高效热能发电机

高效热能发电机-高效率实现热电直接转换的发电机

(2012-02-0221:01:42)转载标签：

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高效热能发电机是一种不需要任何运动部件，直接把热能高效转变成电能的发电设备，这种发电机发电效率不低于普通的交流发电机，且可以和交流发电机一样制成多种不同发电功率的设备。小型设备可用于汽车发动机尾气热发电，大型设备可应用在沙漠太阳能热发电和中型核电上。目前，大部分直接实现热电转换的发电设备有些共同的特点：热电转换效率低，发电功率小。本发电机通过改进热电子发电（热离子发电）技术实现了高效率、高功率发电。本发电机的原理与磁流体发电机有较大的相似性。

热电子发电是一种利用爱迪生效应来发电的技术，是把热能直接转变成电能的发电技术！爱迪生效应是“加热某种金属材料达到一定温度后，金属中的电子获得足够的动能，可以克服金属表面“势垒”的障碍，摆脱金属原子核的束缚，逸出金属表面而进入外部空间的现象。”传统的热电子发电装置由发射器和接收器两个基本部件组成（如图1所示）。两者由一个小空间分隔开。发射器经加热后逸出电子，电子通过中间空间到达收集器，并在发射器和收集器之间形成电势差。接通外部负载，就成为低压直流电源。其原理图如图1所示（图中，金属板A为发射器，其上表面是以电子管氧化物阴极工艺技术制备的氧化物涂层，构成发射器）。

上述发电装置发电容量较小，效率低，不能实现大功率热电转换！主要原因：随着热电子发射，发射器和接收器之间产生电势差，两者之间形成电场（下文中称为逸出电场），逸出电子到达收集器必须克服电场做功，所以到达收集器的热电子流较小，输出功率自然也较小。提高发射器工作温度可提高逸出电子初动能，从而可提高发电功率，但提高非常有限。

利用热电子发电要实现高效率、高功率的热电转换，关键就是提高发射器辐射到接收器的热电子流强度。一天我在学校实验室，受到一只被点亮电子管启发，发明了该设备。电子管的结构使阴极可以实现高强度的热电子发射，我为什么不能设计个类似电子管结构的发电装置呢？于是我很快就绘出了最初发电机的原理图（图2）：

这个原理图很简单，可以一目了然。但为避免误解我还是对图2的作个简单说明：1、金属板A上表面是以电子管氧化物阴极工艺技术制备的氧化物涂层，构成发射器。使用氧化物阴极技术主要是为降低工作温度，发射器温度只需保持在700-900摄氏度发电机就可正常工作。它与金属板B（两者是同样大小正方形金属薄板）水平放置，平行相对，两者之间空间是真空环境

2、氧化物阴极需要真空工作环境，增加设备复杂性，但真空却大大减少了发射器与收集器之间直接的热交换，有助于发电效率提高。

用电子管氧化物阴极工艺技术实现在外圆柱金属桶内表面的氧化物涂层。电子管阴极技术发展很快，工艺不断进步。采用氧化钪掺杂钨基体应用于碱土金属钡扩散阴极技术，阴极表面活性层具有较强的自恢复能力，耐高温和抗离子轰击性能强，具有长期稳定工作的潜能，此类工艺技术制备的阴极非常适合用于本发明。实际发电机结构对比图2虽然有所改变，但原理完全相同，不再赘述发电过程。以上所述发明原理很简单，结构也不复杂，一个中学生都可以对其一目了然。如果认定它可以大功率、高效率发电，任何人都可能心生疑窦。所以，我在意见陈述中提出了我的原理验证装置，验证装置电路图如图5。图5中的电子三极管始终垂直固定于强磁场中。

实验装置中电子三极管最理想是采用定制的特殊栅极结构的电子管，定制电子管要求的栅极的结构如图6所示。电子管中的栅极采用三块金属片制成，三块金属片形状、放置位置如图6所示，三块金属片通过导线相互连接，连接同一个栅极电极。如果定制是基于是大功率电子管来做，本实验装置可实现较大的输出功率。

实验装置与实际发明结构对应关系：电子管阴极对应外金属桶发射极，电子管栅极充当收集器，电子管阳极相当于金属内桶，实验装置的发电功率由栅极与阴极输出。验证过程：旋转固定在磁场中的电子管达到最合适的角度位置（便于磁场穿过电子管，被栅极阻挡最小化），接通电子管加热电路，阴极达到工作温度后，可变电压源从小到大逐渐提高阴、阳两极之间的电压，同时注视电流表b的指针是否为零，注意电流表a的读数，当电流表b的读数还是近似为零，电流表a的读数达到最大时停止加电压。轻轻旋转磁场中的电子管达到最佳角度位置（此时电流表a的读数达到最大，电流表b的读数还是近似零）。开始测量：用电压表测出加热电路电压Ur，用电流表测出加热电流Ir，加热总功率Pr=Ur*Ir

，读出输出电路中电流表a的读数：输出电流Ic，就可以得到输出功率Pc=Ic2

*R。R为输出电路中负载电阻值。发电验证装置热电转换效率：Pc/

Pr

。

虽然实验中可变电压源也有电功率输出，但由于电流值近似为零，功率也近似为零，所以将其忽略不计。无条件定制电子管者（比如我），在实验中尽量选择栅极结构适合接收磁场中偏转的电子流的电子管。利用废旧电动机的磁铁，换用不同电子管多次实验，我得到的热电转换效率在16%-25%之间。专业人员应该有更好的实验条件，可以定制大功率电子管，使用更强的磁场，阴、阳两极加更高电压。我认为他们应该可以得到更高的转换效率、更大的输出功率。我做的实验已经可以证明本发明原理的