热电转换器制造技术

一种热电转换器，包括：　　　　外壳件；　　　　阴极，所述阴极位于所述外壳件中，具有阴极发射极，当被加热时可操作地用作电子源；　　　　靶结构，所述靶结构位于外壳件中，包括阳极，可操作地接收从阴极发射极发射出的电子；和　　　　阴极输出增强设备，所述阴极输出增强设备可操作地提高位于所述阴极发射极处的电子的激励能量。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及将热能直接转换为电能的领域。更具体地说，涉及一种热电转换器。
技术介绍
迄今为止，人所共知的热转换器，如美国专利US3,519,854，US3,328,611，US4,303,845，US4,323,808，US5,459,367，US5,780,954和US5,942,834(所有的都授予了本专利技术的专利技术人，并都在此作参考引用)中所显示的，公开了各种将热能直接转换为电能的装置和方法。在美国专利US3,519,854中，描述了一种使用霍尔效应技术作为输出电流收集器的转换器。该’854专利教导了使用从发射阴极表面煮去(boiling off)的电子流作为电子源。电子经过加速射向位于霍尔效应换能器外的阳极。’854专利的阳极是一种简单的金属板，它具有环绕该板并与其绝缘的重静电充电件。美国专利US3,328,611公开了一种球状构成的热电转换器，其中球状发射阴极被供给热量，以此在控制件的影响下将电子发射到同心定位的球状阳极上，该球状阳极在其上具有较高的正电位，并与控制件绝缘。与’854专利一样，’611专利的阳极也是简单的金属表面。美国专利US4,303,845公开了一种热电转换器，其中阴极的电子流穿过位于横向磁场中的空气铁芯感应线圈，由此通过电子流与横向磁场的交互作用在感应线圈中产生EMF。该’845专利的阳极也包括金属板，它具有环绕该板并与其绝缘的重静电充电件。美国专利US4,323,808公开了一种激光激励的热电转换器，它与’845专利中公开的热电转换器十分相似。主要差异在于’808专利公开了一种使用作用于栅极上的激光，电子被聚集在栅极上，同时栅极的电位被消除，由此产生通过位于横向磁场中的空气铁芯感应线圈而被加速射向阳极的电子团。’808专利的阳极与’845专利中公开的阳极相同，即，是一种简单的金属板，它具有环绕该板并与其绝缘的重静电充电件。美国专利US5,459,367有利地使用了一种改进的集电极元件代替金属板，该元件具有铜羊毛纤维和硫酸铜凝胶。此外，集电极元件具有环绕阳极并与其绝缘的多荷电(即，静电)件。美国专利US5,780,954和US5,942,834主要涉及一种构成为线栅的阴极，该阴极是非平面形状以能增加其发射表面积。这些专利还公开了一种使用激光来撞击到达阳极前的电子流的技术，作为一种通过量子干扰的测量以使电子能够更加容易地被阳极捕获。另一种在先设计具有相对一起靠近，如在真空室中相隔两微米的阳极和阴极。这样的在先设计除了铯感应到容置阳极和阴极的腔室中外没有使用吸引力来吸引从阴极发射向阳极的电子。铯用正电荷涂覆阳极以能保持电子流动。由于阴极和阳极如此靠近在一起，因此很难使阴极和阳极的温度保持实质温度差。例如，使阴极具有1800度凯氏绝对温度，阳极具有800度凯氏绝对温度。提供热源用以加热阴极，在阳极提供冷却剂循环系统以能使它维持在所需的温度。即使腔室保持真空(除了铯源外)，阴极的热进入阳极，它消耗大量的能量以能维持紧密间隔的阴极和阳极之间的高温差。反过来说，这就实质上降低了系统效率。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种相对以前的设计或开发具有增强和/或改进特征的热离子转换器。本专利技术的另一个目的是提供一种具有提高的转换效率的热离子转换器。本专利技术的又一个目的是提供一种热离子转换器的改进阴极，该阴极具有提高的阴极输出。本专利技术的还一个目的是提供一种热电转换器，其中阴极通过激光进行粒子辐射以能提高阴极的发射率。本专利技术的再一个目的是提供一种阳极或靶，它被设计成能够捕获从阴极发射出的电子，同时还容置激光阴极增强器。本专利技术的上述和其它目的，如后面继续描述的那样将会变得清楚，通过热电转换器而实现，该转换器具有外壳件，位于外壳件中、并在被加热时可操作地用作电子源的阴极，和位于外壳件中可操作地接收从阴极发射出电子的阳极。该阴极可以是线栅，它使电线至少在两个相互横向相交的方向上延伸。充电的第一聚焦环位于阴极和阳极之间的外壳件中，可操作地将阴极发射的电子通过第一聚焦环引导至它们到达阳极的途中。充电的第二聚焦环位于第一聚焦环和阴极之间的外壳件中，并可操作地将阴极发射的电子通过第二聚焦环引导至它们到达阳极的途中。也可以需要附加的聚焦环。阴极最好与阳极隔离一段大约为4微粒至5厘米的距离。较佳的是，阴极与阳极隔离一段1至3厘米的距离。可操作地撞击电子的激光(即，将激光束作用于电子上)位于阴极和阳极之间。激光仅在电子到达阳极前撞击电子。激光可操作地向电子提供量子干扰以使电子更加方便地被阳极捕获。阴极可以是固体材料，或由线栅形成的。在使用线栅结构时，线栅最好包括至少四层电线。而且，每个电线层具有在不同于其它每个电线层的方向上延伸的电线，阴极的线栅因此包括在至少四个不同方向上延伸的电线。这种设计能够极大地增加阴极的发射表面。另一种可选方案是，本专利技术可被描述为热电转换器，它具有外壳件，该外壳件位于外壳件中、并在被加热时可操作地用作电子源的阴极，位于外壳件中可操作地接收阴极发射出电子的阳极；和用于撞击阴极和阳极之间电子的激光。该激光因此能够向电子提供量子干扰以使电子更加方便地被阳极捕获。该激光可操作地仅在电子到达阳极前撞击电子。该激光可操作地在电子到达阳极时撞击2微米内的电子。该阴极是线栅，它使电线至少在两个相互横向相交的方向上延伸。阴极与阳极隔离一段大约为4微粒至5厘米的距离。又一种可选方案是，本专利技术可被描述为热电转换器，它具有外壳件，该外壳件位于外壳件中、并在被加热时可操作地用作电子源的阴极，和位于外壳件中可操作地接收阴极发射出、并通常沿着用于限定从阴极到阳极方向的运动方向继续移动的电子的阳极。该阴极具有正交于该移动方向的平面截面积，该阴极具有电子发射向阳极的电子发射表面积，该电子发射表面积至少大于平面截面积的30％。该阴极是线栅，它使电线至少在两个相互横向相交的方向上延伸。另一种可选方案或附加方案是，阴极在至少一个垂直于移动方向的方向上是弯曲的。激光位置的设置要能够使电子到达阳极前撞击阴极和阳极之间的电子。最好是，电子发射表面积至少是平面截面积的两倍。更佳的是，电子发射表面积至少是平面截面积的两倍。电线的直径越小，发射面积就越大。这是一个指数关系。本专利技术还涉及激光器的使用，激光器设置成能够在沿着阴极发射表面被扫描或步进的同时撞击阴极，其目的是提高阴极发射出的电子输出。激光器可位于阳极或靶后面，瞄向阴极，激光束可通过靶上的开口撞击阴极。靶或阳极特别设计成在其中，最好通过其中心具有开口，它设置成能够容设的激光器的操作。附图说明本专利技术将参考下面的附图进行详细的描述，其中相同的参考标号表示相同的部件，图中图1表示现有热电转换器的大致视图；图2表示现有激光激励的热电转换器的大致视图；图3表示根据本专利技术的热电转换器的局部剖视侧面图和大致视图；图4表示用于阴极的线栅结构的仰视图；图5表示一部分线栅结构的侧视图；图6表示一部分另一种线栅结构的仰视图；图7表示线栅结构中多层的大致侧视图；和图8表示另一种可选阴极结构的简化侧视图。图9表示根据本专利技术另一个实施例的热电转换器的局部剖视侧面图和大致视图。图10表示用于图9实施例中靶组件的大致正视图。图11表示图10的靶组件的大致侧视图。具体实施例方式图1和2表示现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热电转换器，包括外壳件；阴极，所述阴极位于所述外壳件中，具有阴极发射极，当被加热时可操作地用作电子源；靶结构，所述靶结构位于外壳件中，包括阳极，可操作地接收从阴极发射极发射出的电子；和阴极输出增强设备，所述阴极输出增强设备可操作地提高位于所述阴极发射极处的电子的激励能量。2.如权利要求1所述的热电转换器，其中所述的阴极输出增强设备包括阴极增强激光器，所述阴极增强激光器设置成引导激光束以撞击所述阴极发射极的发射表面。3.如权利要求2所述的热电转换器，其中所述的阴极输出增强激光器位于所述外壳件的内部。4.如权利要求3所述的热电转换器，其中所述的阴极输出增强激光器通过光栅设备进行控制，该光栅设备可操作地使激光束在所述阴极的所述发射表面上扫描。5.如权利要求4所述的热电转换器，其中所述的光栅设备可操作地使激光束实质上在所述阴极的全部发射表面上扫描。6.如权利要求2所述的热电转换器，其中所述的阴极位于所述阳极的第一侧，所述阴极增强激光器位于与所述第一侧相对的所述阳极的第二侧。7.如权利要求6所述的热电转换器，其中所述的阳极在其中具有开口，允许从所述阴极增强激光器发射出的激光束穿过开口。8.如权利要求7所述的热电转换器，其中所述阳极中的所述开口实质上位于所述阳极的中心。9.如权利要求7所述的热电转换器，其中所述的靶结构进一步包括位于所述阳极中开口内的电子排斥环，所述电子排斥环在其中具有开口。10.如权利要求9所述的热电转换器，其中所述的电子排斥环通过电绝缘环连接所述的阳极，电绝缘环位于所述阳极的所述开口边缘上。11.如权利要求10所述的热电转换器，其中所述的电子排斥环可操作地连接至源，该源用于将负电荷施加在所述电子排斥环上。12.如权利要求7所述的热电转换器，其中所述的靶结构进一步包...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德温·D·大卫，
申请(专利权)人：热控公司，
类型：发明
国别省市：