CN109962644B - 太阳能相变储热热电子发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能光热发电技术领域，具体提供一种太阳能相变储热‑热电子发电装置。本发明旨在解决现有热电子发电装置的发电效率很容易受到太阳辐射强度影响的问题。本发明的热电子发电装置包括热电子发电组件以及与热电子发电组件相连的储热组件；其中，热电子发电组件能够将太阳能转化为电能并输出，储热组件包括壳体以及容纳在壳体中的相变储热元件，相变储热元件能够吸收太阳辐射，并且将太阳能转化为热能储存，当太阳辐射的强度发生变化时，储热组件能够与热电子发电组件进行热交换，从而稳定热电子发电组件的工作温度，以便有效保证热电子发电组件能够稳定地输出电能，进而稳定热电子发电组件的发电效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光热发电技术领域，具体提供一种太阳能热电子发电装置。
背景技术
随着科学技术的不断进步以及地球资源的不断消耗，人们开始热衷于研究各种可再生资源的利用方法；其中，太阳能作为地球上最充裕的碳中性可再生能源，一直以来都是可再生能源利用技术的研究重点。通常地，现有太阳能光热发电技术都是先通过集光器接收太阳辐射，然后再利用热电转化装置将太阳能转化为电能。同时，根据热电转换方式的不同，现有太阳能光热发电技术主要分为传统热力循环发电技术、温差发电技术以及热电子发电技术三种。
进一步地，传统热力循环发电技术是通过将太阳能转化为机械能，再将机械能转化为电能来实现发电，其主要包括斯特林循环发电技术、朗肯循环发电技术和布雷顿循环发电技术三种发电方式。而热电子发电技术主要是通过太阳能激发出的电子作为能量传输介质来将太阳能转化为电能，热电子发电技术不仅具有良好的持续发电能力，并且其在发电过程中只需进行静态运动，因此，热电子发电技术无需运动部件即可实现发电。在热电子发电技术中，其电子产生方式主要包括热诱导热电子发射技术和光子增强热电子发射技术两种。
具体地，热诱导热电子发射技术能够直接吸收聚焦的太阳辐射并将其转化为热能，使得阴极中的自由电子经热化逸出阴极表面并发射至真空中，最后克服空间电荷势垒被近邻的阳极接收，从而将太阳能转化为电能。与热诱导电子发射技术相比，光子增强热电子发射技术则能够对太阳辐射进行更加高效的利用；进一步地，光子增强热电子发射技术能够运用半导体来吸收太阳辐射中的超带隙光子从而产生光生电子，同时，太阳辐射中的多余能量还能够被吸收转化为热能，以便热化电子并使其从阴极表面逸出投射至阳极。但是，现有光子增强热电子发射技术的运用还是具有很多缺点；例如，现有发电装置在运用光子增强热电子发射技术进行发电时很容易受到太阳辐射强度的影响；换言之，现有热电子发电装置中阴极和阳极的温度很容易受到太阳辐射强度的影响，从而对电子的产生、输运和接收造成影响，进而严重影响电能的稳定输出。
相应地，本领域需要一种新的太阳能热电子发电装置来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有热电子发电装置的发电效率很容易受到太阳辐射强度影响的问题，本发明提供了一种太阳能相变储热热电子发电装置，该相变储热热电子发电装置包括热电子发电组件以及与所述热电子发电组件相连的储热组件；所述热电子发电组件能够将太阳能转化为电能；所述储热组件能够将太阳能转化为热能储存，并且与所述热电子发电组件进行热交换，以便稳定所述热电子发电组件的工作温度。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述储热组件包括壳体和相变储热元件；所述壳体用于容纳所述相变储热元件；所述相变储热元件能够吸收太阳辐射，并且生成所述热电子发电组件发电所需的光生电子。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述壳体由透光材料制成，以便太阳辐射能够通过所述壳体照射至所述相变储热元件。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述壳体包括金属外壁和保温元件，以便有效减少热量损耗。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述热电子发电组件包括间隔设置的阴极和阳极；所述阴极与所述相变储热元件相连，并且所述相变储热元件产生的光生电子能够通过所述阴极运动至所述阳极。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述阴极由半导体材料制成；所述半导体材料的熔点高于所述相变储热元件的材料的熔点。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述热电子发电组件还包括密封元件；由所述密封元件、所述阴极和所述阳极形成第一密闭空间，所述第一密闭空间为真空环境，并且储存有铯蒸汽和/或钡蒸汽。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述太阳能相变储热热电子发电装置还包括热力循环发电组件；所述热力循环发电组件与所述阳极相连，并且所述热力循环发电组件能够将热能转化为电能。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述热力循环发电组件与所述阳极形成有第二空间；所述第二空间中储存有换热工质，所述热力循环发电组件通过换热工质与所述阳极进行热交换；所述热力循环发电组件为斯特林循环发电机、布雷顿循环发电机和朗肯循环发电机中的至少一种。
在上述太阳能相变储热热电子发电装置的优选技术方案中，所述太阳能热电子发电装置还包括聚光组件；所述聚光组件能够将太阳辐射聚集至所述相变储热元件；所述聚光组件为菲涅尔聚光器、槽式聚光器、碟式聚光器和塔式聚光器中的至少一种。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，本发明的热电子发电装置包括热电子发电组件以及与所述热电子发电组件相连的储热组件；其中，所述热电子发电组件能够将太阳能转化为电能并输出，所述储热组件包括壳体以及容纳在所述壳体中的相变储热元件，所述相变储热元件能够吸收太阳辐射，并且将太阳能转化为热能储存，当太阳辐射的强度发生变化时，所述储热组件能够与所述热电子发电组件进行热交换，从而稳定所述热电子发电组件的工作温度，以便有效保证所述热电子发电组件能够稳定地输出电能；同时，所述相变储热元件还能够产生所述热电子发电组件发电所需的光生电子，以便进一步提升所述热电子发电组件的发电效率。
附图说明
图1是本发明的太阳能热电子发电装置的第一优选实施例的结构示意图；
图2是本发明的太阳能热电子发电装置的第二优选实施例的结构示意图；
图3是本发明的太阳能热电子发电装置的热力循环发电组件为斯特林联合循环发电装置时的结构示意图；
图4是本发明的太阳能热电子发电装置的热力循环发电组件为朗肯联合循环发电装置时的结构示意图；
图5是本发明的太阳能热电子发电装置的热力循环发电组件为布雷顿联合循环发电装置时的结构示意图。
附图标记说明：1、集光器窗口；2、相变储热元件；3、阴极；4、阳极；5、第一密闭空间；6、膨胀腔；7、压缩腔；8、冷却器；9、回热器；10、透平；11、发电机；12、冷凝器；13、泵；14、压缩机；15、再热器；16、金属外壁；17、保温元件。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的两种优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中所述的太阳能热电子发电装置的各个元件都具有预定的形状和结构，但是，这些元件显然还可以被设置成其他形状和结构，只要该元件能够完成预定功能即可。这种元件形状和结构的改变并不偏离本发明的基本原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“连通”等表示连接关系的词都应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
基于背景技术中提出的现有热电子发电装置的发电效率很容易受到太阳辐射强度影响的问题；具体地，在光子增强热电子发电装置中，所述发电装置能够运用半导体吸收太阳辐射中的超带隙光子，从而产生光生电子；同时，太阳辐射中的多余能量还能够被发电装置吸收转化为热能，进而热化电子并使其从阴极表面逸出投射至阳极。但是，现有光子增强热电子发电装置在运用过程中还是具有很多缺点；例如，所述发电装置在运用光子增强热电子发射技术进行发电时很容易受到太阳辐射强度的影响；进一步地，太阳辐射的强度会影响发电装置中阴极和阳极的温度，从而对光生电子的产生、输运和接收造成影响，进而严重影响电能的稳定输出。为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种新的太阳能热电子发电装置，本发明的太阳能热电子发电装置包括热电子发电组件和储热组件，所述热电子发电组件能够将太阳能转化为电能，所述储热组件能够将太阳能转化为热能储存，当太阳辐射的强度发生变化时，所述储热组件能够与所述热电子发电组件进行热交换，从而稳定所述热电子发电组件的工作温度，以便最大程度地保证所述热电子发电组件能够稳定地输出电能。
以下先结合图1和图2对本发明的太阳能相变储热热电子发电装置的第一优选实施例和第二优选实施例的结构和使用过程进行详细说明。首先，需要说明的是，在第一优选实施例和第二优选实施例中，本发明的太阳能相变储热热电子装置包括热电子发电组件以及与所述热电子发电组件相连的储热组件。所述热电子发电组件用于将太阳能转化为电能并输出；所述储热组件用于将太阳能转化为热能储存，当太阳辐射的强度发生变化时，所述储热组件能够与所述热电子发电组件进行热交换，从而稳定所述热电子发电组件的工作温度，以便有效保证所述热电子发电组件的发电效率，进而最大程度地避免现有热电子发电装置的发电效率容易受到太阳辐射强度影响的问题。
首先参阅图1，该图为本发明的太阳能热电子发电装置的第一优选实施例的结构示意图，具体地，在本发明的太阳能热电子发电装置的第一优选实施例中，所述储热组件包括设置在最外侧的集光器窗口1以及被容纳在集光器窗口1中的相变储热元件2。需要说明的是，虽然第一优选实施例中的所述壳体为集光器窗口1，但是，所述壳体显然还可以是其他元件，只要所述元件由透光材料制成，并且所述壳体能够容纳相变储热元件2，使得太阳辐射能够通过所述壳体照射至相变储热元件2上即可。本领域技术人员能够理解的是，所述壳体优选由石英和/或氧化铝制成，当然，所述壳体也可以由其他透光性能强的材料制成。
本领域技术人员还能够理解的是，优选地，相变储热元件2由高熔点导电材料制成，例如硅、锗等；当外部的太阳辐射充足时，固态的相变储热元件2能够吸收大量的太阳辐射并且经相变过程转变为液态，以便将多余的太阳辐射以热量形式储存起来；同时，当太阳辐射的强度发生变化时，所述储热组件能够与所述热电子发电组件进行热交换，从而稳定所述热电子发电组件的工作温度，以便有效保证所述热电子发电组件的发电效率。
进一步地，所述热电子发电组件包括呈间隔设置的阴极3和阳极4；其中，相变储热元件2设置在集光器窗口1与阴极3之间，并且阴极3与阳极4之间设置有预定间隔。本领域技术人员能够理解的是，优选地，阴极3由半导体材料制成，并且所述半导体材料的熔点高于相变储热元件2的材料的熔点；例如金刚石、氮化镓等，当然，技术人员也可以根据实际使用需求自行选定阴极3的材料。此外，阳极4优选由耐高温金属制成，例如钼、镍等，同理，阳极4的制成材料也可以由本领域技术人员根据实际使用需求自行选定。
接着参阅图1，所述热电子发电组件还包括设置在阴极3和阳极4上下两端的密封元件，此处，需要说明的是，为了方便展示其他元件的具体结构，图1中仅示出了设置在阴极3和阳极4下端的密封元件，而未示出设置在阴极3和阳极4上端的密封元件。进一步地，设置在阴极3和阳极4下端的密封元件能够分别与集光器窗口1、阴极3和阳极4相连，同时，设置在上下两端的两个密封元件则可以分别与集光器窗口1、阴极3和阳极4的两端相连；换言之，所述热电子发电组件从外到内包括依次设置在两个密封元件之间的集光器窗口1、阴极3和阳极4。需要说明的是，所述密封元件可以是一体的，也可以由多个密封件拼接成一体的密封元件。本领域技术人员能够理解的是，由于所述密封元件与集光器窗口1、阴极3和阳极4的两端均是密封连接；因此，所述密封元件、集光器窗口1和阴极3能够共同形成一个封闭的空腔，相变储热元件2就设置在所述空腔内；同时，又由于阴极3与阳极4之间设置有预定间隙，因此，利用所述密封元件、阴极3和阳极4能够形成第一密闭空间5。此外，所述密封元件的中间设置有通孔，以使阳极4的内壁与所述通孔能够连通成一个通道；优选地，所述通孔的直径与圆筒形阳极4的内径相同，以便最大程度地增强所述通道的流通能力。
另外，本领域技术人员还能够理解的是，优选地，阴极3与阳极4之间的预定间隙设置在1微米至100微米之间，以便有效保证阴极3中逸出的电子能够迅速运动至阳极4中；优选地，阴极3与阳极4之间采用陶瓷封接的方式真空密封连接。此外，还需要说明的是，阴极3与阳极4之间的预定间隙的具体数值还需要技术人员根据实际产品需要自行设定。另外，进一步优选地，第一密闭空间5中储存有铯蒸汽和/或钡蒸汽；一方面，这些蒸汽能够有效降低阴极3和阳极4的功函数，使得阴极3中的电子能够更加容易从表面逸出；另一方面，这些蒸汽还能够降低阴极3与阳极4之间的空间电荷势垒，以便使得阴极3中逸出的电子能够更加容易运动至阳极4的附近。
接着参阅图1，以下将结合图1对本发明的第一优选实施例的发电过程作详细说明，如图1所示，所述太阳能相变储热热电子发电装置还包括聚光组件(图中未示出)，所述热电子发电组件放置在所述聚光组件的焦平面内，以便所述聚光组件能够将太阳辐射聚集至集光器窗口1，然后经由集光器窗口1照射至相变储热元件2上，此时，相变储热元件2能够吸收太阳辐射中的超带隙光子，从而产生光生电子，这些光生电子经布朗运动扩散至阴极3中。同时，相变储热元件2的材料中的晶格能够吸收多余的超带隙光子和亚带隙光子，并将其转化为热能储存起来，使得相变储热元件2的温度得以升高，进而传热至阴极3。此时，相变储热元件2产生的光生电子扩散至阴极3的导带中，从而有效减小热电子发射所需的克服阴极功函数的热化能；同时，阴极3的导带中的电子被热化，当电子所具有的能量大于阴极功函数时，电子从阴极3的表面逸出，同时，在微弱的内建电场的作用下，从阴极3的表面逸出的电子能够投射至阳极4的附近，被阳极4吸收，然后重新回到阳极4的费米能级上，从而产生电能。
本领域技术人员能够理解的是，优选地，所述聚光组件为菲涅尔聚光器、槽式聚光器、碟式聚光器和塔式聚光器中的至少一种；具体地，当所述聚光组件为塔式聚光器或碟式聚光器时，技术人员可以采用一次聚光的方式聚焦太阳光并将其聚集至集光器窗口1处；同时，技术人员也可以采用二次反射的聚光方式。当然，技术人员也可以根据实际使用情况自行选定聚光组件。
另外，本领域技术人员还能够理解的是，当相变储热元件2处于固态，并且所述热电子发电组件的外部具有太阳辐射时，相变储热元件2逐渐吸热，使得自身温度逐渐升高，同时，阴极3的温度也会随之升高。当太阳辐射进一步增强时，固态的相变储热元件2继续吸收太阳辐射，然后经相变过程转变为液态，从而维持自身的温度不变，并且将多余的太阳辐射转化为热量储存起来，以便在太阳辐射不足时，稳定阴极3的温度，进而维持电能的稳定输出；当太阳辐射减弱时，液态的相变储热元件2经相变过程转化为固态，同时放出热量供给阴极3，以便保证阴极3能够正常发射电子，从而有效避免现有热电子发电装置的发电效率很容易受到太阳辐射强度影响的问题，进而最大程度地维持电能的稳定输出。需要说明的是，优选地，阴极3通过半导体生长技术加工在相变储热元件2的表面，以便减少由相变储热元件2产生的光生电子在扩散至阴极3时的复合从而有效提高发电效率。
进一步地，由于阴极3的温度高于阳极4的温度，因此，阴极3中的一部分能量通过热辐射的方式传导至阳极4；同时，阴极3中的另一部分能量则通过电子冷凝的方式将能量传导至阳极4，进而促使阳极4的温度上升。可以理解的是，由于阳极4的内壁形成有通道，因此，阳极4的热量能够通过所述通道排出，此时，如果在所述通道中储存换热工质，这些换热工质就可以将阳极4产生的热量带出，一方面，这些换热工质能够带出热量，从而有效降低阳极4的温度，进而有效提高所述热电子发电组件的发电效率；另一方面，所述太阳能热电子发电装置还可以通过热力循环发电组件将这些热量转化为电能，从而实现能量的梯级利用，进而最大程度地提高所述太阳能热电子发电装置的发电效率。优选地，所述热力循环发电组件为斯特林循环发电机、布雷顿循环发电机和朗肯循环发电机中的至少一种，当然，技术人员也可以根据实际使用情况自行选定热力循环发电组件。
接着参阅图2，该图是本发明的太阳能相变储热热电子发电装置的第二优选实施例的结构示意图。如图2所示，所述太阳能相变储热热电子发电装置包括壳体以及被容纳在所述壳体中的相变储热元件2，优选地，相变储热元件2由硅制成，并且相变储热元件2能够被容纳在金属外壁16中。同时，在第二优选实施例中，所述壳体包括金属外壁16和保温元件17；具体地，金属外壁16的外侧包裹有保温元件17，保温元件17能够有效减少内部热量的散失，以便有效减少能量损耗。另外，所述太阳能热电子发电装置还包括间隔设置的阴极3和阳极4，本领域技术人员能够理解的是，优选地，阴极3由金刚石制成。具体地，金刚石是一种宽带隙(5.5eV)的半导体材料，其熔点高达3550℃，采用化学气相沉积的方式能够在相变储热元件2的表面形成一层金刚石膜。同时，阳极4则由透明的导电材料制成，以便外部的太阳辐射能够透过阳极4照射至阴极3的表面。
进一步地，所述热电子发电组件还包括设置在阴极3和阳极4上下两端的密封元件，此处，需要说明的是，为了方便展示其他元件的具体结构，图2中仅示出了设置在阴极3和阳极4下端的密封元件，而未示出设置在阴极3和阳极4上端的密封元件。如图2所示，设置在阴极3和阳极4下端的密封元件能够分别与金属外壁16、阴极3和阳极4相连，设置在阴极3和阳极4上下两端的两个密封元件则可以分别与金属外壁16、阴极3和阳极4的两端相连；换言之，所述热电子发电装置从外到内包括依次设置在两个密封元件之间的保温元件17、金属外壁16、阴极3和阳极4。本领域技术人员能够理解的是，由于所述密封元件与金属外壁16、阴极3和阳极4的两端均是密封连接；因此，所述密封元件、金属外壁16和阴极3能够共同形成一个封闭的空腔，相变储热元件2就设置在所述空腔内；同时，阴极3与阳极4之间设置有预定间隙，因此，利用所述密封元件、阴极3和阳极4能够形成第一密闭空间；优选地，所述第一密闭空间中储存有铯蒸汽和/或钡蒸汽。需要说明的是，在本发明的第二优选实施例中，金属外壁16优选由耐高温金属材料制成，例如钨；保温元件17优选由石棉制成，以便有效减少热量损失，进而极大程度地提高所述热电子发电组件对太阳能的利用率。
在本发明的第二优选实施例中，所述聚光组件能够将太阳光聚焦至位于所述热电子发电组件上方的进光口处，然后通过透明的阳极4照射至相变储热元件2上以及阴极3的表面；同时，相变储热元件2能够吸收太阳辐射中的超带隙光子，从而产生光生电子，这些光生电子经布朗运动扩散至阴极3中，此时，一部分光生电子的能量超过阴极3的功函数，进而从阴极3的表面逸出，在微弱的内建电场的作用下，从阴极3的表面逸出的电子能够投射至阳极4的附近，被阳极4吸收，然后重新回到阳极4的费米能级上，从而产生电能。
本领域技术人员还能够理解的是，当相变储热元件2处于固态，并且具有太阳辐射的情况时，相变储热元件2逐渐吸热，使得自身温度逐渐升高，同时，阴极3的温度也会随之升高。当太阳辐射进一步增强时，固态的相变储热元件2继续吸收太阳辐射，然后经相变过程转变为液态，维持自身的温度不变，并且将多余的热量储存起来，以便稳定阴极3的温度，进而维持电能的稳定输出；当太阳辐射减弱时，液态的相变储热元件2经相变过程转化为固态，同时放出热量供给阴极3，以便保证阴极3能够正常发射电子，从而有效避免现有热电子发电装置的发电效率很容易受到太阳辐射强度影响的问题，进而最大程度地维持电能的稳定输出。本领域技术人员能够理解的是，优选地，阴极3通过半导体生长技术加工在相变储热元件2的表面，以便减少由相变储热元件2产生的光生电子在扩散至阴极3的复合，从而有效提高所述热电子发电组件的发电效率，进而有效维持发电过程的连续性。需要说明的是，以每天平均储热时长8小时为例，设置有相变储热元件2的热电子发电装置的发电量是未设置相变储热元件2的热电子发电装置的发电量的2倍。
另外，可以理解的是，由于第二优选实施例中的其他结构和具体发电过程与第一优选实施例中相同，此处就不再赘述。
接着参阅图3，该图是本发明的太阳能热电子发电装置的热力循环发电组件为斯特林联合循环发电装置时的结构示意图；以下将以所述热力循环发电组件为斯特林联合循环发电装置时为例来对余热发电过程进行说明。如图3所示，具体地，所述斯特林联合循环发电装置包括膨胀腔6、压缩腔7、冷却器8和回热器9；其中，阳极4的左端与回热器9相连通，阳极4右端与膨胀腔6相连通。优选地，所述斯特林循环发电装置中的换热工质为氦气，氦气能够与阳极4不断地进行热交换，然后氦气能够在膨胀腔6、阳极4、回热器9、冷却器8以及压缩腔7内来回振荡，同时不断吸放热，进而推动活塞来回移动，使得外接的发电机不断产生电能。进一步地，所述斯特林循环发电装置中的氦气的工作压强在常压至20Mpa之间；当氦气流经阳极4时，阳极4的温度得到有效减低，从而极大程度地提高了热电子发电效率，同时，氦气自身的温度得以提升，然后流经回热器9再进入冷却器8和压缩腔7中，从而推动活塞做功；优选地，冷却器8的壁面温度为50-100℃。放热后的氦气经过回热器9流回至阳极4，同时推动膨胀腔6中的活塞做功，从而产生电能。需要说明的是，优选地，整个斯特林循环的振荡频率保持在25-50Hz。
接着参阅图4，该图是本发明的太阳能热电子发电装置的热力循环发电组件为朗肯联合循环发电装置时的结构示意图；以下将以所述热力循环发电组件为朗肯联合循环发电装置时为例来对余热发电过程进行说明。如图4所示，具体地，所述朗肯联合循环发电装置包括透平10、发电机11、冷凝器12以及泵13。优选地，所述朗肯联合循环发电装置的换热工质为水蒸汽，当水蒸汽流经阳极4时能够吸收阳极4释放的热量，使其自身温度提高至100-700℃，同时使其压强变为3-6Mpa，之后，这些水蒸汽流经透平10，然后通过透平10不断做功，从而使得发电机11能够不断产生电能；最后，这些水蒸汽全部流入至冷凝器12中，最终冷凝为液态水，并且通过泵13重新输入至阳极4的内壁形成的通道中，再次吸热变为蒸汽状态，以便进行下一次循环，进而实现电能的持续产生。
最后参阅图5，该图是本发明的太阳能热电子发电装置的热力循环发电组件为布雷顿联合循环发电装置时的结构示意图；以下将以所述热力循环发电组件为布雷顿联合循环发电装置时为例来对余热发电过程进行说明。如图5所示，具体地，所述布雷顿联合循环发电装置包括透平10、发电机11、压缩机14和再热器15。优选地，所述布雷顿联合循环发电装置中的换热工质为空气，当空气流经阳极4时能够吸收阳极4释放的热量，使其自身温度提高至400-1000℃，同时使其压比变为4-20；高温高压的空气流经透平10，然后通过透平10不断做功，使得发电机11不断产生电能；最后，空气进入压缩机14中被压缩，接着通过再热器15与常温空气进行热交换，以便最大程度地减小热量耗散，最终空气再次回流至阳极4的内壁形成的通道中，并且与阳极4再次进行热交换，从而完成整个循环过程。
至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，包括热电子发电组件以及与所述热电子发电组件相连的储热组件；
所述热电子发电组件能够将太阳能转化为电能；
所述储热组件能够将太阳能转化为热能储存，并且与所述热电子发电组件进行热交换，以便稳定所述热电子发电组件的工作温度；
所述储热组件包括相变储热元件，所述相变储热元件能够吸收太阳辐射，并且生成所述热电子发电组件发电所需的光生电子；
所述热电子发电组件包括间隔设置的阴极和阳极；
所述阴极与所述相变储热元件相连，并且所述相变储热元件产生的光生电子能够通过所述阴极运动至所述阳极；
所述热电子发电组件的外部具有太阳辐射时，所述相变储热元件吸收太阳辐射；当太阳辐射增强时，固态的所述相变储热元件继续吸收太阳辐射，然后经相变过程转变为液态，从而维持自身的温度不变，并且将多余的太阳辐射转化为热量储存起来；当太阳辐射减弱时，液态的所述相变储热元件经相变过程转变为固态，同时释放热量供给所述阴极，以保证所述阴极正常发射电子。
2.根据权利要求1所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述储热组件包括壳体，所述壳体用于容纳所述相变储热元件。
3.根据权利要求2所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述壳体由透光材料制成，以便太阳辐射能够通过所述壳体照射至所述相变储热元件。
4.根据权利要求2所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述壳体包括金属外壁和保温元件，以便有效减少热量损耗。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述阴极由半导体材料制成；
所述半导体材料的熔点高于所述相变储热元件的材料的熔点。
6.根据权利要求5所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述热电子发电组件还包括密封元件；
由所述密封元件、所述阴极和所述阳极形成第一密闭空间，并且所述第一密闭空间中储存有铯蒸汽和/或钡蒸汽。
7.根据权利要求5中所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述太阳能热电子发电装置还包括热力循环发电组件；
所述热力循环发电组件与所述阳极相连，并且所述热力循环发电组件能够将热能转化为电能。
8.根据权利要求7所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述热力循环发电组件与所述阳极形成有第二空间；
所述第二空间中储存有换热工质，所述热力循环发电组件通过换热工质与所述阳极进行热交换；
所述热力循环发电组件为斯特林循环发电机、布雷顿循环发电机和朗肯循环发电机中的至少一种。
9.根据权利要求2所述的太阳能相变储热热电子发电装置，其特征在于，所述太阳能热电子发电装置还包括聚光组件；
所述聚光组件能够将太阳辐射聚集至所述相变储热元件；
所述聚光组件为菲涅尔聚光器、槽式聚光器、碟式聚光器和塔式聚光器中的至少一种。
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