括；配置为接收与所述热机的基 本固定的参数对应的数据的电路，该基本固定的参数包括阴极-栅极间距、抑制器-阳极 间距和阴极-阳极间距；配置为计算所述热机的作为所述基本固定的参数的函数的并作为 所述热机的可变参数的第一成组的值的函数的第一热力学效率的电路，所述可变参数包括 阴极温度、阳极温度、阳极电势、栅极电势和抑制器电势；配置为计算所述热机的作为所述 所确定的基本固定的参数的函数的并作为所述可变参数的第二成组的值的函数的第二热 力学效率的电路，其中至少一个可变参数在所述第一成组的值和第二组的值中具有不同的 值；W及配置为根据所计算的第一和第二热力学效率而设置所述至少一个可变参数的电 路。
[0017] 在另一实施方式中，一种优化热机性能的装置，包括；配置为接收与所述热机的基 本固定的参数对应的数据的电路，该基本固定的参数包括阴极-栅极间距、抑制器-阳极间 距和阴极-阳极间距；配置为计算所述热机的作为所述基本固定的参数的函数的并作为所 述热机的可变参数的第一成组的值的函数的第一功率输出的电路，所述可变参数包括阴极 温度、阳极温度、阳极电势、栅极电势和抑制器电势；配置为计算所述热机的作为所述所确 定的基本固定的参数的函数的并作为所述可变参数的第二成组的值的函数的第二功率输 出的电路，其中至少一个可变参数在所述第一成组的值和第二组的值中具有不同的值；W 及配置为根据所计算的第一和第二热力学效率而设置所述至少一个可变参数的电路。
【附图说明】
[001引图1是一种包括阴极、栅极、抑制器和阳极的装置的示意图。
[0019] 图2是对应于图1的装置的实施方式的能级的示意图。
[0020] 图3是一种包括阴极、栅极、抑制器、阳极和屏栅的装置的示意图。
[0021] 图4是一种包括阴极、栅极、抑制器、阳极和电路的装置的示意图。
[0022] 图5-6是说明方法的流程图。
[0023] 图7-8是热机的热力学效率与功率的关系的图。
[0024] 在不同的附图中使用相同的符号通常表示是相似项或相同项。
【具体实施方式】
[0025] 在下面的详细说明中，参照了附图，附图形成了其一部分。在附图中，除非上下文 另有规定，否则相似的符号通常表示相似的部件。在详细说明、附图和权利要求中说明的说 明性的实施方式并不意味着是限制性的。可W使用其它的实施方式W及可W进行其它变化 而不偏离在该里提出的本主题的精神或范围。
[0026] 在一个实施方式中，如图1所示，装置100包括阴极102、布置为与阴极102大致 平行的阳极108,其中阳极108和阴极102容易接受第一功率源110,W产生比阴极电势高 的阳极电势202。在此讨论中，惯例是一般参考相对于阴极电势的值的电势，在该样的情况 下，阴极电势的值可W视为零。对于对应于热机的图1的实施方式，对应于图1的装置的阳 极电势202和其它电势示于图2。该装置100还包括设置在所述阳极108和所述阴极102 之间的栅极104,所述栅极104容易接受第二功率源112,W产生栅极电势204,其中，所述 栅极电势204被选择为从阴极102诱导具有高于第一阔值能量208的能量的第一成组的电 子206的电子发射。装置100还包括设置于栅极104和阳极108之间的抑制器106,抑制器 106容易接受第=功率源114,W产生被选择用来阻止来自阳极108的具有低于第二阔值能 量209的能量的第二成组的电子207的电子发射而让所述第一成组的电子206的至少一部 分通过的抑制器电势210。在该实施方式中，阳极108被置为接收所述第一成组的电子206 的所通过部分。在一些实施方式中，阳极输出124可W被电连接，W便为装置提供功率。
[0027] 虽然在传统上阴极被认为是电子发射器，而阳极被认为是电子接收器，但在该里 所介绍的实施方式中，阴极和阳极两者一般都发射和接收电子。在本文所说明的实施方式 中的净电流和热流可W由阴极102和阳极108的温度、阳极电势202和栅极与抑制器的电 势204、210来确定。在本文所说明的一些实施方式中，诸如在将热量从较高温度转移到较 低温度的生电热机中，净电子流和热流是从阴极102移动到阳极108,而在本文所说明的其 它实施方式中，诸如在将热量从较低温度转移到较高温度的耗电热机中，净电子流和热流 是从阳极108移动到阴极102。另外，在本文所说明的实施方式中，阴极102和阳极108都 是电子发射器，阴极102和/或阳极108中的一个或两个可包括场发射增强特征103。
[0028] 图1示出了具有场发射增强特征103的阴极102,但是，在一些实施方式中，阴极可 W是基本平坦的，并且可W不包括场发射增强特征103。在包括一个或多个场发射增强特征 103的一些实施方式中，场发射增强特征103可W包括几何尖端和/或碳纳米管。
[0029] 装置100包括让第一成组的电子206的至少第一部分穿过的、含有气体的至少一 个区域。通常，在阴极102和阳极108之间的区域是让第一成组的电子206的至少第一部 分穿过的、充气的区域（或间隔区）。气体可W由至少一种原子或分子物质、部分电离的等 离子体、完全电离的等离子体、或者它们的混合物组成。气体组分和密度可W被选择为有利 于使电子通过。气体密度可低于大气密度，并且可W足够低，W得到有效的真空度。在一些 实施方式中，该个区域可W是空气或其等同物，其中该区域的压力可W调整或不可W调整。
[0030] 对于与热机对应的图1的一个实施方式，作为沿X方向126的与装置100的阴极 相隔的距离的函数的、所得到的电势215示于图2中。电势215不考虑由于在阴极和阳极 之间所发射的电子而导致的空间电荷电势。它也不考虑由于平板（即，阴极和阳极）的镜 像电荷效应（imagechargeeffects)而导致的镜像电荷的电势。在阴极和阳极之间的电 子所承受的净电势216是作用于电子的、包括空间电荷电势和镜像电荷电势的所有电势的 函数。此外，在该里针对负电荷电子而不是富兰克林-传统正检测电荷定义诸如图2所示 的电势，W使得电子在从高电势移动到低电势时获得动能。
[0031] 应当理解的是，在上面的说明中W及在说明书的其余部分，电子服从量子力学的 规律，因此，给定诸如是在阴极和栅极之间形成的势垒，（即电势216的在阴极和栅极之间 的部分），在势垒的底部和顶部之间的、具有能量的电子有隧穿势垒的一些可能性。例如，具 有高于阔值能量208的能量的一些电子不会从阴极102发射。进一步地，对于从阴极发射 的第一成组的电子206,基于其能量和抑制器电势210,它们有隧穿在抑制器和阳极之间形 成的势垒（即，电势216的在抑制器和阳极之间的部分）的一些可能性。
[003引虽然在图1中所示的第一、第二和第S功率源110、112和114是不同的，但在某些 实施方式中，功率源110、112和114可W被包含在相同的单元中。有很多不同的方式可W 将功率源110、112和114相对于元件102、104、106和108进行配置，本领域的技术人员可 W根据应用来确定配置。
[0033] 在图2中还示出，在电势215、216的曲线图中的左右两侧是用于在阴极102和阳 极108的电子的、费米-狄拉克分布F(E，T)的图。
[0034] 在左侧是对应于阴极的、作为电子能量E。(221)的函数的费米-狄拉克分布图 F。巧。，T。）（222)。还示出的是阴极的费米能^。(214)和阴极功函数界，（213)。
[0035] 在右侧是对应于阳极的、作为电子能量E。(225)的函数的费米-狄拉克分布图 Fa(Ea，T。）（226)。还示出的是阳极的费米能Ua(220