[发明专利]一种热电子发电装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种热电子发电装置，包括热源、控制电路和真空管，真空管内包括阴极、栅极、加速极和收集极。本发明的利用热源加热可以发射热电子的阴极，利用阴极、栅极和加速极组成的电子透镜将热电子从阴极表面加速抽出并聚焦，防止电子被栅极和加速极截获，经过加速的热电子被收集极收集，收集极作为电源输出的负极，阴极作为电源输出的正极。本发明的热电子发电装置直接将热能转化为电能，采用电子透镜消除了阴极发射表面空间电荷对热电子发射的抑制作用，提高了阴极发射电流，消除了栅极、加速极的损耗，有效地提高热电转化效率。

技术领域

本发明涉及技术领域为发电装置，具体为一种热电子发电装置及其工作方法。

背景技术

传统热力循环发电技术是通过将太阳能转化为机械能，再将机械能转化为电能来实现发电，其主要包括斯特林循环发电技术、朗肯循环发电技术和布雷顿循环发电技术三种发电方式。而热电子发电技术主要是通过热能激发出的电子作为能量传输介质来将热能转化为电能，热电子发电技术不仅具有良好的持续发电能力，并且其在发电过程中无机械运动，因此，热电子发电技术无需运动部件即可实现发电。在热电子发电技术中，其电子产生方式主要包括热诱导热电子发射技术和光子增强热电子发射技术两种。

现有专利申请CN109962644A提供一种太阳能相变储热-热电子发电装置，该装置旨在解决现有热电子发电装置的发电效率很容易受到太阳辐射强度影响的问题。该热电子发电装置包括热电子发电组件以及与热电子发电组件相连的储热组件；其中，热电子发电组件能够将太阳能转化为电能并输出，储热组件包括壳体以及容纳在壳体中的相变储热元件，相变储热元件能够吸收太阳辐射，并且将太阳能转化为热能储存，当太阳辐射的强度发生变化时，储热组件能够与热电子发电组件进行热交换，从而稳定热电子发电组件的工作温度，以便有效保证热电子发电组件能够稳定地输出电能，进而稳定热电子发电组件的发电效率。

现有专利申请CN109818530A提供了一种利用热电子技术以热电子做转化媒介的热发电机和热机，通过提高的效率达到低碳排放和节约能原的目的。该技术利用二极电子真空管的阴极受热‘蒸发’电子的原理，通过加大二极电子管阴极的受热面积和加大二极电子管阳极的体积来解决以燃气加热阴极使电子大量定向‘蒸发’出来，加上合理的串并联电路布局达到其完全利用到热能与电能一步高效转化上，再由电能转化成动能。

上述专利申请公开了利用热电子将热能直接转化成电能的技术，但是没有提供解决热电子发射效率低的技术问题。本发明的热电子发电装置直接将热能转化为电能，采用电子透镜消除了阴极发射表面空间电荷对热电子发射的抑制作用，提高了阴极发射电流，消除了栅极、加速极的损耗，有效地提高热电转化效率。

发明内容

本发明提供了如下技术方案：

一种热电子发电装置，包括热源、控制电路和真空管，真空管内包括阴极、栅极、加速极和收集极；控制电路给所述阴极、栅极、加速极提供所需工作电压；所述发电装置的工作方法如下：

利用热源加热可以发射热电子的阴极，使阴极发射热电子，利用阴极、栅极和加速极组成的电子透镜将热电子从阴极表面加速抽出，经电子透镜约束会聚的热电子流被收集极收集，收集极作为电源输出的负极，阴极作为电源输出的正极。

优选的,所述阴极为钨、碳化钍钨、钼、铈等耐高温金属或合金材料；

优选的,所述阴极为表面附着了石墨、石墨烯、纳米碳管、金刚石等碳类材料或表面附着了石墨、石墨烯、纳米碳管、金刚石薄膜等碳类材料的耐高温金属或合金材料；

优选的,所述阴极为表面附着了金属氧化物材料，包括钡氧化物、铼氧化物、钇氧化物、镁氧化物、镧氧化物、铽氧化物、钍氧化物、铈氧化物、锶氧化物、铪氧化物等中的一种或多种的耐高温金属或合金材料。