[实用新型]一种真空热电二极管直流发电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，特别是涉及一种将热能直接转化为直流电能的真空热电二极管直流发电装置。

背景技术

现有的热电转换装置主要有两种类型：其一是温差发电器，可简称为E_A，基础元件是热电偶；其二是热电子或热离子发电器，简称为E_B，基础元件是热电二极管。两种发电器的电动势都是由热运动激发电子引起的，遵守一般电源的非静电力原则。

热电偶由两个不同材料的导体或者半导体的导电电臂组成，两个电臂两端中的一端被焊接或通过导流片连接在一起，置于高温热源中，另一端置于低温环境中，并作为电源的两个电极引出。热电偶的电动势ε_A由Seeback热电效应确定。热电偶的主要技术障碍是难以提高热电优值ZT。一般由若干个热电偶组合成热电堆，构成上述的温差发电器。

真空热电二极管具有一个在高温下发射电子的阴极，或称发射极，一个收集电子的阳极，或称集电极。两个电极彼此间隔一定的距离，共同安装在一个真空容器中。热源通常位于容器之外的阴极底部并对阴极加热，由于热辐射、热传导和电子动能引起的焦耳热，阳极的温度也随之升高。两个电极表面都有电子逸出并进入空间，其电荷斥力以及出射电子电极内部的镜像力合并形成空间减速电场力，使得大部分电子返回出射电极或滞留空间，只有少部分动能较大的电子可以突破空间和阳极位能，到达阳极。由于阴极发射的电子多，显示出正电性，而阳极显示出负电性。不同动能分量的电子电荷分布在空间，形成不均衡的空间电位，最负的电位层出现在靠近阴极一侧，称之为虚阴极。虚阴极附近密集的空间电荷一方面表现为对电流的阻碍效应，一方面其包含的各种动能分量又使得E_B隐伏着很高的电功率密度潜能。因此，如何产生和利用空间电荷成为提高效率的技术关键之一。为了克服电荷斥力，达到增大阳极电流的目的，现有技术的一类仅采用缩小极间距的方法，可称为热电子发电装置；另一类对前者进行了改进，主要利用金属铯的离子蒸汽去除部分空间电荷，使得更多动能较小的电子可以到达阳极，一般称为热离子发电器，其功率密度和效率远高于热电子发电装置，是目前热电二极管发电装置的主流。真空热电二极管的电动势ε_B基本由两个电极的逸出功和空间电位共同确定。

E_A和E_B这两类发电装置可以统称为热电直接转换装置，其特点在于没有机械运动部件，结构简单、可靠性高、运行安静，目前主要应用于航空航天、海洋通讯和军事装备等特殊场合。