提高熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率的方案

熱電子發(fā)電裝置是利用金屬表面熱電子發(fā)射現(xiàn)象將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電裝置，在20世紀60年代就開始出現(xiàn)了，它主要用作低壓大電流供電裝置，很適合于將核熱源中的熱能直接轉(zhuǎn)換成電能。但熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率較低，只有15～25%，需要加以提高，本短文中提出了一種提高熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率的方案。

熱電子發(fā)電裝置的基本構(gòu)造如圖1所示，說明如下：

1)由絕緣容器、陰極、陽極、負載和導線等所組成。

2)絕緣容器用耐高溫的絕緣材料制成，陰極和陽極用耐高溫的金屬材料制成。

3)陰極和陽極處于絕緣容器內(nèi)，陰極位于左邊，陽極位于右邊。

4)陰極的左表面與絕緣容器的左內(nèi)表面接觸在一起。

5)陽極的右表面與絕緣容器的右內(nèi)表面接觸在一起。

6)陰極和陽極的上下表面和前后表面與絕緣容器的上下內(nèi)表面和前后內(nèi)表面接觸在一起。

7)陰極的右表面與陽極的左表面之間有一個空間存在。

8)在陰極和陽極分別引出一根導線，在兩根導線之間接上負載。

熱電子發(fā)電裝置的工作原理如下：

1)熱電子發(fā)電裝置工作時，陰極的溫度高于陽極的溫度，在陰極與陽極之間存在溫度差。

2)陰極發(fā)射出的熱電子數(shù)多于陽極發(fā)射出的熱電子數(shù)。

3)陰極的電勢高于陽極的電勢，在陰極與陽極之間存在電勢差。

4)電流從陰極流出，流過負載，流入陽極，電流流過負載時輸出電能，實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換。

熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率較低，只有15～25%。由于熱電轉(zhuǎn)換效率較低，制約了熱電子發(fā)電裝置的應(yīng)用。因此，提高熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率，是目前熱電子發(fā)電裝置的主要研究方向。

本文中，提出了一種提高熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率的方案。

根據(jù)熱電子發(fā)電裝置的工作原理可知，在陰極溫度、陽極溫度不變的情況下，或在陰極與陽極之間的溫度差不變的情況下，如果能增大陰極的電勢，或增大陰極與陽極之間的電勢差，則熱電子發(fā)電裝置的輸出功率可增大，熱電轉(zhuǎn)換效率可提高。

根據(jù)熱電子發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)可知，在陰極溫度、陽極溫度不變的情況下，或在陰極與陽極之間的溫度差不變的情況下，如果使陰極的左表面與絕緣容器的左內(nèi)表面之間增加一個空間(見圖2)，則陰極的左表面要向增加的空間發(fā)射熱電子，陰極發(fā)射出的熱電子數(shù)要增加，陰極的電勢要升高，陰極與陽極之間的電勢差要增大，熱電子發(fā)電裝置的輸出功率要增大，熱電轉(zhuǎn)換效率要提高。

因此，根據(jù)熱電子發(fā)電裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)，本人想到了如下的提高熱電子發(fā)電裝置的輸出功率和熱電轉(zhuǎn)換效率的方案：在陰極的左表面與絕緣容器的左內(nèi)表面之間增加一個空間(具體參見圖2中的熱電子發(fā)電裝置改進示意圖)。

提高了熱電子發(fā)電裝置的熱電轉(zhuǎn)換效率之后，可增大熱電子發(fā)電裝置的應(yīng)用價值和應(yīng)用范圍，希望能引起中科院和國家有關(guān)部門的高度重視。