通过放热到吸热的反馈的能量转换制造技术

本发明专利技术提供一种用于通过热梯度将动能转换为势能的系统和方法，包括用于吸收热量的吸热单元，用于释放热量的放热单元，以及用于从外部源接收能量以向吸热单元和放热单元提供动力的控制单元。系统还包括具有通过热梯度将热量转换成电势的多个热电元件的第一动力产生单元，以及用于对控制单元提供由第一动力产生单元产生的电势的反馈单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及发电反馈。更特别的，涉及用于通过热梯度将部分动能转换成势能的系统和方法。
技术介绍
图1图示了被称为热电堆的公知的热电产生器(TEG)的一个实施例，其有利于理解本文公开的专利技术构思。如所示，典型地，单个热电堆10包括在公共联结点13连接到一块的两个不同的金属11和12，。热电偶10的原理是基于塞贝克效应，塞贝克效应阐述了，在不同温度下电流将流过由两个不同金属形成的电路的联结点(即，热电偶)。这个准则的一般的示例包括电子温度计，以及例如美国Melcor制造的CP2-8-31-081等微型热电转换器。然而，由于装置非常低的效率(通常在3-9%的范围内)，因此通常极大限制了使用热电转换器作为动力源。在这点上，为了产生有用的电，传统TEG必须暴露在非常高的热梯度中。这个需要意味着，传统热电产生器可能需要比TEG输出(以电能的形式)更多的能量(以热能的形式)。结果，大部分热电产生器被降至作为次级动力源来工作，并且经常与其他技术联合。例如，热电产生器通常应用在太阳能阵列中，那里有大量的热量。因此，为了通过热梯度将提供的动能转化成电能，有益的是，提供具有高效率低成本的热梯度产生装置的高效能热电产生器。已经提出了用于热电能量转换的若干个专利申请，包括=Aspden 美国专利 No. 5065085 ；Kondoh 美国公开 No. 2006-0016469 ；以及 Guevara 美国公开No. 2003-0192582，然而，这些中没有一个解决了上面列出的问题。
技术实现思路
本专利技术描述了一种通过热梯度将动能转化成势能的系统。本专利技术的一个实施例可以包括用于吸收热量的吸热单元，用于释放热量热释放单元，以及用于从外部源接收能量以向吸热单元和放热单元提供动力的控制单元。系统还包括具有通过热梯度将热量转换成电势的多个热电元件的第一动力产生单元，以及用于对控制单元提供由第一动力产生单元产生的电势的反馈单元。本专利技术的另一实施例包括进一步包括多个动力产生单元的如上面表述的系统。本专利技术的又一实施例包括用于实现上述系统的方法。附图说明在附图中示出目前优选的实施例。然而，应该意识到的是，本专利技术不限于所示的明确的配置和手段。图1示出了热电产生器的一个实施例，其对于理解本文公开的实施例是有用的。图2示出了根据本专利技术的热电系统的一个实施例。图3示出了根据本专利技术的另一实施例的热电系统。图4示出了根据本专利技术的可替换实施例的热电系统。图5示出了根据本专利技术的可替换实施例的热电系统。图6示出了根据本专利技术的可替换实施例的热电系统。图7示出了根据本专利技术的可替换实施例的热电系统。图8是说明根据本专利技术另一实施例用于通过热梯度产生系统将部分动能转换成势能的方法的流程图，。具体实施例方式虽然以认定新颖性的定义专利技术特征的权利要求决定说明书，但是，可以相信的是， 结合附图的表述来考虑，将能更好的理解。正如所需要的，于此公开本专利技术的详细实施例； 然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是本专利技术的示例，其可以以各种各样的方式体现。 因此，于此公开的明确的结构和功能细节不被解释为限制，而仅仅作为权利要求的基础和作为教授本领域技术人员以变化地在实际上任何适合的具体结构中应用创造性设置的典型基础。进一步，于此使用的术语和短语不意味着限制而是提供对本专利技术的可理解的表述。作为这个文件通篇使用，热电堆可以包括离散封装中的、在与热梯度方向垂直的平面上相互平行排列的热电偶阵列。此外，热电产生器(TEG)可包括用于从热梯度产生电势的装置，它的一个实施例由沿热梯度轴方向而相互串联的多个热电堆构成。而且，尽管下面利用热泵来描述，但是本文公开的
技术实现思路
不被如此限制。为这个目的，可以利用实际上满足下面标准的任何可持续(sustainable)的热梯度产生装置。可持续的热梯度产生装置的一个示例是传统的热泵。在这个意义上，热泵通过蒸发器从吸热端吸收热能，并且通过冷凝器释放热能至发热端。吸热和发热反应是触发过程需要的多个输入能量。为这个目的，可以通过下面的方程定义热梯度产生装置(即热泵) 的也作为初级能量比率(PER)已知的性能系数，PER = (Q+ff) /W其中Q是在吸热过程中吸收的动能，W是提供给热泵以做功的能量。在这种情况下，定义功(W)为热泵使用以产生热差的能量以及在例如压缩机等传递机械中损失的能量。为了表述本专利技术，我们将定义初级能量比率(PER)为吸热和用于产生热梯度的放热过程的能量抽运比率。但是，我们将性能系数定义通过下面方程定义的整个系统的性能系数COP = (Q+ff) / (W-C)其中Q是在吸热过程中吸收的动能，W是提供给热泵以做功的能量，以及C是由 TEG重新收集的能量。如上面表述的，热电产生器(TEG)是可以借助于将热转换成电而将动能转换成势能的装置。为了获得高的电和热导率，TEG可包括单一热电堆或被电串联和热并联设置的热电堆阵列。TEG的一个示例在Jin等的美国专利公开No. 2008/0283110中描述，在此引入其内容作为参考。为这个目的，Jin表述的TEG可以以40_80 %的效率将100摄氏度热梯度转换成电势。当然，本领域的技术人员可以意识到，这仅仅是可以用于与于本文公开的创造性理念结合的TEG的一个示例。例如，在一个实施例中，热电堆阵列还可被并入半导体材料中，半导5体材料包括低能量P型半导体元件和更高能量的η型半导体元件，或者可以使用公知的当其终端暴露在温差中时将热转换成电流的材料形成阵列。在任一情况下，为了公开目的，可以使用具有通过方程E = P/(Q+ff)定义的效能 (E)的任何TEG，其中P是由TEG产生的势能，Q提供给TEG的动能，W是做功所需的能量。当在例如热泵等热梯度产生装置的热梯度中引入如上所述的TEG时，有可能产生可以被外部应用使用的势能。为了这个目的，该能量可以通过用于给系统提供初始能量的传输线传回，或者可以直接提供给其他装置。可选择地，为了极大改进热泵本身的整体C0P， 势能可被反馈回系统中，当E接近1/(PER)时COP接近无穷大。例如，如果热泵的初级能量比率(PER)是5，那么具有5%的效能(E)的TEG可以将整个系统的COP从5改进至6. 7。此外，在另一实施例中，包括在满足方程E > 1/(PER)的热泵的热梯度内设置的 TEG的系统，可潜在地产生足够的潜在电能以支持热泵系统自身的今后的动力需要。例如， 具有20%效能(E)的TEG有可能提供足够的电能以支持相同热泵的今后的操作。进一步， 在相同的示例中，利用具有大于20%的效能(E)的TEG有可能使得系统产生比热泵工作所需的更多势能。关于下面概述的本专利技术和实施例，注意的是，每个实施例完全遵循热力学定律，并且特别是热力学第二定律。为了这个目的，系统的操作是基于受激物质形式的动能可用性，并且在零开尔文以上具有动能的所有物质释放黑体辐射。因此，由于系统保持运作，因此操作该系统所需的动能将最终衰变至具有黑体辐射形式的熵。然而，只要具有用于热泵有效吸收的足够动能的物质存在，通过对动力产生器提供足够的PER，系统就可持续提供用于一般使用的势能， 而不需要其他动力源。图2示出了根据本文公开的专利技术构思的热电系统20的一个实施例。具体地，图2 示出了设置在蒸发器和冷凝器之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·亨尼斯，
申请(专利权)人：马克·亨尼斯，
类型：发明
国别省市：