[实用新型]新型热离子器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及热离子发电和热离子制冷应用领域的一种新型热离子器件及其制作方法。

背景技术

目前，世界上大部分的电能都是通过将化石能源，核能转化为热能，将热能通过蒸汽转化为机械能，或直接利用风轮或水轮传递的机械能，推动发电机切割磁力线后获得的。在这些转化的过程中，都有转化损失，发电效率较低且体积庞大。太阳能光伏系统或温差半导体发电由于其热端和冷端之间由绝热性不好且厚度很低的材料连接， 其导热损失限制了光伏和温差半导体的电转化效率。热离子发电技术可以将热量直接转化为电能，理论效率高，其没有运动部件，寿命长，但由于热离子发电技术要求发射极和接收极之间的间距需要控制在10纳米以内才能获得良好的效果，传统的加工工艺不能满足此间隙控制要求。美国专利US7169006B2 虽然提供一种间隙的控制方式，但其结构和制作工艺复杂，产品造价高。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种新型热离子器件，包括含有一个用于发射热离子的发射极板,一个用于捕获热离子的接收极板,一个用于控制两个极板间隙的控制环, 控制环与两个极板之间通过绝热绝缘层进行连接，两个极板之间的间隔隙缝通过利用控制环材料的热膨胀性控制在0.1～100纳米之间，两个极板、绝热绝缘层和控制环之间组成一密闭的真空腔。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：通过采用不同材料的热膨胀率不同的原理，先将控制环套在热离子发射极板和热离子接收极板的中间，在一个操作温度下将热离子发射极板及热离子接收极板压紧，利用两极板材料在压力下的塑性变形，使控制环与极板紧密结合，用绝缘绝热层填充入热离子发射极板与控制环的接触面及热离子接收极板与控制环的另一个接触面，其两个极板与控制环的接触面保证密封后，将整体恢复到常温或工作温度，因控制环与发射极板、接收极板的热膨胀系数不同，在温度变化后会在两个极板之间形成均匀隙缝，通过工艺孔抽真空去除隙缝中的空气形成真空，完成此热离子器件的制作。

进一步，在选用热离子发射极板材料时，所用的热离子发射极板材质为易发射热离子的导体或半导体。

进一步，在选用热离子接收极板材料时，所用的热离子接收极板材质为易捕获热离子的导体或半导体。

进一步，在选择控制环的材料时，控制环的热膨胀率与热离子发射极板、热离子接收极板的热膨胀率中的其中一个极板不同，或两个极板都不同。

进一步，热离子发射极板与热离子接收极板之间的空间为真空，且其间隙优选为0.1纳米～10纳米之间。

进一步，通过加热发射极板，发射极板发射热离子被接收极板捕获，接收极板将热离子传递的热量迅速排除，此时接收极板将积聚电子带负电，发射极板因丢失电子而带正电，在发射极和接收极之间形成电压，实现温差发电。

进一步，通过在发射极板和接收极板之间加直流电，发射极板接负极，接收极板接正极，这样通过电场的作用，将发射极较高动能的电子转移至接收极板，降低发射极板的温度，实现高效的制冷功能，为了维持制冷效果，接收极板需要将多余的热量不断排除。

进一步，为了提高发射极板的活性，并降低活泼金属的使用量，可以在发射极板的表面覆盖一层碱性活泼金属，如 铷，或铯等。

本实用新型的有益效果是：此新型热离子器件结构简单，通过采用此新型制作结构，大大降低热离子器件的制作成本，并通过控制环材料的热膨胀物理性能控制热离子发射极板和接收极板之间的间隔隙缝，性能稳定可靠。采用此器件可以大幅度提高热能发电的效率，为太阳能发电效率的提高提供一个新方案。另外，采用热离子技术的制冷器件，体积大大缩小，制冷效率可以达到或超过传统蒸汽压缩式制冷效率，节约能耗。

附图说明

图1是本实用新型新型热离子器件的剖视图；

图2是本实用新型新型热离子器件的立体图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细描述：如图1和图2所示， 1为热离子发射极板，2为热离子接收极板，3 为控制环，4为绝热绝缘密封层，5 为工艺孔；6、隙缝；7、突出部分。