[发明专利]一种新型热离子-热声组合热电转换系统

说明书

本发明提供了一种新型热离子‑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，其中，热离子发电模块的一端接收高温热源，另一端释放余热；热声发电模块则接收热离子发电模块释放的余热，并将其转化为电能；热离子发电模块包括热离子转换器，热离子转换器沿高温热源传递方向划分为发射极、电极间隙、接收极和碳纳米管换热层；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；其中，谐振管外周壁上与加热器相对应的位置设有碳纳米管换热层，碳纳米管换热层传递余热。本发明利用热离子发电模块排出的余热作为热声发电模块的热源，高效回收利用了热离子发电模块低品位热能，大大提高了系统热电转换效率。

技术领域

本发明涉及热电转换技术领域，尤其涉及一种新型热离子-热声组合热电转换系统。

背景技术

热离子发电是利用金属或半导体材料表面热电子发射现象产生电能的一种热电转换技术，具有无旋转机械部件、质量比功率小、热电转换效率较高等优点，已在俄罗斯TOPAZ等空间动力技术和海洋动力技术等领域得到应用。

热声发电是基于热致声效应的一种热电转换技术，主要由热声热机和声电转换单元组成，无高温运动部件，热声热机产生的声能通过声电转换单元转换为电能，已在太阳能发电等领域得到应用。

现有热离子发电发射极、接收极温度通常分别为1500-2200K、600-1300K，热电转换效率仅为10-15％，因此存在较多热能浪费，能源利用率低。而热声发电方式，要求热端温度为1000K左右，接近热离子转换模块接收极的温度，其实际热电转换效率也只有17％左右。

据此，目前急需对现有技术进行改进，以得到一种热电转换效率更高的新型热电转换系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种热电转换效率高的新型热离子-热声组合热电转换系统。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

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；其中，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。

作为本发明的优选方式之一，所述多个热离子转换器之间采用串并联的方式进行连接，提高热离子发电模块的可靠性。

作为本发明的优选方式之一，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。

作为本发明的优选方式之一，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。

作为本发明的优选方式之一，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。