CN202750034U

CN202750034U - 热电发电器系统

Info

Publication number: CN202750034U
Application number: CN2011200454951U
Authority: CN
Inventors: W·F·坎平
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: EP2362456A1; US20120305045A1; WO2011104645A3; WO2011104645A2; JP2013520953A; JP5654620B2; RU2549909C2; EP2539944B1; CN102195535A; EP2539944A2; CN102195535B; RU2012140754A

Abstract

热电发电器系统，包括：热电元件，该热电元件在所述系统使用期间能将所述元件的第一有源表面和所述元件的第二有源表面之间的温度差转化成电以从热能生成电功率；以及控制单元，该控制单元用于在使用期间控制所述元件生成的电功率以与施加于所述热电元件的当前功率需求相一致，所述控制单元包括用以让热电元件针对当前功率需求在两个可能的工作点之一下工作的装置，所述当前功率需求小于所述热电元件的功率的最大量，所述两个可能的工作点提供相同的功率，并且每个工作点确定电流和阻抗的组合，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点的最大电流。

Description

热电发电器系统

技术领域

本实用新型涉及包括热电元件和控制单元的热电发电器系统，该热电元件在所述系统使用期间能够将所述元件的第一有源表面和所述元件的第二有源表面之间的温度差转化成电以便通过热能生成电功率，该控制单元用于在使用期间控制所述元件生成的电功率以符合对所述热电元件施加的当前功率需求。

背景技术

依据US 2009/0025703 A1(Van Der Sluis等人)已知一种热电发电器系统。US 2009/0025703 A1公开了具有热电元件的使用固态燃料的便携炉，该热电元件向风扇和可充电电池提供功率。所述风扇配置成迫使气体进入所述炉的燃烧室。所述风扇迫使气体进入所述炉的燃烧室。热电元件向所述风扇提供功率。所述热电元件具有接近所述燃烧室的第一有源表面和接收来自所述风扇的冷却的气流的第二有源表面。也称为“木料炉”的配备有受迫气体供应的炉提供高温燃烧、燃料高效和洁净燃烧过程。所述炉具有电子控制单元和配置成以四种可能模式使所述炉工作的控制器。所述电子控制单元适于依据感测到的工作状况自动地依次按顺序经过四种模式中的每一种，所述工作状况例如火的热量。

在称为“启动模式”的第一模式下，当所述热电元件没有(或者只有不足的)可用功率驱动所述风扇，使用来自可充电电池的功率驱动所述风扇。以这种方式，促使在所述燃烧室内燃烧的燃料非常快速地到达最佳的高温，显著减少所述炉启动阶段的烟雾和其他污染排放物。

当温度到达适当级别时，触发称为“充电”模式的第二模式。在所述第二模式下，所述燃烧室中的燃料在充分的温度下燃烧，使得所述热电元件能够向所述风扇提供多于用于维持流向所述燃烧室的足够受迫对流的充分功率，并因此还提供充分功率对所述电池充电。

当所述电池恢复至充满电的状态时，触发称为“正常”模式的第三模式。在所述第三模式下，所述燃烧室中的燃料在充分温度下燃烧，使得所述热电元件能够至少向所述风扇提供足够功率用于维持流向所述燃烧室的足够的受迫对流。

当所述温度降低时，例如由于所述燃烧室中的燃料耗尽，触发称为“冷却”模式的第四模式。在第四模式下，所述风扇无需维持已停止的燃烧。在这个模式下，使所述电池绝缘，并且来自所述热电元件的可用的任何功率传至所述风扇仅用以整体加速所述炉的冷却而不对所述电池充电。这防止来自所述燃烧室的剩余热量在壳体内堆积和潜在地损坏所述热电元件、所述风扇和所述电子控制电路中的任意一个或多个。

这种炉意于在自然景观中的营地上使用，或在经常在室内进行烹调过程的发展中国家中使用。极为重要的是，所述燃烧过程是并且保持是洁净的和高效的。所述热电元件的长寿命和可靠运行是极为重要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是进一步提高热电发电器系统的寿命和可靠性。

这个目的通过依据本实用新型的热电发电器系统实现，因为控制单元包括使热电元件针对当前功率需求在两个可能的工作点之一下工作的装置，所述当前功率需求低于所述热电元件的功率的最大量，所述两个可能的工作点提供相同的功率并且每个工作点限定了电流和阻抗的组合，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点的最大电流。

当设想所述热电元件为传统的电源时，例如电池，也即不是热电元件，使所述热电元件以大于当前功率需求所严格要求的电流来工作的这种技术特征相当不正常。对于传统的电源而言，例如电池，从能量视角而言，由于这种传统电源的内阻，所以以大于所需的电流流过所述电源是不利的。与传统电源不同，热电元件可以是有利的并且意外地工作于增加的电流的设定点。本实用新型的一个方面是领会如下见解：从能量视角而言热电元件表现的与电池不同，该不同被经济地用于寿命增加的益处。

在US 2009/0025703 A1的装置的每一个工作模式下，当前功率需求施加至所述热电元件。在所述第一模式下，施加给所述热电元件的功率需求是0，并且所需用以驱动所述风扇的功率来自所述电池。在所述第二模式下，施加至所述热电元件的功率需求意于对所述风扇供能以维持流向所述燃烧室的足够的受迫对流并用于对所述电池充电。在所述第三模式下，所述电池充满电，并降低所施加的功率需求以对用于维持流向所述燃烧室的足够的受迫对流的风扇供能。在所述第四模式下，施加至所述热电元件的功率需求涉及用以整体加速冷却所述炉的所述风扇的功率供应，但是不对所述电池充电。

在一些工作模式下，举例而言，当所述炉的电池充满电时，所述热电元件不必须生成最大量的功率，所述最大量的功率在当前情形下可获得，所述当前情形例如火的温度或所述热电元件的有源表面之间的温度差。在这种工作点下，也即当施加在所述热电元件的当前功率需求低于当前情形下所述元件可生成的最大功率时，所述控制单元将所述热电元件的功率输出限制至实际的或当前功率需求。在现有技术的装置中，功率输出的限制通过将流经所述电源的电流限制至达到施加至所述热电元件的当前功率需求所需的最小电流来实现，所述电源也即所述热电元件。

本实用新型在于如下概念：通过降低所述热电发电器系统的功率输出，而不必须将流经所述热电元件的电流降至最小所需电流，从而可实现低于所述热电元件最大可获得功率输出的功率需求。通过使所述热电元件以超过达到当前功率需求所需的最小电流的电流来工作，所述热电元件的热阻降低。热电元件的热阻(以K·W^-1或以℃/W为单位测量)表示了当在每单位时间通过所述热电元件的热量计量等于1瓦特时，所述热电元件的第一有源表面和所述热电元件的第二有源表面之间的温度差异程度。通过热阻的降低，跨所述热电元件的温度平衡改变，使得最热表面的温度降低。所述热电元件通常设置成靠近热源，所述热源例如US 2009/0025703 A1的炉的燃烧室。所述热电元件的第一表面的温度粗略地在未使用状态下的室温和较高工作温度之间变化，所述较高工作温度例如烹调期间的炉的燃烧室附近的温度。当所述热电元件从冷的状态来到其工作温度时，这导致大的热负载并导致所述热电元件的高膨胀。尤其接收热量的热电元件的侧部，也即所述第一有源表面，暴露于这种大的热负载。已发现，通过依据本实用新型使所述热电元件工作，可实现所述第一表面的最大温度降低大约10度至20度的幅度。所述第一有源表面的这种温度降低已导致所述热电元件寿命的显著增加。

在依据本实用新型的发电器系统的有利实施方式中，所述控制单元包括电流源用于以超过达到施加在所述热电元件的当前功率需求所需最小电流的电流来驱动所述热电元件。

诸如在US 2009/0025703 A1中公开的热电元件可用于所谓的热电“发电”模式。在这种发电模式下，所述元件的一个侧部，也即所述第一有源表面，接收热量，并在所述元件的第二有源或冷的表面移除或排去该热量，所述第一有源表面和所述第二有源表面通常是所述元件的相对侧。流经所述元件的热流伴随所述第一有源表面和所述第二有源表面之间的温度差行进，所述第一有源表面的温度高于所述第二有源表面的温度。在所述发电模式下，产生电流，所述电流取决于所述第一有源表面和所述第二有源表面之间的温度差。在这种发电模式下，维持横跨所述元件的温度梯度，并且通过所述模块的热通量转化为电能。这被称为塞贝克效应。在所述发电模式下，所述元件生成电能，并且所生成的电能可用以提供给所述系统的其他部件，例如风扇、电池、发光布置或它们的组合。热电元件还可用于所谓的热电“冷却”模式。在这种冷却模式下，电流施加给热电元件。在冷却模式下，热量从一个侧部或结(冷侧部或冷结)抽运至另一侧部或结(热侧部或热结)。假如从所述热侧部移除热量，所述冷结降至低于环境温度。依据施加的电流的幅度，温度梯度会变化。在冷却模式下，将电流提供给所述元件导致所述元件的一个侧部变冷。这称为珀尔帖效应。在所述冷却模式下，所述元件消耗电能。通过所述电流源有源地将电流提供给所述热电元件，可使用珀尔帖效应作为所述第一有源表面过热情形下的应急措施，所述第一有源表面也即到达最高温度的表面。通过提供电流源，使所述热电元件在其受迫冷却模式下工作是可能的。

在依据本实用新型的发电器系统的有利实施方式中，所述控制单元包括用于修改输出阻抗以获得所述工作点之一的阻抗的装置，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点中的最大电流和最小阻抗。

在使用期间，所述热电元件连接至由所述控制单元和负载构建的输出阻抗，所述负载例如风扇和/或电池和/或连接至所述热电元件的电端子的其他装置。在第一极端情况下，其中所述热电元件的电端子直接连接，这样获得了短接电路，输出阻抗为0，并且跨所述输出阻抗的电压降是0。流经输出阻抗的电流由所述热电元件的内阻限定。因此，在所述第一极端情形下，消散并输送至所述热电元件的输出阻抗的功率是0。在第二极端情形下，所述热电元件的输出阻抗是无限大，也即所述端子未连接，这样流经所述元件的电流是0，而跨该无限大输出阻抗的电压是所述热电元件的最佳电压或开源电压。因此，在所述第二极端情形下，消散并输送至所述输出阻抗的功率也是0。在正常情形下，所述输出阻抗既非0也非无限大，而是位于0和无限大之间的值。在正常情形下，由于流经所述输出阻抗的电流和跨所述输出阻抗的电压均存在，所以功率输送至所述输出阻抗。当所述热电元件的输出阻抗持续地从无限大降低至0时，流经所述热电元件的电流从0增加至短路值，而输送至所述输出阻抗的功率最初从无限大输出阻抗处的0增加至位于无限大和0之间的阻抗值处的最大可获得功率值，并随后再次降低至0功率，也即在0输出阻抗处，所述无限大输出阻抗也即第二极端情形。因此，所述热电元件的输出阻抗和输送至所述输出阻抗的功率之间的关系可通过具有上升边缘和下降边缘的曲线图表示。在所述上升边缘，所述功率伴随增加的阻抗而增加。在所述下降边缘，所述功率伴随增加的阻抗而下降。位于0功率值和最大可获得功率值之间的可能的功率值在所述上升边缘和所述下降边缘均可获得。所述热电元件的优选工作范围位于所述上升边缘上，因为在所述上升边缘，所述输出阻抗小于所述下降边缘上的输出阻抗。这带来使所述热电元件以高于所述下降边缘处电流的电流工作的契机，这对于寿命有利。因为不需要附加的部件或电路系统，所以以非常划算的方式获得这种优势，只是需要改变当前电路系统的设定值。

依据本实用新型的发电器系统的有利实施方式具有温度传感器以测量所述第一有源表面的温度，其中所述控制单元可接收温度传感器的信号，其中可基于来自所述温度传感器的信号，调整流经所述热电元件的电流。

通过反馈所述第一有源表面的温度，保持控制所述热电元件的热负载是可能的。因此，可以以稳健和可靠的方式，以及更独立于所述热负载变化来避免了过度的热负载，所述热负载变化归因于不同的燃料或归因于工作状况的变化。

在本实用新型的第一方面，提供一种热电发电器系统，包括：热电元件，该热电元件在所述系统使用期间能将所述元件的第一有源表面和所述元件的第二有源表面之间的温度差转化成电以从热能生成电功率；以及控制单元，该控制单元用于在使用期间控制所述元件生成的电功率以与施加于所述热电元件的当前功率需求相一致。所述控制单元包括用以让热电元件针对当前功率需求在两个可能的工作点之一下工作的装置，所述当前功率需求小于所述热电元件的功率的最大量，所述两个可能的工作点提供相同的功率，并且每个工作点确定电流和阻抗的组合，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点的最大电流。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，所述控制单元包括电流源用于以电流驱动所述热电元件，所述电流超过为了达到施加于所述热电元件的当前功率需求所需的最小电流。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，所述控制单元包括用于改变输出阻抗以获得所述工作点之一的阻抗的装置，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点中的最大的电流和最小的阻抗。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，包括用于测量所述第一有源表面的温度的温度传感器，其中所述控制单元可接收所述温度传感器的信号，其中可基于来自所述温度传感器的信号调整流经所述热电元件的电流。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，设置成通过具有下列部件以作为固态燃料炉使用：

包含燃烧燃料以在所述炉使用期间提供热能的燃烧室，

包括风扇的负载，所述风扇具有电机和叶轮，该电机和叶轮配置成迫使气体进入所述燃烧室，

其中所述第二有源表面设置成在所述炉的使用期间接收来自所述风扇的冷却气流，其中所述第一有源表面设置于所述第二有源表面和所述燃烧室之间。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，所述负载包括可充电电地。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，所述热电发电器系统便携。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，包括用于在所述燃烧室和所述第一有源表面之间导热的导热元件。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，所述控制单元被设置成：确定所需的所述热电发电器系统的电功率输出；以及通过控制所述电流至所述工作点之一的电流来最小化述工作温度，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点中的最大电流。

在上述热电发电器系统的一个实施方式中，所述发电器系统包括用于在所述热电发电器系统使用期间提供热能给所述热电元件的第一有源表面的热源。

附图说明

下面仅通过实施例的方式并针对附图描述本实用新型的优选实施方式，其中

图1显示了示出依据本实用新型实施方式的方法的框图；

图2示出了依据本实用新型实施方式的热电发电器系统的功能图；

图3示出了依据本实用新型又一实施方式的热电发电器系统的等效电路图；

图4显示了示出热电元件的热阻如何取决于流经所述热电元件电流的图；

图5显示了示出热电元件的热侧部和冷侧部的温度差的图，该温度差与热阻有关；

图6显示了示出两个不同工作点的图，所述两个不同的工作点均对依据本实用新型的热电发电器系统的实施方式提供1瓦功率；以及

图7显示了实验确认，该实验确认示出依据本实用新型实施方式的热电元件的第一侧部的温度降低。

具体实施方式

这些附图中相同编号的元件或者是等同元件或者执行相同功能。如果功能等同，之前已论述的元件在后面的附图中不一定予以论述。

图1显示了依据本实用新型的方法的实施方式。所述方法可实施为指令，所述指令用于通过控制单元的处理器执行。在步骤100中，所述热电发电器系统确定所需的电功率输出。这可通过所述控制单元实施。所需的电功率输出是所述热电元件输出的、向所述电负载提供电功率的电功率量。所需电功率输出还可称为预定的电功率输出。举例而言，使用所述热电发电器系统对电池充电，该电池用于驱动控制木料燃烧器或木料炉中氧气的风扇，当所述电池充满电时，电功率量降低。因此在这种情形中，所述热电发电器系统可具有一些不同的状态。例如，当所述电池充电时，最优化所述电功率。然而当所述电池充满电时，减少所述电功率的输出。在步骤102中，通过控制流经所述热电元件的电流，例如通过调整包括珀尔帖(Peltier)的电有源材料的电路的阻抗，或通过使用附加的电流供应调整珀尔帖上的电压，最小化所述热电元件的热接收表面的平均工作温度。所述热接收表面是接收来自所述加热器的热量的表面。来自所述加热器的热量通过导热传递、辐射热传递和/或对流热传递可传导至所述热接收表面。

图2显示了依据本实用新型实施方式的热电发电器系统的实施方式。所述热电发电器系统包括控制单元202。控制单元202适于调节流经热电元件204的电流。热电元件204具有热接收表面212和冷却表面214。热接收表面212与导热元件206接触。导热元件206还与加热器208接触。冷却表面214与冷却器210接触。如箭头标记216所示的热量流从加热器208流过导热元件206和热电元件204流至冷却器210，冷却器210诸如暴露于由风扇产生的冷却气流的部件。还示出了与热电元件204的热接收表面212接触的温度传感器218。在热电元件204和控制单元202之间有电连接222。在该图中还示出了在电连接222上的输出端子204。热电元件204的输出阻抗可以是输出端子234之间的输出阻抗。在这个实施方式中示出了处理器226。该处理器可以是计算机、嵌入系统、微控制器或适于执行机器可读指令的处理器。还有适于存储计算机程序的存储器228，处理器226可读取存储器的内容。包括机器可读指令的计算机程序230存储于存储器228中。当处理器228执行程序230时，控制单元202实施依据本实用新型方法的实施方式。示出了连接至控制单元202的电负载232。

基于输送至负载232的电功率，控制单元202调节由热电元件204生成的电流。计算机程序230可具有用于使用反馈系统适合地调整流经热电元件204的电流的算法。备选地，计算机程序230还可包含用于运行热电发电器系统的查找表。控制单元202无需由处理器226控制。备选地，可构建模拟电路，该模拟电路可用以调节流经热电元件204的电流。

图3显示了电路的实施例，该电路可用以示出依据本实用新型的热电发电器系统的实施方式的运行。还有电学地代表热电元件204的戴维宁等效电路。电阻232代表电负载，例如上述提供冷却气体的风扇。上述电负载连接至控制单元202。输出端子234位于等效电路204和控制单元202之间的连接处。输出端子234是代表所述热电元件的等效电路204的输出。在输出端子234之间可以测量代表所述热电元件的等效电路204的输出阻抗。在这个实施例中，等效电路204的输出阻抗是电阻235。

在这个实施例中，脉冲发生器300具有由处理器226控制的占空比。脉冲发生器300的占空比控制控制单元202的输出电压。如果输出电压低于最大值，总有输出电压和电流相同的两个占空比。在两个占空比值中的较高值时，流经珀尔帖或热电元件204的电流将是最大的。珀尔帖是一种热电元件。在本文中，除非另有注释，对珀尔帖的评述可应用于其他种类的热电元件。当流经热电元件204的电流是最大的时，端子234的输出阻抗是其最小值。

图4示出了类型TEP1-12235-2.0H的珀尔帖的热阻是如何取决于流经该珀尔帖的电流。x轴400是时间，并以秒为单位来显示。热阻是y轴，并被标记为402。显示了两个单独的实验。第一个实验显示在标记为404的曲线部分，其中50瓦通过所述热电元件。第二个实验显示在标记为406的曲线部分，其中100瓦通过所述热电元件。这两个实验的每一个细分为多个时间段。第一时间段408是热电元件是断开电路或具有无限大负载的时间。第二时间段410是当所述珀尔帖或热电元件短路的时间。此时所述珀尔帖之上没有负载。

此处可见，当所述珀尔帖或热电元件断开或具有跨接的无限大负载时，所述热阻是最大的。通过降低负载阻抗或使所述珀尔帖短路，所述热阻降低。热阻此处还可被称为热阻抗(heat resistance)。如果加热池和冷却池保持在相同的温度，这将导致增加的热流。如果传导元件位于所述热电元件的第一侧部或热侧部与热源之间，所述珀尔帖的热侧部或第一侧部的温度将降低。这个附图示出了热电元件(或珀尔帖)的热阻如何取决于流过所述热电元件(或珀尔帖)的电流。

将外部电阻从开路连接变至短接(无限大电阻至0电阻)。随后应用最佳负载：所述珀尔帖的外部电阻或负载Rext等于所述珀尔帖的内电阻Rint。依据这种测量，得出TEP1-122235-2.0H型珀尔帖的热阻接近一级估值：1.8-0.4*(Rint/(Rint+Rext))。

图5显示了对于珀尔帖单元中热阻变化的珀尔帖元件的热侧部和冷侧部的温度的示例。对于这个实验，使用线性模型对在Van DerSluis等人中揭示的烹饪炉建模。x轴500显示了所述珀尔帖的热阻，并以K/瓦为单位表示。Y轴是摄氏温度502。曲线504显示了所述珀尔帖元件的热侧部或第一侧部的温度。标记为506的曲线显示了珀尔帖元件的冷侧部或第二侧部的温度。直线508是对热侧部测量504的线性拟合。等式510显示这个线性拟合。这个附图说明通过控制热阻500可控制珀尔帖504的热侧部的温度。通过控制流经图4示出的珀尔帖的电流，可控制所述热阻。

当所述炉的电池充满电时，所述珀尔帖并不需要生成其最大量电功率。充电期间，所述负载是最佳的(外部电阻等于内部电阻)。当需要较低功率时，提高所述外部电阻使得较低电流流经所述系统并生成较低功率。这是一般使用所有电源的方式(例如电池：如果想要较低的功率，则提高负载电阻)。

本实用新型的实施方式可具有通过降低外部电阻来降低电功率、生成更大电流但是生成更低功率的有利方面。在这种情形中，更多功率消散在所述珀尔帖内部。

图6示出了如何具有由直线610和直线612指出的两个不同工作点609和611，所述两个工作点是在珀尔帖元件的热侧部或第一侧部的不同温度下均提供1瓦功率的工作点。直线610经过低温工作点609，而直线612经过高温工作点611。对于这个实施例而言，再次使用之前提及的线性模型。x轴600以欧姆为单位显示外部电阻Rext。所述外部电阻还可称为电负载。y轴602显示了以瓦特为单位的外部功率除以以安培为单位的电流。y轴还显示了摄氏温度604。标记为604的曲线显示了由所述烹饪炉的热电发电器系统提供的外部功率。标记为604的曲线具有钟形，因为对于低外部电阻而言，所述电能的较大部分消散于所述热电发电器内部。对于较大的外部电阻而言，大电阻限制了电流。这个降低的电流限制了向所述电负载的功率传递。

曲线606显示了流经所述珀尔帖元件的电流。曲线608显示了所述珀尔帖元件的热侧部温度或第一侧部温度。随着外部电阻增加，外部功率604增加，并随后再次降低。当所述外部电阻在其最小值时，电流606在其最大值，随后随着外部电阻增加，电流606降低。珀尔帖的热侧部或第一侧部温度随着外部电阻增加而增加。由于外部功率604增加并随后再次降低，外部功率为1瓦的地方有两点。这两处是标记为610和612的点。在610处，相比于612处，电流606较高，而温度608较低。图6示出了对于每单位电流相同的外部功率而言，具有在纵向直线610和612与曲线604交汇点的两个工作点609和612是可能的。这还示出所述珀尔帖的热侧部或第一侧部如何可在降低的温度下工作。在点610处工作的珀尔帖元件降低了所述珀尔帖的较热的第一侧部上的温度，并因此增加了所述珀尔帖元件的使用寿命。这降低了需要替换珀尔帖元件的可能性。

在高工作点的(模拟的)温度大约是268℃。在低工作点的温度大约是250℃。为了完整理解本实用新型，此处应提及的是，依据工作温度，所述寿命变化的相当急剧或快速。因此，这种差别对于所述珀尔帖的寿命可具有许多影响，因此期望的是让所述软件在低工作点处运行。

图7显示了使用方法实施方式的测量，该方法应用于在Van Der Sluis等人中描述的烹饪炉。在x轴700上以秒为单位显示了时间。使用纵向刻度702示出摄氏温度。使用另一纵向刻度704示出以安培为单位的电流。曲线712显示了所述珀尔帖元件的热侧部或第一侧部的温度。与曲线712相关的值由在附图左侧的温度刻度示出。曲线714显示了流经所述珀尔帖元件的电流。在标记为706的时间段期间，如图7可得出地，所述珀尔帖在大电流模式下工作，在该大电流模式下施加有约0.08安培的电流值。在时间段708期间，所述珀尔帖在小电流工作点(电流值为约0.015安培)下工作。当所述电流较大(时间段706)时，相比于时间段708，所述温度较低(210摄氏度)，在时间段708期间所述电流小而所述温度较高(234摄氏度)。因此，温度差约为24摄氏度。这个温度差由两条虚线示出。这示出了热电元件的热侧部或第一侧部的最大工作温度可如何降低。

尽管已示出本实用新型，并根据附图和前面的内容详细地描述了本实用新型，这种描述和示出应被认为是说明性的和示例性的而非限制性的。本实用新型不限于所公开的实施方式。

举例而言，在不存在便携性方面的实施方式中实施本实用新型是可能的，例如在固定放置并且不意于或不特定设计为便携的炉或研磨装置中。然而，由于紧凑性和能量效率，当应用于便携装置中时，热电技术可带来特别的优势。所述热电发电器系统包括热源也是可能的，所述热源诸如包括放射性同位素的放射性元素、燃机、排气管、太阳照明加热的表面、热辐射加热的表面、热气加热的表面或机械摩擦加热的表面。

依据对附图、公开内容和所附权利要求书的研究实施本实用新型的权利要求的本领域技术人员可理解和实现对所公开实施方式的其他变化。在权利要求书中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。单个处理器或其他单元可实现权利要求书中陈述的若干功能。仅在彼此不同的从属权利要求中陈述一些手段的事实并不表明不能使用这些手段的组合获利。权利要求书中任何附图标记不应解释为对权利要求范围的限制。

附图标记列表

200热电发电器系统

202控制单元

204热电发电器

206热传导元件

208加热器

210冷却器

212热接收表面

214冷却的表面

216热流流向

218温度传感器

220热电元件和控制单元之间的电连接

224温度传感器和控制单元之间的连接

226处理器

228存储器

230程序

232电负载

234输出端子

235电阻

300脉冲发生器

400时间

402珀尔帖的热阻

404通过珀尔帖的50瓦热量

406通过珀尔帖的100瓦热量

408跨接珀尔帖的无限大负载

410短接的珀尔帖

500热阻(K/W)

502摄氏温度

504珀尔帖温度的热侧部或第一侧部

506珀尔帖温度的冷侧部或第二侧部

508对数据线性拟合为直线504

510显示线性拟合的等式

600以欧姆为单位的外部电阻

602以瓦特为单位的外部功率除以以安培为单位的电流

603摄氏温度

604外部功率

606流经珀尔帖的电流

608珀尔帖的热侧部或第一侧部的温度

609低温工作点

610示出低温工作点的直线

611高温工作点

612示出高温工作点的直线

700以秒为单位的时间

702摄氏温度

704以安培为单位的电流

706大电流工作点

708小电流工作点

710温度差

712珀尔帖的热侧部或第一侧部的温度

714流经珀尔帖的电流

Claims

1.一种热电发电器系统，包括：

热电元件，该热电元件在所述系统使用期间能将所述元件的第一有源表面和所述元件的第二有源表面之间的温度差转化成电以从热能生成电功率；以及

控制单元(202)，该控制单元(202)用于在使用期间控制所述元件生成的电功率以与施加于所述热电元件的当前功率需求相一致，

其特征在于，所述控制单元(202)包括用以让热电元件针对当前功率需求在两个可能的工作点之一下工作的装置，所述当前功率需求小于所述热电元件的功率的最大量，所述两个可能的工作点提供相同的功率，并且每个工作点确定电流和阻抗的组合，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点的最大电流。

2.根据权利要求1所述的热电发电器系统，其特征在于，所述控制单元包括电流源用于以电流驱动所述热电元件，所述电流超过为了达到施加于所述热电元件的当前功率需求所需的最小电流。

3.根据权利要求1所述的热电发电器系统，其特征在于，所述控制单元包括用于改变输出阻抗以获得所述工作点之一的阻抗的装置，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点中的最大的电流和最小的阻抗。

4.根据权利要求1所述的热电发电器系统，其特征在于，包括用于测量所述第一有源表面的温度的温度传感器(218)，其中所述控制单元可接收所述温度传感器的信号，其中可基于来自所述温度传感器的信号调整流经所述热电元件的电流。

5.根据权利要求1所述的热电发电器系统，其特征在于，设置成通过具有下列部件以作为固态燃料炉使用：

包含燃烧燃料以在所述炉使用期间提供热能的燃烧室，

6.根据权利要求5所述的热电发电器系统，其特征在于，所述负载包括可充电电池。

7.根据权利要求5所述的热电发电器系统，其特征在于，所述热电发电器系统便携。

8.根据权利要求2所述的热电发电器系统，其特征在于，包括用于在所述燃烧室和所述第一有源表面之间导热的导热元件。

9.根据权利要求1所述的热电发电器系统，其特征在于，所述控制单元被设置成：

确定所需的所述热电发电器系统的电功率输出；以及

通过控制所述电流至所述工作点之一的电流来最小化所述工作温度，所述工作点之一具有所述两个可能的工作点中的最大电流。

10.根据权利要求1所述的热电发电器系统，其特征在于，所述发电器系统包括用于在所述热电发电器系统使用期间提供热能给所述热电元件的第一有源表面的热源。