使用温差发电器和相变材料发电制造技术

本发明专利技术公开一种能量收集器。所述能量收集器包括适应于当热梯度施加在其第一主要表面和第二主要表面之间时根据塞贝克效应产生电，封住放置用于与所述热电器件的第一主要表面进行热传递的相变材料的外罩，以及电耦合所述热电器件的无线电发射机，所述无线电发射机能够发射无线信号。在另一个方面中，所述外罩包括其上的导电翅片，从而为所述相变材料提供更加均匀的热分布。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及利用温差发电器发电，更具体地，涉及利用温差发电器/热电发电机和相变材料发电
技术介绍
能量收集器从通常被忽略的和未被利用的能源中生成电能。能源和转换电的方法包括将光能转换成电的光伏器件、将振动能转换成电的悬臂压电梁、和将热流转换成电的热电器件/温差电器件。这些能量收集器和方法可以适用于各种应用。随着小功率的电子器件日益普遍，能量收集器和方法提供了电力电子器件不需要电池或甚至电源配线的有用方式。由于设计和安装电线的成本与其重量和改进的难度，电线在许多应用中是不需要的。例如，由于更换电池比较困难，以及某些电池造成环境危害或引起安全隐患，所以在飞机上是不需要电池的。此外，电池在低温情况下功能较差。在某些情形下，利用低功率能量收集器可以为偶尔需要中等数量的电源的电子器件提供动力。在这些情形中，由能量收集器产生的电能存储在电容器或可再充电电池中。温差发电器是利用1821年发现的被称为塞贝克效应的物理学原理的器件。如果两个不同材料的导体(例如铜和铁)在其端部均连接在一起形成两个接合点，并且一个接合点保持在比另一个接合点更高的温度，则两个接合点之间的电压差将上升。各种温差发电器均是商售的。一个这种模块是Hi-Z公司的HZ-2。模块的大小是I. 15英寸xl. 15英寸x0. 20英寸，以及该模块包含14x14的热电元件列。
技术实现思路
在一个方面，公开了能量收集器，其包括当热梯度强加在其第一主要表面和第二主要表面之间时适应于根据塞贝克效应产生电的热电器件；封住放置用于与热电器件的第一主要表面进行热传递的相变材料的外罩，从而在相变材料和热电器件之间进行热传递；以及电耦合热电器件的无线电发射机。该无线电发射机能够发射信号。在另一个方面，公开了能量收集器，其包括当热梯度强加在其第一主要表面和第二主要表面之间时适应于根据塞贝克效应产生电的热电器件、封住放置用于与热电器件的第一主要表面进行热传递的相变材料的外罩以及在外罩内的为相变材料提供更加均匀的热分布的导电翅片。适用于能量收集器的此处公开的任何实施例可以安装到衬底上，衬底是经历温度变化的可移动器件的零件，温度变化是由其移动产生的。已经讨论的特征、功能和优势可以在各种实施例中独立地实现，或可以与其他实施例组合实现，关于下面的附图和说明书可以理解其进一步的细节。附图说明图I是能量收集器的一个实施例的透视图。图2是能量收集器的另一个实施例的透视图。图3是能量收集器的两个实施例的顶部平面图，其比较器件内建立的固态。图4是示出了图 3的两个器件在温度T2和T2^的差异的曲线图。图5示出了适用于图3的能量收集器的热电路图。图6是包括相应的热电路图的能量收集器的一个实施例的顶部平面图。图7是能量收集器的可选实施例的顶部平面图。具体实施例方式下面的详细描述将说明本专利技术的一般原理，在附图中额外地示出其实例。在附图中，相同的参考数字表明相同的或功能相似的元件。首先参考图1-3，当翅片16存在时一般由参考数字10表明示出的能量收集器，而当翅片不存在时一般由参考数字10'表明示出的能量收集器。能量收集器10、10'适应于从热差或热梯度生成电能。为此，能量收集器10、10'包括热电器件20，当通过主要表面40、42中的至少一个受到温度变化的影响而将热梯度施加到其第一主要表面40和第二主要表面42(参考图3)之间时热电器件20根据热电效应产生电。如此处所使用的，术语“热电效应”包含塞贝克效应(Seebeck effect)、拍耳贴效应(Peltier effect)、汤姆逊效应(Thomson effect)，这些在许多教科书中都被称为是珀耳贴-塞贝克效应。热电器件20受到的温度变化可以是由热电器件20热导电(thermallyconductively)安装到的衬底24移动引起的。在一个实施例中，衬底24可以是诸如飞机的移动交通工具的零件。衬底24可以是飞机壁，飞机壁在飞机起飞、飞行和/或降落期间将经历温度变化。一般地，飞机壁包括内墙板、外部飞机蒙皮以及在内墙板和飞机蒙皮之间的壁空间。能量收集器10可以是热导电地安装到这些层中的任意一层。在飞行期间，飞机可以经历从在地面上的环境温度到大约_28°C的温度变化。在地面操作期间或当停放飞机时，温度变化也可以存在于其他的飞机结构部件中，例如但不限于，液压管路(一般地大约20° F到高于环境温度大约200° F的温度)、发动机、PAC排气管(一般地在大约490° F的温度)。只要选择用于器件结构的材料在这些温度下不会降解、起反应或出故障，那么能量收集器10、10'可以利用这些温度变化。能量收集器10、10'在相变过渡期间也应当能够在一些普遍经历的中点值温度收集能量。尽管飞机用作能量收集器10可以安装到其上的移动交通工具的示例，但是“移动交通工具”并不限于此。移动交通工具可以是轮船、潜水艇、汽车、火车、火箭、飞船、动物或宇宙飞船。如图1-2所示的能量收集器10包括放置成热接触热电器件20的第一主要表面40的第一热导电层18,并包括放置成与热电器件20相反地热接触第一热导电层18的外罩12。外罩12封住相变材料(PCM) 14。该结构能够在相变材料和热电器件之间进行热传递，以便可以产生电能。在能量收集器10内，在外罩12内存在翅片16，用于接触PCM14。如图6中所示，能量收集器10可以包括包围外罩12和TEG20的绝缘材料/绝缘件22。绝缘材料22是有利的，因为其使得通过环境空气的热损耗降到最小，且使得相变持续时间最长和发电达到最大。在一个实施例中，如图I中所示，能量收集器10可以电耦合增压器件26和/或能够发射信号的无线电发射机30。下面将更详细地讨论能量收集器的10、10'的各个部件。 热电器件20可以是任何已知的和/或商售的器件，例如可以从Hi-ZTechnology，Inc.、EnOcean GmbH和/或Micropelt GmbH获得的温差发电器或类似件。在一个实施例中，热电器件20可以包括在氧化铝陶瓷材料上的BiSn接合点。能量收集器10、10'的一个方面是使得器件微型化。因此，热电器件20要尽可能地小，并且可以是至多大约2. 5mm x3.3mmx I. 1mm。在另一个实施例中，热电器件20可以是至多大约3. 4cm x 3. Ocm x 1.0cm。为了提高热电器件20和其两个主要表面40、42接触之间的热导电性，可以相反地存在热导电层18、IV。如图1-2中所示，第一热导电层18可以存在于热电器件20和PCM14的外罩12之间，以及第二热导电层18'可以存在于衬底24和热电器件20之间。第一热导电层18和第二热导电层18'可以是具有高的热导电性、良好的间隙填充能力、良好的电介质特性、低的接触应力和长期的可靠性的材料层。在一个实施例中，热导电层18、18'可以是热导电界面衬垫,例如来自3M和/或Laird Technologies的界面衬垫。衬垫的厚度可以是从大约O. 5mm到7_。在一个实施例中，衬垫的厚度是大约Imm到大约5_。在另一个实施例中，热导电层18、18'可以是热界面材料，例如是软化和填充工作温度时的微小间隙的相变热界面材料或者是热导电油脂，其符合啮合面的不规则性，例如从LairdTechnologie本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·J·米切尔，W·C·桑福德，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：