[发明专利]测定热离子燃料元件热电转换性能实验装置及方法

摘要

本发明公开了一种测定热离子燃料元件热电转换性能实验装置及方法，该实验装置包括热离子燃料元件、加热棒、水冷套管、氦气室等，配套设备有氦气系统、冷却水系统、铯蒸气系统、电路系统及数据测量采集系统；实验中热离子燃料元件发射极的最高运行温度可达1600℃，能够通过调节燃料元件的加热功率和气体压力以模拟热离子燃料元件不同的工况，获取热离子燃料元件的伏安特性曲线、热电转换效率等热电转换性能参数；实验装置结构简单。

主权项

1.一种测定热离子燃料元件热电转换性能实验装置，其特征在于：包括热离子燃料元件的热离子燃料元件发射极(2)和热离子燃料元件接收极(3)组成热离子燃料元件工作段，热离子燃料元件工作段置于水冷套管(4)中，加热棒(1)置于热离子燃料元件发射极(2)内；热离子燃料元件和水冷套管(4)间的间隙与上氦气室(7)和下氦气室(8)相通；电极导线(5)设置在热离子燃料元件工作段两端，热离子燃料元件工作段以外下端全部置于下氦气室(8)中，工作段以外上端的电极导线(5)部分置于上氦气室(7)中，加热棒(1)上端的加热棒导线(6)置于位于上氦气室(7)上端的真空室(9)中，被真空室(9)中的导线连接件(10)夹紧，热离子燃料元件两端的电极导线(5)由上氦气室(7)和下氦气室(8)中伸出；热离子燃料元件发射极(2)和热离子燃料元件接收极(3)表面贴有多个热电偶，热电偶连接至数据采集系统(34)；真空室(9)连接有第三抽真空泵(32)和第六过滤器(33)；以上共同组成了实验装置的实验段模块；上氦气室(7)和下氦气室(8)通过三通管(11)连接，三通管(11)的另一个管口分别连接有第一抽真空泵(14)和第二过滤器(15)以及氦气罐(12)和第一过滤器(13)两条支管线，用于将上氦气室(7)和下氦气室(8)在实验前抽真空和充入氦气；上氦气室(7)和下氦气室(8)表面布置有用于改变气体压力的加热器(16)；上氦气室(7)和下氦气室(8)内安装有压力传感器以检测内部压力，以上共同组成了实验装置的氦气系统；热离子燃料元件通过循环的冷却水进行冷却，冷却水在实验开始前储存在冷却水箱(17)中，冷却水箱(17)通过第三过滤器(18)和水泵(19)连接至水冷套管(4)底部的入水管(20)，实验时冷却水通过第三过滤器(18)和水泵(19)由入水管(20)流入冷却热离子燃料元件，由水冷套管(4)顶部的出水管(21)流出后经过第一换热器(22)冷却进入捕获水箱(23)，最后流回冷却水箱(17)形成循环；入水管(20)和出水管(21)上安装有热电阻以检测冷却水的出入口温度，入水管(20)上安装有流量计；以上共同组成了实验装置的冷却水系统；热离子燃料元件发射极(2)和热离子燃料元件接收极(3)的间隙在热离子燃料元件底端分别与第二抽真空泵(24)和第四过滤器(25)以及铯储存罐(26)和第五过滤器(27)两条支管线连接；铯储存罐(26)上布置有镍铬合金加热器(28)，铯蒸气由铯储存罐(26)中产生；热离子燃料元件发射极(2)和热离子燃料元件接收极(3)的间隙在燃料元件顶端经过第二换热器(29)与铯回收器(30)连接；铯储存罐(26)内布置热电偶以检测铯温度从而控制铯蒸气压力，铯回收器(30)内布置热电偶以监控铯温度防止铯发生凝结；实验中铯蒸气压力通过改变镍铬合金加热器(28)的加热功率控制，以上共同组成了实验装置的铯蒸气系统；热离子燃料元件发射极(2)和热离子燃料元件接收极(3)两端各有一电极导线(5)引出，每一极的两个导线先汇集再与负载电阻(31)相接；实验进行时热离子燃料元件发射极(2)作为正极、热离子燃料元件接收极(3)作为负极，通过电极导线(5)与负载电阻相连，形成电路；电路上接有电压表和电流表测量输出电压和电流；以上共同组成了实验装置的电路系统。