發(fā)布時間：2020-11-08 16:53

　　 熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器是一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的電真空器件,是基于高溫下電子會從發(fā)射極表面蒸發(fā)的熱電子發(fā)射現(xiàn)象發(fā)展而來的。它依靠發(fā)射極的熱電子發(fā)射以及收集極對發(fā)射極的正接觸電位差輸出電流。這樣的器件可以將加熱發(fā)射極的能量變成低壓大電流的直流電輸出。一個簡單的熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)僅需要包括一個發(fā)射極和一個收集極。當(dāng)具有較高功函數(shù)的發(fā)射極被加熱,電子就從金屬表面發(fā)射,并被收集極即陽極捕獲,此時負載連接發(fā)射極和收集極就可以產(chǎn)生電流。理想熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換效率受到以下三個過程影響:對于熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器的研究一般是從兩個方向展開,一是提高發(fā)射極的溫度,二是在保證效率的情況下,降低發(fā)射極工作溫度,以擴展熱電子的應(yīng)用范圍。為了在較低溫度下獲得較高效率,可以通過尋找低逸出功的發(fā)射極材料,減少兩電極間距和引入正銫離子以中和空間電荷效應(yīng)。從傳熱角度分析熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器輸出特性,分析導(dǎo)熱、對流換熱、輻射換熱等對熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器輸出特性的影響。建立兩種不同的熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器模型,對熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器做出改進。通過數(shù)值模擬,研究分析影響發(fā)射極溫度和熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器輸出特性的因素。結(jié)果表明,接收極直徑和保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)越小,加熱功率越大,反光膜反光率越大,發(fā)射極溫度、輸出電流密度和效率越高;在各部分傳熱過程中影響發(fā)射極溫度和效率的主要因素是固體間的導(dǎo)熱�？偟膩碚f,充足的光照,合理的接收極尺寸和做好保溫措施可以有效改善熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器的輸出特性。對于TEC而言,發(fā)射極溫度對其輸出功率和效率有重要影響,針對發(fā)射極加熱建立真空輻射絕熱系統(tǒng)進行實驗研究。實驗裝置主要分為三個部分,激光加熱器和吸熱裝置和測溫部分。實驗通過改變激光器輸出功率和真空絕熱裝置的真空度探究不同因素對發(fā)射極溫度的影響。結(jié)果表明,加熱功率越大,發(fā)射極溫度越高,但隨著加熱功率的不斷增大,其對發(fā)射極溫度的升高影響越來越小;在中真空度下,真空度越高,發(fā)射極溫度越高,因為通過氣體導(dǎo)熱散失的能量減少,但影響并不明顯。以氧化物陰極和六硼化鑭薄膜為兩極,建立熱電轉(zhuǎn)化實驗系統(tǒng),通過改變輸入功率和外加電壓,探究系統(tǒng)特性。實驗證明,隨著加熱功率增大,熱電轉(zhuǎn)化系統(tǒng)輸出電流及轉(zhuǎn)化效率也增大,且趨勢越來越明顯;在一定范圍內(nèi),改變外加電壓會影響系統(tǒng)的輸出電流和效率,但存在臨界值。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK124
【部分圖文】：

TEC）是一種熱機。以熱能為能源直接進行能量轉(zhuǎn)換的裝置，熱電子發(fā)射能量數(shù)材料的缺乏阻礙了基于真空的熱電始回顧這項技術(shù)，因為在過去的這段時[7]。一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的電真空射現(xiàn)象發(fā)展而來的[8]。它依靠發(fā)射極的流。這樣的器件可以將加熱發(fā)射極的能射能量轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)僅需要包括一個發(fā)，電子就從金屬表面發(fā)射，并被收集極電流。圖 1-1 給出這一轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)

并一直延續(xù)至今[10]。一般來說，一個真空熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器有一個極小的空間限制的電子運動，如圖1-2 所示（a）。圖 1-2 （a）VTEC（b）蒸汽熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器過多的電子在傳輸過程中會形成電子云，導(dǎo)致空間電荷效應(yīng)，最終導(dǎo)致效率降低。而對水蒸氣熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器而言，沒有電極間距太大的問題，因為空間充滿了蒸氣，如圖 1-2（b）。該類型的轉(zhuǎn)換器中的空間電荷效應(yīng)由正離子中和，這些離子通常由銫產(chǎn)生，因為它很容易電離。在可實現(xiàn)程度方面，報告顯示，在現(xiàn)實生活中，真空熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器幾乎是不可能實現(xiàn)的，由于穩(wěn)定的低功函數(shù)材料很難得到，并且熱隔離結(jié)構(gòu)的電極很難實現(xiàn)，而水蒸氣熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器明顯有著更好的表現(xiàn)。然而，水蒸氣熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器也有阻礙其發(fā)展的致命因素，如中和空間電荷效應(yīng)正離子不足，和在極限空間中彈性碰撞的不利影響[9]。熱電子發(fā)射能量發(fā)電的基本理論，其基本形式包括：1）兩個電極，一個是發(fā)射極，它被加熱到足夠高的溫度，產(chǎn)生高能電子，和一個接收極，用來接收發(fā)射極所發(fā)射的電子，接收極是在一個較低的溫度下運行，兩個電極彼此間有細微的間隙分離，可由真空，蒸氣或等離子體填充；2）電負荷；3）連接線路[9]。熱源連接到發(fā)射極

第一章 緒論。早在 1997 年, Mahan G. D.[22]就提出可以通過熱電子結(jié)構(gòu)中包括了金屬和半導(dǎo)體之間的肖特基勢壘結(jié)構(gòu)。行了研究, 提出使用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)(HIT)作為熱電子制半導(dǎo)體覆蓋層用以降低材料表面功函。嘗試通過外部方法引入正銫離子以中和空間電荷效應(yīng)，.等[23]將熱電子發(fā)射能量轉(zhuǎn)換器浸沒于共振光中，實驗收，從而產(chǎn)生更多的銫離子，其最大的電流密度可以達轉(zhuǎn)換的逆過程是一個吸熱過程，通過在兩極板間加電壓端電極到熱端電極的凈電子流動，從而將發(fā)射極熱量帶冷的原理圖。熱電子制冷的研究和發(fā)展同熱電子發(fā)電技制冷的優(yōu)點如無污染、體積小、制冷迅速、無噪聲等，制冷器和超晶格熱電子制冷器是當(dāng)前實現(xiàn)室溫條件下的制冷溫差最大為 3 ℃，制冷功率密度為 300 W/m2。復(fù)雜、難度大，運行成本高，實際制冷效率與理論值還
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2875063