提高熱電子發(fā)電裝置的熱電轉換效率的方案

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換成電能。但熱電子發(fā)電裝置的熱電轉換效率較低，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)電裝置的熱電轉換效率的方案。

熱電子發(fā)電裝置的基本構造如圖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，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表面接觸在一起。

5)陽極的右表面與絕緣容器的右內表面接觸在一起。

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表面和前后內表面接觸在一起。

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)熱電轉換。

熱電子發(fā)電裝置的熱電轉換效率較低，只有15～25%。由于熱電轉換效率較低，制約了熱電子發(fā)電裝置的應用。因此，提高熱電子發(fā)電裝置的熱電轉換效率，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，熱電轉換效率可提高。

根據(jù)熱電子發(fā)電裝置的結構可知，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構，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換效率的方案：在陰極的左表面與絕緣容器的左內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)電裝置的熱電轉換效率之后，可增大熱電子發(fā)電裝置的應用價值和應用范圍，希望能引起中科院和國家有關部門的高度重視。