此，现有技术中需要一种能够更准确地控制充铯管道的温度并由此控制电极间隙内的铯蒸气的压强和温度的热离子发电实验装置，通过控制铯蒸气的温度和压强以使发电装置长期稳定运转。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题以及相关现有设备中存在的相关缺陷，本发明在满足热离子发电装置的热、电和真空条件的基本要求的基础上，综合考虑了上述缺陷的解决方案，设计出了一套综合创新的、严谨便利的具有平板型热离子转换电极系统的热离子发电实验装置。

为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种包括控温容器的热离子发电实验装置，该热离子发电实验装置包括：

发射极组件，用于发射电子；

接收极组件，与发射极组件对准地设置并用于接收由发射级组件发射的电子；以及

电极连接组件，设置在发射极组件与接收极组件之间，并且形成使电子穿过的空间，

其中，热离子发电实验装置还包括控温容器，至少发射极组件和电极连接组件设置在控温容器内。