[实用新型]热离子电源发电单元

说明书

技术领域

本实用新型属热能发电技术领域，热离子发电单元是一种静态的热电转换装置，适用于核能、火力、太阳能发电等领域；该新型的热离子电源能以优良和高效的性能利用核能、火力、太阳能等多种热源，将热能转化为电能。 

背景技术

热离子能量转换器是利用金属表面热电子发射现象提供电能的一种静态发电电源，它不需要机械转动部分直接将热能转化为电能。由于现有热离子电源的发电理论的电压计算公式：存在问题，导致现有热离子电源的热电转化效率很低，设备可靠性差。 

发明内容

我们修正了现有热离子电源的发电理论，提出了新的热离子热电转换理论，新理论包括热离子电源第一电压公式： 

热离子电源第二电压公式： 

热离子电源实用电压公式： 

其中U为极间电压，e为电子电量，为发射极逸出功，为接收极逸出功，E_L为热电子跨越极间时动能损失，E_m为出逸热电子的平均最大动能，E_d为发射极热电子飞跃极间距离所需要的初始能量，T为发射极工作温度，T’为接收机工作温度，E’_d为接收极热电子飞跃极间距离所需要的初始能量。 

新理论明确了与现有热离子电源不同的热电转换原理和条件：发射极的逸出功要小于或等于接收极的逸出功，发射极的工作温度可以等于或大于接收极的工作温度，极间电压与极间距离直接相关，并且随着距离的增大而减小。 

基于上述我们的热离子电源理论和计算公式，我们的发明设计了专门用于热离子发电单元的热电子收发混合电极和热电子接收极，实现本实用新型所采用的技术方案是：一种热离子电源发电单元，用逸出功较高的高熔点导体制成更容易俘获热电子的热电子末级接收极；热电子收发混合电极用作发射极和中间电极；所述热电子收发混合电极是用逸出功较高 的高熔点导体作为热电子收发混合电极的接收极基体，在接收极基体上，除需要发射热电子的结构面外，其他各个外表面因为有较高的表面势垒而容易俘获热电子；在接收极基体上设置容易发射热电子的发射极表面；所述发射极、若干中间电极和末级接收极依次串联；既由第1级热电子收发混合电极、第2级热电子收发混合电极、第3级热电子收发混合电极、第4级热电子收发混合电极、第m级热电子收发混合电极、末级热电子接收极，共计n个电极依次串联排列组成热离子发电单元的热电转换组件，其中m≥1，n＝m+1。所述的发射极表面是对需要发射热电子的结构面进行降低逸出功的表面处理，使此表面成为容易发射热电子的发射极表面。 

本实用新型所用的热电子收发混合电极是一种由逸出功较高的高熔点导体作为基体，基体通过其较高的表面势垒在需要俘获热电子的结构面上首先满足更容易俘获热电子的接收极特性，而在面对其他接收极的结构面上通过降低逸出功的表面处理，使这个表面成为容易发射热电子的发射极表面；本发明所用的热电子接收极是一种由逸出功较高的高熔点导体制成的通过其较高的表面势垒而更容易俘获热电子的电极。 

热电子接收极和热电子收发混合电极的基体实质上是由同类材料构成，一股可以用钨W、钼Mo、钽Ta、镍Ni、铂Pt、铌Nb、铼Re、石墨C、P型半导体等基材制造。热电子收发混合电极上热电子发射表面的处理方式包括贴敷：低逸出功材料、氧化物阴极材料、原子膜阴极材料、钍钨阴极材料、稀土—钼阴极材料、稀土—钨基钪系扩散阴极材料。一股用铯Cs、BaSrCa的氧化物、W-ThO₂、W₂O-ThO₂、钍铼钨、铈钨、Mo-La₂O₃、铝酸盐钡钨、钨酸盐钡钨、硼化物、金属陶瓷等阴极材料来制造。