專利名稱：新型高效熱離子電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型熱離子電源屬靜態(tài)的熱電轉(zhuǎn)換裝置技術(shù)領(lǐng)域，適用于核能、火力、太陽(yáng)能發(fā)電等領(lǐng)域；該新型的熱離子電源能以其優(yōu)良高效的性能替代現(xiàn)有的低效熱離子電源利用核能、火力、太陽(yáng)能等多種能源服務(wù)于軍事裝備、民用電力、核動(dòng)力、宇航電力等范圍。
背景技術(shù)：
熱離子能量轉(zhuǎn)換器是利用金屬表面熱電子發(fā)射現(xiàn)象提 供電能的一種靜態(tài)發(fā)電電源，不需要機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能。它已成功地應(yīng)用到空間技術(shù)和核動(dòng)力潛艇上，近來(lái)又把它用作火力發(fā)電系統(tǒng)的前級(jí)。目前熱離子電源的結(jié)構(gòu)是高溫?zé)嵩醇訜嵊霉瘮?shù)大、熔點(diǎn)高的材料制作的發(fā)射極導(dǎo)致發(fā)射熱電子，熱電子經(jīng)過(guò)充有銫蒸汽的極小間隙，轉(zhuǎn)移到用耐高溫、功函數(shù)較低的材料制作的接收極，發(fā)射極需要加熱處于高溫狀態(tài)下，接收極需要降溫排熱處于低溫狀態(tài)下?，F(xiàn)有熱離子電源基于其工作原理要求發(fā)射極功函數(shù)較大，而接收極功函數(shù)較小，極間銫蒸汽的溫度和壓力具有特定的控制范圍，絕大部分熱量經(jīng)過(guò)接收極排放散失；由于現(xiàn)有熱離子電源的熱電轉(zhuǎn)換效率為10%左右，單電源發(fā)電容量小，輸出電壓偏低，電源結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件復(fù)雜并且造價(jià)高昂，還存在許多問(wèn)題妨礙商業(yè)應(yīng)用，所以多年來(lái)這種電源一直未能推廣，甚至應(yīng)用領(lǐng)域在逐步退縮；新型熱離子電源的設(shè)計(jì)能改變這種局面，會(huì)在很多領(lǐng)域替代現(xiàn)有的發(fā)電裝備。問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)與論證現(xiàn)有熱離子電源的極間電壓計(jì)算公式存在問(wèn)題！現(xiàn)有熱離子電源的極間電壓計(jì)算公式滿足極間電勢(shì)差=發(fā)射極材料逸出功一接收極材料逸出功一熱電子運(yùn)輸損耗，即為Z7 e = 0發(fā)一0收一E運(yùn),其中U為極間電壓，e為電子電量,發(fā)射極為正極，接收極為負(fù)極，公式表明如果使用相同功函數(shù)的兩個(gè)電極則電源會(huì)輸出零電壓或者負(fù)電壓。熱離子電源的工作流程為發(fā)射極加溫、熱電子逸出、熱電子向接收極轉(zhuǎn)移、接收極俘獲熱電子、接收極排熱降溫，其中熱電子的內(nèi)能變化過(guò)程'E初一0發(fā)+E運(yùn)+0收=E終，上述等式移項(xiàng)變換的結(jié)果是熱電子動(dòng)能的變化量^>=#1 — Sg#。熱電子動(dòng)能的變化過(guò)程與現(xiàn)有熱離子電源的極間電壓計(jì)算公式相似，但這個(gè)動(dòng)能變化值和熱電子相對(duì)于發(fā)射極的電勢(shì)差無(wú)關(guān)，這個(gè)動(dòng)能變化僅僅是熱傳遞的過(guò)程?；芈分形ㄒ坏臒犭娹D(zhuǎn)換環(huán)節(jié)為熱電子從炙熱的金屬表面克服表面勢(shì)壘逸出金屬塊體，進(jìn)入自由空間繼而形成電勢(shì)差，相對(duì)于發(fā)射極具有一定電勢(shì)差的熱電子對(duì)回路沒(méi)有貢獻(xiàn)電能，只有熱電子被接收極俘獲才能發(fā)揮出熱電子相對(duì)于發(fā)射極的電勢(shì)差形成電壓，只有熱電子傳遞運(yùn)輸過(guò)程自由暢通，才能實(shí)現(xiàn)電子的微觀內(nèi)能轉(zhuǎn)化為宏觀電壓。
發(fā)明內(nèi)容基于上述電源的結(jié)構(gòu)及計(jì)算公式，我們提出了不同的觀點(diǎn)，因?yàn)槎喾N金屬依次連接時(shí)，接觸電勢(shì)差只與兩端金屬的性質(zhì)有關(guān)，與中間金屬無(wú)關(guān)，熱離子電源電路里電子逸出后，未經(jīng)對(duì)外做功的電子回到發(fā)射極前其相對(duì)于發(fā)射極的能量保持為+=t/e，其中乂五> O為熱電子出逸后動(dòng)能，發(fā)射極逸出功僅是熱電子實(shí)現(xiàn)逸出的能量下限而已，上式就是新型熱離子電源極間電壓的計(jì)算公式即極間電勢(shì)差=發(fā)射極材料逸出功+熱電子出逸后的動(dòng)能=出逸熱電子相對(duì)于發(fā)射極的總能量，公式充分體現(xiàn)了微觀電子能量向宏觀極間電壓的轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)證明使用相同或者不同逸出功的材料制作兩個(gè)電極能夠輸出較高的與接收極材料逸出功無(wú)關(guān)的電壓，同時(shí)試驗(yàn)還證明了隨著發(fā)射極溫度的提高，熱電子的初始總能量會(huì)增加，相應(yīng)的極間電壓也會(huì)明顯增大，試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)一步否定了現(xiàn)有熱離子電源的輸出電壓計(jì)算理論。熱離子電源、導(dǎo) 線、電阻組成的基本回路中電勢(shì)分布如下所述假設(shè)熱離子電源發(fā)射極電勢(shì)為O，接收極經(jīng)過(guò)負(fù)載與發(fā)射極相連，回路電流為/，則熱電子電勢(shì)為一五=—沒(méi)^一 J五，接收極電勢(shì)為五5· = — I尺本文稱這個(gè)接收極電勢(shì)為驅(qū)動(dòng)電勢(shì)，熱電子在驅(qū)動(dòng)電勢(shì)的吸引下，經(jīng)過(guò)極小的極間距飛向接收極，熱電子運(yùn)動(dòng)到接收極形成閉合回路。本實(shí)用新型的目的是依據(jù)新的極間電壓計(jì)算理論，采用新的方法設(shè)計(jì)直流輸出和交流輸出兩種方案的新型高效熱離子電源。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案如下直流輸出方案該新型高效熱離子電源包括發(fā)射極、接收極、高溫?zé)崆患案邷責(zé)嵩?，發(fā)射極要求采用熔點(diǎn)高于熱源溫度的熱電子發(fā)射材料制造，接收極要求采用熔點(diǎn)高于熱源溫度的非熱電子發(fā)射材料制造，發(fā)射極材料逸出功小于等于接收極材料逸出功；發(fā)射極和接收極設(shè)在絕熱外殼內(nèi)，絕熱外殼為封閉式，發(fā)射極及接收極處于同一高溫?zé)崆恢?，發(fā)射極與接收極的極間間隙一般保持在O. 01 2毫米之間，發(fā)射極與接收極通過(guò)導(dǎo)線和導(dǎo)線串接電泵直流電源；電源工作中發(fā)射極與接收極能通過(guò)導(dǎo)線串接直流電源提高熱電子利用效率，本發(fā)明中稱這個(gè)外加的電源為電泵電源，電泵電源的輸入電壓一般保持在O 220伏范圍。高溫?zé)嵩醇訜岚l(fā)射極導(dǎo)致發(fā)射極發(fā)射熱電子，電泵直流電源通過(guò)發(fā)射極導(dǎo)線和接收極導(dǎo)線使得接收極的電動(dòng)勢(shì)高于發(fā)射極的電勢(shì)，為熱電子向接收極的移動(dòng)提供額外動(dòng)力。熱電子由于初始動(dòng)能的存在并受到驅(qū)動(dòng)電勢(shì)的吸引或者另有電泵直流電源的誘導(dǎo)電場(chǎng)推動(dòng)會(huì)飛向接收極，經(jīng)過(guò)兩極間隙，熱電子在接收極上被俘獲。接收極由于發(fā)射熱電子效率很低，熱電子數(shù)量少，或者因?yàn)橛须姳秒妶?chǎng)的作用，不能與來(lái)自發(fā)射極的熱電子數(shù)量相平衡，熱電子趨于向接受極集中并形成極間電壓，極間縫隙里能根據(jù)需要添加金屬蒸氣，用于輔助傳導(dǎo)熱電子和增大導(dǎo)流系數(shù)。電源的工作條件有利于保熱、傳導(dǎo)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，發(fā)射極與接收極之間不需要刻意設(shè)定溫差，系統(tǒng)熱能散失少，熱電轉(zhuǎn)化效率高。交流輸出方案是該新型高效熱離子電源的另一種結(jié)構(gòu)形式，為了減小極間空間電荷效應(yīng)、增大導(dǎo)流系數(shù)，電源的兩個(gè)電極均能使用熱電子發(fā)射材料并同時(shí)加熱，電泵電源相應(yīng)調(diào)整為交流輸出特性，使得兩個(gè)電極互為發(fā)射極和接收極，本方案所說(shuō)的發(fā)射極和接收極均用熱電子發(fā)射材料制造，兩個(gè)電極的極間距離和填充方式與直流輸出方案相同，發(fā)射極和接收極通過(guò)導(dǎo)線和導(dǎo)線串接電泵交流電源，高溫?zé)嵩丛诟邷責(zé)崆粌?nèi)加熱發(fā)射極及接收極，導(dǎo)致發(fā)射極及接收極的熱電子逸出，電泵交流電源發(fā)出交流誘導(dǎo)電壓，通過(guò)導(dǎo)線和導(dǎo)線施加到發(fā)射極及接收極之間，使得發(fā)射極及接收極分別與其附近的熱電子聚集區(qū)之間形成方向相同并且周期性變化的電泵交變電場(chǎng)，發(fā)射極和接收極互為發(fā)射極和接收極，并交替變化極性，在電泵電場(chǎng)的作用下加劇逸出熱電子或加劇俘獲熱電子，形成交變電流。本實(shí)用新型涉及了新型熱離子電源的幾個(gè)特征與現(xiàn)有熱離子電源存在根本性差另O，導(dǎo)致新型熱離子電源實(shí)現(xiàn)了高效的熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程，作為新技術(shù)的技術(shù)特征概括如下[0010]A、新型熱離子電源的輸出有效極間電勢(shì)差滿足有效極間電勢(shì)差=發(fā)射極材料逸出功+熱電子出逸后的動(dòng)能=出逸熱電子相對(duì)于發(fā)射極的總能量。在同等電極材料和工作溫度條件下此電壓在數(shù)值上遠(yuǎn)高于現(xiàn)有熱離子電源的輸出電壓。B、新型熱離子電源兩個(gè)電極材料在功函數(shù)的要求上，與現(xiàn)有熱離子電源恰恰相反，新型熱離子電源要求發(fā)射極材料逸出功小于接收極材料的逸出功，并且能串聯(lián)電泵電場(chǎng)用于提高熱電子轉(zhuǎn)移效率，能在較低溫度的熱源條件下實(shí)現(xiàn)發(fā)射極上熱電子大規(guī)模逸出，而避免接收極上熱電子大規(guī)模逸出，有利于形成熱電子電流，熱離子電源的工作條件簡(jiǎn)
單。 C、新型熱離子電源不需要必不可少的排熱降溫流程，只要熱源供應(yīng)能滿足電源的溫度要求，能根據(jù)電極溫度調(diào)節(jié)供熱能力，而不會(huì)導(dǎo)致高溫破壞，降溫散熱不再是必須的，如此新型熱離子電源相比現(xiàn)有熱離子電源大大提高了熱能的利用率，同時(shí)電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低廉，容易采用排列多個(gè)電極的方法制作出容量較大、電壓較高的單電源和電源堆。D、能使用電泵電源提供外加的直流或交流電壓，為熱離子電源提供轉(zhuǎn)移熱電子的電場(chǎng)，加速發(fā)射極熱電子的出逸和轉(zhuǎn)移，同時(shí)抑制接收極熱電子的逸出與轉(zhuǎn)移，使得熱離子電源能提供直流或交流電能。其中交流泵電方案，改善了熱電子轉(zhuǎn)移條件，能增大導(dǎo)流系數(shù)，使得熱離子電源表現(xiàn)出良好的伏安特性。E、新型熱離子電源能盡量使各種能源，如利用核能、熱能、光能等轉(zhuǎn)化為電離能?？梢詫⑻?yáng)能光電效應(yīng)發(fā)電過(guò)程直接替換為熱電轉(zhuǎn)換的靜態(tài)發(fā)電過(guò)程，使得太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換效率不再受制約于光電材料的尋找與提純，并能突破光電材料很低的極限光電轉(zhuǎn)換效率，為太陽(yáng)能發(fā)電開(kāi)辟新的途徑。

圖I是現(xiàn)有熱離子電源原理圖；圖2是本實(shí)用新型直流輸出方案的新型高效熱離子電源原理圖；圖3是本實(shí)用新型交流輸出方案的新型高效熱離子電源原理圖。圖中，I、發(fā)射極，2、接收極，3、極間間隙，4、高溫?zé)崆唬?、低溫?zé)崆唬?、絕熱外殼，7、高溫?zé)嵩矗?、降溫排熱，9、導(dǎo)線，10、導(dǎo)線，11、電泵直流電源，12、電泵交流電源。
具體實(shí)施方式
參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。直流輸出方案該新型高效熱離子電源包括發(fā)射極I、接收極2、高溫?zé)崆?及高溫?zé)嵩?，其特征在于發(fā)射極I采用熔點(diǎn)高于高溫?zé)嵩?溫度的熱電子發(fā)射材料制造，接收極2采用熔點(diǎn)高于高溫?zé)嵩?溫度的非熱電子發(fā)射材料制造，發(fā)射極I材料的逸出功小于等于接收極2材料的逸出功；發(fā)射極I和接收極2設(shè)在絕熱外殼6內(nèi)，絕熱外殼6為封閉式，發(fā)射極I和接收極2處于同一高溫?zé)崆?中，發(fā)射極I與接收極2的極間間隙在O. 01 2毫米之間，高溫?zé)嵩?加熱發(fā)射極I導(dǎo)致發(fā)射極I發(fā)射熱電子，基于兩個(gè)電極I和2同樣工作在高溫環(huán)境下，為抑制接收極2的熱電子發(fā)射能力、避免接收極2逸出的熱電子移動(dòng)到發(fā)射極I成為有效熱電子，增強(qiáng)發(fā)射極I的熱電子發(fā)射能力、強(qiáng)制發(fā)射極I逸出的熱電子向接收極2移動(dòng)成為有效熱電子，熱離子電源能夠使用外加的電泵直流電源11通過(guò)導(dǎo)線9和導(dǎo)線10串接發(fā)射極I與接收極2，來(lái)提供由接收極2指向發(fā)射極I的電場(chǎng)，使得接收極2的電動(dòng)勢(shì)高于發(fā)射極I的電勢(shì)，為熱電子向接收極2的移動(dòng)提供額外動(dòng)力，電泵電源的輸入電壓一般保持在O 220伏范圍；熱電子在接收極2的驅(qū)動(dòng)電勢(shì)和電泵直流電源11的誘導(dǎo)電場(chǎng)推動(dòng)下飛向接收極2，經(jīng)過(guò)兩極間隙，熱電子在接收極2上被俘獲。本方案所說(shuō)的發(fā)射極I及接收極2具有相同或相近的高溫，溫度在600K 3300K范圍，具體溫度應(yīng)該以熱源的溫度特性、電極材料的熱電子發(fā)射特性、輸出電壓等因素為基礎(chǔ)實(shí)施控制，該電源不存在因?yàn)闊犭娹D(zhuǎn)換的需要設(shè)置降溫排熱過(guò)程，所以絕大部分熱能可以用于熱電轉(zhuǎn)換而不是通過(guò)降溫散失，極大地提高了熱能利用效率。直流輸出方案的特點(diǎn)現(xiàn)有熱離子電源兩個(gè)電極要求發(fā)射極功函數(shù)大于接收極功函數(shù)，極間電壓小于兩個(gè)電極材料的逸出功差值，兩個(gè)電極的溫差源于其接收極功函數(shù)偏小更容易發(fā)射熱電子，而熱電子只能由發(fā)射極飛向接收極，保持發(fā)射極高溫和接收極低溫才能保持熱電子的單向發(fā)射實(shí)現(xiàn)極間電壓與電流。該方案新型高效熱離子 電源同樣具有兩個(gè)電極，但是發(fā)射極材料的逸出功小于等于接收極材料的逸出功，比如鎢(W)、鑰(Mo)、Ta (鉭)、Nb (鈮)、Re (錸)、經(jīng)過(guò)碳化處理的W — ThO2、Mo—La2O3、W基Ba、W基Sc等均能作為發(fā)射極材料，比如石墨(C)等材料均能制作接收極。上述電極條件決定了熱離子電源可以工作在某個(gè)溫度較低的熱源里，能實(shí)現(xiàn)發(fā)射極高效發(fā)射熱電子，而接收極在此溫度下尚不能大規(guī)模發(fā)射熱電子；新型熱離子電源接收極可以不再進(jìn)行必須的排熱，整個(gè)電源系統(tǒng)處于保溫絕熱層以內(nèi)，兩個(gè)電極能具有相同或相近的高溫。新型熱離子電源允許配置的電泵電場(chǎng)減小了發(fā)射極表面勢(shì)壘、加大了接收極表面勢(shì)壘，同時(shí)阻止了高溫接收極逸出熱電子向發(fā)射極的漂移，而來(lái)自發(fā)射極飛向接收極的熱電子因?yàn)榇蚱平邮諛O表面逸出與返回的平衡而更容易被俘獲并避免高速轟擊接收極表面，電泵電場(chǎng)輔助高溫發(fā)射極逸出的熱電子飛向接收極成為有效熱電子對(duì)電路貢獻(xiàn)電壓電流，而高溫接收極逸出的熱電子不能到達(dá)發(fā)射極成為無(wú)效熱電子，對(duì)電路不能貢獻(xiàn)電流和電壓，此時(shí)接收極僅僅表現(xiàn)為一個(gè)高溫電極而已。試驗(yàn)證明處于炙熱的接收極相對(duì)于其低溫狀態(tài)在外加電泵電場(chǎng)的作用下會(huì)大大提高熱電子的俘獲能力，明顯減小了空間電荷的阻擋效應(yīng)。因?yàn)樾滦蜔犭x子電源不需要降溫排熱，電源的結(jié)構(gòu)和工作條件得到了大幅度的簡(jiǎn)化，因此可以制作出多電極串聯(lián)或并聯(lián)的單電源設(shè)備，這樣的單電源容量大、輸出電壓高、工作流程簡(jiǎn)單、相對(duì)造價(jià)較低。上述新型熱離子電源因?yàn)椴恍枰艧岽蟠筇岣吡藷崮芾眯屎蜔犭娹D(zhuǎn)換效率，同時(shí)大大減小了電源的降溫排熱、控制極間金屬蒸氣溫度等附屬工作條件，使得設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，電源的單位體積和單位重量功率均有很大的提升。交流輸出方案為了減小極間空間電荷效應(yīng)、增大導(dǎo)流系數(shù)，電源的兩個(gè)電極均能使用熱電子發(fā)射材料并同時(shí)加熱，電泵電源相應(yīng)調(diào)整為交流輸出特性，使得兩個(gè)電極互為發(fā)射極和接收極。參照附圖本方案所說(shuō)的發(fā)射極I和接收極2均用熱電子發(fā)射材料制造，兩個(gè)電極的極間距離和填充方式與直流輸出方案相同，發(fā)射極I和接收極2通過(guò)導(dǎo)線9和導(dǎo)線10串接電泵交流電源12，電泵電源的輸入電壓一般保持在O 220伏范圍，高溫?zé)嵩?在高溫?zé)崆?內(nèi)加熱發(fā)射極I及接收極2，加熱溫度的范圍和控制條件與直流輸出方案相同，加熱會(huì)導(dǎo)致發(fā)射極I及接收極2的熱電子逸出，電泵交流電源12發(fā)出交流誘導(dǎo)電壓，通過(guò)導(dǎo)線9和導(dǎo)線10施加到發(fā)射極I及接收極2之間，使得發(fā)射極I及接收極2分別與其附近的熱電子聚集區(qū)之間形成方向相同并且周期性變化的電泵交變電場(chǎng)，發(fā)射極及接收極在電泵電場(chǎng)的作用下加劇逸出熱電子或加劇俘獲熱電子，電泵交變電場(chǎng)使得發(fā)射極I和接收極2的電勢(shì)高低發(fā)生交替變化，同時(shí)分別在兩個(gè)電極上實(shí)現(xiàn)加劇逸出熱電子或加劇俘獲熱電子，導(dǎo)致發(fā)射極I和接收極2呈現(xiàn)互為發(fā)射極和接收極，并交替變化極性形成交變電流。在交替變化的電泵電場(chǎng)作用下，熱電子的逸出為熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程，熱電子的俘獲對(duì)回路起到貢獻(xiàn)電壓的作用，由于熱電子聚集區(qū)距離發(fā)射極或接收極很近，熱電子加速和移動(dòng)距離短，不再需要熱電子跨越極間距，能極大地回避空間電荷效應(yīng)，能充分實(shí)現(xiàn)熱電子的微觀內(nèi)能向極間宏觀電壓的轉(zhuǎn)變。交流輸出方案的特點(diǎn)該新型高效熱離子電源，兩個(gè)極板均需要加熱，互為發(fā)射極和接收極，兩個(gè)電極材料均按照發(fā)射極材料的要求進(jìn)行選擇，兩個(gè)電極之間的熱電子云團(tuán)在交變誘導(dǎo)電場(chǎng)的作用下發(fā)生震蕩運(yùn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱電子的逸出與返回過(guò)程并為回路貢獻(xiàn)電能和電壓，有效地減小了空間電荷效應(yīng)；交流電壓有利于電能的輸送和變換。
權(quán)利要求1.一種新型高效熱離子電源包括發(fā)射極(I)、接收極(2)、高溫?zé)崆?4)及高溫?zé)嵩?7)，其特征在于發(fā)射極(I)采用熔點(diǎn)高于高溫?zé)嵩?7)溫度的熱電子發(fā)射材料制造，接收極(2)采用熔點(diǎn)高于高溫?zé)嵩?7)溫度的非熱電子發(fā)射材料制造，發(fā)射極(I)材料的逸出功小于等于接收極(2 )材料的逸出功；發(fā)射極(I)和接收極(2 )設(shè)在絕熱外殼(6 )內(nèi)，絕熱外殼(6)為封閉式，發(fā)射極(I)和接收極(2)處于同一高溫?zé)崆?4)中，發(fā)射極(I)與接收極(2)的極間間隙在0.01 2毫米之間，發(fā)射極(I)與接收極(2)通過(guò)導(dǎo)線(9)和導(dǎo)線(10)串接電泵直流電源(11);高溫?zé)嵩?7 )加熱發(fā)射極(I)導(dǎo)致發(fā)射極(I)熱電子發(fā)射，電泵直流電源(11)通過(guò)導(dǎo)線(9)和導(dǎo)線(10)能使得接收極(2)的電動(dòng)勢(shì)高于發(fā)射極(I)的電勢(shì)，為熱電子向接收極(2)的移動(dòng)提供額外動(dòng)力，熱電子在接收極(2)的驅(qū)動(dòng)電勢(shì)和電泵直流電源(11)的誘導(dǎo)電場(chǎng)推動(dòng)下飛向接收極(2)，經(jīng)過(guò)兩極間隙，熱電子在接收極(2)上被俘獲。
2.按照權(quán)利要求I所說(shuō)的新型高效熱離子電源，其特征在于發(fā)射極(I)及接收極(2)具有相同或相近的高溫，溫度在600K 3300K范圍，具體溫度應(yīng)該以熱源的溫度特性、電極材料的熱電子發(fā)射特性、輸出電壓等因素為基礎(chǔ)實(shí)施控制，該電源不存在因?yàn)闊犭娹D(zhuǎn)換的需要設(shè)置降溫排熱過(guò)程，所以絕大部分熱能可以用于熱電轉(zhuǎn)換而不是通過(guò)降溫散失，極大地提高了熱能利用效率。
3.按照權(quán)利要求I所說(shuō)的新型高效熱離子電源，其特征在于基于兩個(gè)電極(I)和(2)同樣工作在高溫環(huán)境下，為避免接收極逸出的熱電子移動(dòng)到發(fā)射極成為有效熱電子、抑制接收極的熱電子發(fā)射能力、增強(qiáng)發(fā)射極的熱電子發(fā)射能力、強(qiáng)制發(fā)射極逸出的熱電子向接收極移動(dòng)成為有效熱電子，電源能夠使用外加的電泵直流電源(11)來(lái)提供由接收極指向發(fā)射極的電場(chǎng)來(lái)誘導(dǎo)熱電子的轉(zhuǎn)移。
4、按照權(quán)利要求I所說(shuō)的新型高效熱離子電源，其特征在于為了減小極間空間電荷效應(yīng)、增大導(dǎo)流系數(shù)，電源的兩個(gè)電極均能使用熱電子發(fā)射材料并同時(shí)加熱，電泵電源相應(yīng)調(diào)整為交流或直流脈沖的輸出特性，使得兩個(gè)電極互為發(fā)射極和接收極，所說(shuō)的發(fā)射極(I)和接收極(2)均用熱電子發(fā)射材料制造，發(fā)射極(I)和接收極(2)通過(guò)導(dǎo)線(9)和導(dǎo)線(10)串接電泵交流電源(12)，高溫?zé)嵩?7)在高溫?zé)崆?4)內(nèi)加熱發(fā)射極(I)及接收極(2)，導(dǎo)致發(fā)射極(I)及接收極(2)的熱電子逸出，電泵交流電源(12)發(fā)出交流誘導(dǎo)電壓，通過(guò)導(dǎo)線(9)和導(dǎo)線(10)施加到發(fā)射極(I)及接收極(2)之間，使得發(fā)射極(I)及接收極(2)分別與其附近的熱電子聚集區(qū)之間形成方向相同并且周期性變化的電泵交變電場(chǎng)，電泵交變電場(chǎng)使得發(fā)射極(I)和接收極(2)的電勢(shì)高低發(fā)生交替變化，同時(shí)分別在兩個(gè)電極上實(shí)現(xiàn)加劇逸出熱電子或加劇俘獲熱電子，導(dǎo)致發(fā)射極(I)和接收極(2)呈現(xiàn)互為發(fā)射極和接收極，并交替變化極性形成交變電流。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型高效熱離子電源，其特征在于發(fā)射極(1)采用熔點(diǎn)高于高溫?zé)嵩?7)溫度的熱電子發(fā)射材料制造，接收極(2)采用熔點(diǎn)高于高溫?zé)嵩?7)溫度的非熱電子發(fā)射材料制造，發(fā)射極(1)和接收極(2)設(shè)在絕熱外殼(6)內(nèi)，發(fā)射極(1)和接收極(2)處于同一高溫?zé)崆?4)中，發(fā)射極(1)與接收極(2)通過(guò)導(dǎo)線(9)和導(dǎo)線(10)串接電泵直流電源(11)；高溫?zé)嵩?7)加熱發(fā)射極(1)導(dǎo)致發(fā)射極(1)熱電子發(fā)射，使得接收極(2)的電動(dòng)勢(shì)高于發(fā)射極(1)的電勢(shì)，為熱電子向接收極(2)的移動(dòng)提供額外動(dòng)力，熱電子在接收極(2)的驅(qū)動(dòng)電勢(shì)和電泵直流電源(11)的誘導(dǎo)電場(chǎng)推動(dòng)下飛向接收極(2)，經(jīng)過(guò)兩極間隙，熱電子在接收極(2)上被俘獲，本實(shí)用新型能盡量使各種能源，如利用核能、熱能、光能等轉(zhuǎn)化為電離能。
文檔編號(hào)H02N3/00GK202586808SQ201220231478
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者張維國(guó) 申請(qǐng)人:張維國(guó)