[发明专利]采用电极组件整体焊接工艺的热离子发电实验装置

说明书

本发明提供了一种采用电极组件整体焊接工艺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，其中，发射极组件包括加热器单元和发射端单元，在加热器单元和发射端单元之间设置有第一金属陶瓷封接件，第一金属陶瓷封接件包括第一陶瓷件以及设置在第一陶瓷件的两侧的第一可伐部件和第二可伐部件，在发射极组件的制造过程中，同时执行加热器单元与第二可伐部件之间、第二可伐部件与第一陶瓷件之间、第一陶瓷件与第一可伐部件之间以及第一可伐部件与发射端单元之间的焊接。

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存在绝缘密封的问题，发射极和接收极之间需要保证铯蒸气的绝对封闭环境，同时两个电极之间需要电绝缘，因此电极之间的绝缘密封需要金属陶瓷封接件。热离子发电设备的电极系统结构紧凑，而金属陶瓷封接件由于工艺流程的原因会具有被破坏的风险，从而影响密封的效果。因此，电极间隙密封性的破坏成为发电装置失效的主要原因之一。

因此，现有技术中需要提出一种能够在长期使用过程中确保电极之间的绝缘和密封性能的热离子发电实验装置。

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采用电极组件整体焊接工艺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，发射极组件包括加热器单元和发射端单元，在加热器单元和发射端单元之间设置有第一金属陶瓷封接件，第一金属陶瓷封接件包括第一陶瓷件以及设置在第一陶瓷件的两侧的第一可伐部件和第二可伐部件，

在发射极组件的制造过程中，同时执行加热器单元与第二可伐部件之间、第二可伐部件与第一陶瓷件之间、第一陶瓷件与第一可伐部件之间以及第一可伐部件与发射端单元之间的焊接。