[0004] 本发明为了克服传统的发电储能系统结构复杂、与分布式电力系统兼容性差的问题，提出了一种基于电子发射的热发电与热储能复用的方法及装置，利用热电子发射技术实现热能与电能之间的相互转换，能够调节电网电力输出，削峰填谷，提高电能质量。
[0005] 本发明的具体技术方案如下：
[0006] 一种基于电子发射的热发电与热储能复用的方法，基于电子发射的热电转换模块，通过换热器与储热模块连接；当电力需求增加时，热罐中的传热工质通过泵，流经换热器，温度下降，并输送至冷罐；热电转换模块通过导热层吸收传热工质的热量后，阴极温度升高，内部电子服从玻尔兹曼分布，部分高能量的电子越过阴极表面势垒发射并传输至阳极，经外部负载形成回路发电；当电力需求过剩时，多余的电力通过热电转化模块由电能转换成热能，在阴阳极间外加电场的作用下，阳极内部的电子携带能量发射至阴极，使阴极温度升高；热量经导热层输送至换热器，同时冷罐中的传热工质吸收换热器的热量，温度升高并最终被泵送至热罐，从而实现储热。
[0007] 作为优选，所述的阴极和阳极为同心的方形或圆形套筒结构，其中阳极套在阴极外侧，两者均为高温金属材料，表面镀有一表面活性层，可为氧化钡电子活性材料，以降低阴阳极表面功函数；阴极和阳极之间为真空隔绝，采用低导热系数的绝电绝热层实现电绝缘；绝电绝热层为经高温烧结的陶瓷材料。
[0008] 作为优选，所述的导热层通过在阴极和换热器之间涂敷粘结导热陶瓷粉末，并经高温烧结形成。
[0009] 作为优选，所述的换热器为盘管结构，通过增加传热工质与换热器的接触面积，改善换热器的换热性能，提高换热器出口的工质温度。
[0010] 作为优选，所述的传热工质为气态或液态物质，根据所选定阴极温度的不同而采用不同的传热工质。
[0011] 作为优选，所述的热罐和冷罐均为可承受高温、高压的储热容器，可采用不锈钢等材质，外壁面包裹有石棉等绝热材料。
[0012] 一种基于电子发射的热发电与热储能复用装置，包括阴极、阳极、绝电绝热层、表面活性层、导热层、换热器、管路、泵阀、热罐和冷罐；所述的热罐通过管路与泵阀的一端连接，泵阀的另一端通过管路与换热器的一端连接，换热器的另一端通过管路和冷罐连接，换热器通过导热层阴极连接，阳极套在阴极外侧，阴极与阳极之间设置有绝电绝热层；阴极与阳极表面镀有一表面活性层；所述的换热器根据储热方式而定，当储热方式为显热或潜热储热时，换热器为环形或方形结构，冷、热工质经换热器实现储放热；当储热方式为热化学储热时，换热器为多孔介质块体结构，气体工质通过与块体发生化学反应实现吸放热；所述的换热器表面涂有高热导率的陶瓷粉体，如氧化铝或氮化铝等材料，经高温烧结，可与热电子器件的阴极实现紧密贴合；所述的管路表面包裹石棉，以减小对环境的传热损失。
[0013] 有益效果
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0015] 1、储能密度大。相较于电池储电方式，储热方式的单位储能密度更大。
[0016] 2、整体结构较为简单，主要通过热电子在两电极板间的往复发射及输运，实现发电与储热的功能复用。
[0017] 3、绿色环保无污染，无化学能的转换，发电与储热这两大过程均为热能与电能的直接转换，过程能量损耗小。
[0018] 4、削峰填谷，调节电网电力输出，提升电网电能质量。附图说明：
[0019] 图1是基于电子发射的热发电与热储能复用的系统结构示意图。
[0020] 图2是基于电子发射的热发电与热储能复用的换热单元结构示意图。
[0021] 图3是基于电子发射的热发电与热化学储热复用的系统结构示意图。具体实施方式：
[0022] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0023] 本发明将热电子发射技术和储热技术结合起来，结构简单，实现电能与热能之间的直接转换，减小过程能量的损耗，有效调节微电网的电力供应，提升电力的储能密度。
[0024] 实施例1
[0025] 如图1所示，基于电子发射的热发电与热储能复用装置，其特征在于包括阴极1、阳极2、绝电绝热层3、表面活性层4、导热层5、换热器6、管路7、泵阀8、热罐9和冷罐10。阴极1、阳极2、绝电绝热层3和表面活性层4组成热电子热电转换模块。换热器6、管路7、泵阀8、热罐9和冷罐10构成储热模块。热电子热电转换模块与储热模块通过导热层5紧密连接，该装置的截面结构如图2所示。阴极1和阳极2作为对电极，当系统处于发电状态时，阴极1发射电子，阳极2接收电子；而当系统处于储热状态时，阳极2发射电子，阴极1接收电子。绝电绝热层3用于隔绝与支撑两电极，其厚度影响着电子在极间的输运特性。表面活性层4用于降低阴极和阳极的表面功函数，激活电子的发射。换热器6为盘管结构，有效增强传热工质11与换热器6之间的换热特性，提高换热器出口的工质温度。换热器6两端分别通过管路7连接热罐9、泵阀8和冷罐10。当系统处于发电状态时，传热工质11由热罐9流向冷罐10；而当系统处于储热状态时，传热工质11由冷罐10流向热罐9。
[0026] 当微电网电量小于供电需求时，该装置处于发电状态，开启泵阀8使热罐9中的工质输送至换热器6。此时，换热器6温度升高，热量经导热层5传递至热电子热电转换模块的阴极1。阴极1内部的电子在热激发的作用下，部分电子具有克服表面功函数的作用从而输运至阳极，并经外部负载形成回路发电。同时，传热工质温度下降并流入冷罐10。当微电网电量大于供电需求时，该装置处于储能状态，阴阳极在电场作用下，阳极2的表面功函数下降，其内部部分电子具有足够的能量发射至真空，并被电场加速至阴极1。电子所携带的能量将被转换成阴极的热能。此时，调整泵阀8的方向使冷罐10中的工质朝热罐9方向流动，在流经换热器6时，工质将吸收阴极的热量，其温度升高，并最终流向热罐9实现储热。
[0027] 实施例2
[0028] 如图3所示，一种基于电子发射的热发电与热化学储热复用装置，包括阴极1、阳极2、绝电绝热层3、表面活性层4、导热层5、泵阀8、热罐9和热化学储热块体12。阴极1、阳极2、绝电绝热层3和表面活性层4组成热电子热电转换模块。热化学储热块体12、泵阀8和热罐9组成热化学储热模块。热化学储热块体12通过导热层5与热电子转换模块紧密连接。热化学储热块体12由氧化钴/四氧化三钴复合材料或者氧化铜/氧化亚铜复合材料组成，其内部为多孔结构，气体流经热化学储热块体并发生氧化/还原反应。
[0029] 当微电网电量小于供电需求时，该装置处于发电状态，开启泵阀8使热罐9中空气进入热化学储热块体12，氧化钴与氧气在850℃温度下发生放热反应，同时生成四氧化三钴。放出热量通过导热层5传递至阴极1，阴极1中自由电子在热激发作用下逸入真空并进入阳极2，实现发电。当微电网电量大于供电需求时，该装置处于储能状态，阴阳极在电场作用下，阳极2的自由电子发射至真空，并被电场加速至阴极1。电子所携带的能量将被转换成阴极的热能，并传导至热化学储热块体12。其内部的四氧化三钴受热在950℃温度下发生吸热反应，生成氧化钴和氧气，氧气流经泵阀8传递至热罐9，实现储热。
