[发明专利]一种热电子发电装置及其工作方法

权利要求书

1.一种热电子发电装置，包括热源（3）、控制电路（2）和真空管（1），其特征在于，真空管（1）内包括阴极（11）、栅极（12）、加速极（13）和收集极（14）；控制电路（2）给所述阴极（11）、栅极（12）、加速极（13）提供所需工作电压；所述发电装置的工作方法如下：

利用热源（3）加热可以发射热电子的阴极（11），使阴极（11）发射热电子，利用栅极（12）和加速极（13）组成的电子透镜将热电子从阴极（11）表面加速抽出，经电子透镜约束会聚的热电子流被收集极（14）收集，收集极（14）作为电源输出的负极，阴极（11）作为电源输出的正极。

2.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述阴极（11）为钨、碳化钍钨、钼、铈耐高温金属或合金材料；或为石墨、石墨烯、纳米碳管、金刚石碳类材料或附着在耐高温金属或合金材料表面的石墨、石墨烯、纳米碳管、金刚石薄膜碳类材料；或为表面附着了金属氧化物或金属硼化物材料，包括钡、铼、钇、镁、镧、铽、钍、铈、锶、铪的氧化物或硼化物的各种低逸出功材料中的一种或多种的耐高温金属或合金材料。

3.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述阴极（11）为表面附着包含金属氧化物、金属硼化物、钪酸盐含各种低逸出功材料中的一种或多种的耐高温金属或合金材料的扩散式阴极。

4.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述真空管（1）外壳的局部或全部为金属或合金、陶瓷、玻璃或蓝宝石材料组成，所述真空管（1）内真空度优于0.01帕斯卡。

5.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述真空管（1）外壳局部有散热片、水冷、风冷装置。

6.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述栅极（12）采用钨、钼等耐高温金属或合金，所述加速极（13）和收集极（14）采用金、铜等导电性强的金属或合金。

7.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述控制电路（2）给阴极（11）提供0伏基准参考电位，给栅极（12）提供-100伏至0伏的栅极负压，给加速极（13）提供0至500伏的加速正压。

8.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述栅极（12）和加速极（13）的开孔为圆形、长方形或正方形，板状、丝状或丝织状，开口率大于1%，栅极（12）和加速极（13）的开孔对齐。

9.根据权利要求1所述的一种热电子发电装置，其特征在于，所述栅极（12）包括2~3个栅极板构成的栅极组，栅极板与阴极平行，各栅极板开孔对齐，控制电路（2）给栅极组提供相应的电压。

10.一种热电子发电装置，包括热源（3）、控制电路（2）和真空管（1），其特征在于，真空管（1）内包括阴极（11）、栅极（12）、加速极（13）、减速极（15）和收集极（14）；控制电路（2）给所述阴极（11）、栅极（12）、加速极（13）和减速极（15）提供所需工作电压；所述发电装置的工作方法如下：

利用热源（3）加热可以发射热电子的阴极（11），使阴极（11）发射热电子，利用栅极（12）和加速极（13）组成的电子透镜将热电子从阴极（11）表面加速抽出，经电子透镜约束会聚的热电子流经减速极（15）减速后被收集极（14）收集，收集极（14）作为电源输出的负极，阴极（11）作为电源输出的正极。