[发明专利]一种新型热离子-热声组合热电转换系统

权利要求书

1.一种新型热离子-热声组合热电转换系统，包括热离子发电模块与热声发电模块，其特征在于，所述热离子发电模块的一端接收高温热源并转换成电流，其另一端通过碳纳米管换热层释放余热；所述热声发电模块则接收碳纳米管换热层释放的余热，并将其转化为电能；

所述热离子发电模块包括一个或多个热离子转换器，每个所述热离子转换器沿高温热源的传递方向分别被划分为发射极、电极间隙、接收极和碳纳米管换热层；所述热离子发电模块通过发射极接收高温热源，通过碳纳米管换热层向所述热声发电模块传递接收极的余热；

所述热声发电模块包括谐振管、发电机以及设置在谐振管内的回热器、加热器和冷却器；所述谐振管为管状结构，其腔体内充满气体；所述回热器设置在谐振管中部，回热器的两端分别布置有加热器、冷却器；所述发电机设置在谐振管的一侧端，发电机的腔体内部与谐振管的腔体内部相连通；其中，所述谐振管外周壁上与加热器相对应的位置贴设有所述碳纳米管换热层，所述碳纳米管换热层向加热器传递余热。

2.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述多个热离子转换器之间采用串并联的方式进行连接。

3.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述发射极的一端与接线柱正极相连，接收极的一端与接线柱负极相连，电极间隙的外周套设有绝缘件，电极间隙内填充有铯蒸气。

4.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述发射极与接收极均采用耐高温金属材料制造，并且，发射极材料的功函数大于接收极。

5.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述发射极具体采用钨或钼为基底材料构成基底层，基底层上靠近电极间隙的一侧表面中心向外成型有环状沟槽，所述环状沟槽的表面覆盖有铂镀层或铼镀层。

6.根据权利要求5所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述环状沟槽的槽宽为0.5-1mm、槽深为0.1-0.5mm，相邻沟槽之间的间距为1-1.5mm；所述环状沟槽表面的铂镀层或铼镀层厚度为1-10μm。

7.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述发射极与接收极之间的电极间隙间距为0.01-5mm。

8.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述碳纳米管换热层具体包括若干垂直设置的碳纳米管，各碳纳米管之间平行紧密排列；所述接收极与谐振管外周壁之间通过所述碳纳米管相连接。

9.根据权利要求1所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述高温热源为温度1500K以上的热源，具体来源于化学能、太阳能或者核能；所述余热为600-1300K的余热。

10.根据权利要求1-9任一所述的新型热离子-热声组合热电转换系统，其特征在于，所述热离子发电模块具体通过纳米管换热层将余热导出并传递至谐振管内的加热器，在所述加热器与冷却器的温差驱动下，谐振管内的气体在回热器处产生热声振荡效应，并通过与谐振管相连的发电机将声能转化为电能。