JP2007305993A - 電圧を発生させるための方法および少なくとも1つの熱電モジュールの温度を調整するためのシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱電モジュールの動作条件がモニタリングされる。モニタリングされている動作条件が所望の範囲を超える時が特定される。モニタリングされている動作条件が所望の範囲を超えたと判定されると、動作条件を所望の範囲内に向けるために、温度状態に温度調整が加えられる。動作条件をモニタリングすることは、熱電モジュールのある表面付近の環境の動作温度、熱電モジュールの一部の表面温度、熱電モジュールの第1の表面と第2の表面との間の温度差、および熱電モジュールの出力電圧を測定することを含んでいてもよい。所望の範囲は、熱電モジュールが熱損傷を受けるレベルを下回る温度範囲、および熱電モジュールに所望の最小出力電圧を発生させることが可能な温度差を含む。
【選択図】図2
Description
この発明は、電力システムに関し、より具体的には、熱電モジュールを用いて電力を発生させることに関する。
「熱電効果」とは、熱電材料の対向する表面間の温度差が電圧に変換されることであり、またその逆でもある。熱電効果は、一例として「ペルティエ効果」または「ゼーベック効果」としての形態で知られており、携帯型の飲料クーラおよび自動車で使用される小型電気冷却システムで用いられる技術である。熱電モジュール全体に電圧を印加すると、熱電モジュールの半導体材料を通して電流が流れるようになる。電流が熱電モジュールを通って流れると、熱電モジュールは熱電モジュールの冷却側から熱をモジュールの反対側に引き出す。この冷却側は、固体冷却装置として機能する筐体と結合される。
費していることになるのである。この浪費されている、または余剰の熱を熱電モジュールで利用することができれば、使用されていない熱源から別の方法で電気エネルギを発生させることができる。あいにく、十分な温度差を保ったり、過剰な温度差を防止したりする上での問題点によって、または単純に温度差を調節できないことで、熱電モジュールを用いて発電する実用性および有効性が損なわれている。
この発明の実施例は、熱電モジュールの動作条件を望ましい範囲内に保つために、熱電モジュールに温度調整を加えることに向けられている。この発明の実施例は、有利に、熱電モジュールを高温から保護し、または熱電モジュールを所望の温度差内で維持することができる。
詳細な説明
この発明の実施例は、熱源に向けられた熱電モジュールの温度を調節することに関する。熱電モジュールの温度または熱電モジュール全体の温度差を調節することで、熱電モジュールの出力電圧を調節し、かつ、熱電モジュールを損傷しないよう保護することができる。
は温度差を低減し、熱電モジュールの損傷を軽減するようにしてもよい。さらに代替的に、主要な熱源からヒートシンクに伝達される熱を調節して、熱電モジュール200が受ける温度または温度差を低減し、熱電モジュールの損傷を軽減するようにしてもよい。
れらの熱源またはその他任意の熱源のいずれを用いてもよい。
ールに与えられる熱を減少させ、かつ、入力ヒートシンクまたは熱源に与えられる温度差を変化させることができる。制御部622は、入力ヒートシンクまたは熱源620に伝達される熱を減少させるために用いることのできるバルブまたは同様の制御装置を含んでいてもよい。
860は、熱電モジュール810によって生じる電圧880を、熱電モジュール810が受ける温度差を示すものとしてモニタリングしてもよい。
Claims (20)
- 少なくとも1つの熱電モジュールの少なくとも1つの動作状態をモニタリングするステップを含み、
前記熱電モジュールは熱源に向けられる第1の表面を有し、さらに
モニタリングされている前記動作状態が所望の範囲を超える時を特定するステップと、
モニタリングされている前記動作状態が所望の範囲を超えていると判定されると、前記動作状態を前記所望の範囲内に向けるために温度調整を加えるステップとを含む、方法。 - 前記動作状態をモニタリングするステップは、
前記熱電モジュールの前記第1の表面および前記第1の表面に対向している第2の表面のうちの少なくとも一方に隣接する環境の動作温度を測定するステップと、
前記熱電モジュールの一部の表面温度を測定するステップと、
前記第1の表面と前記第2の表面との間の温度差を測定するステップと、
前記熱電モジュールの出力電圧を測定するステップとのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記所望の範囲は、
前記熱電モジュールが熱損傷を受けるレベルを下回る温度範囲と、
前記熱電モジュールに所望の最小出力電圧を発生させることが可能な温度差とのうちの少なくとも一方を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記温度調整を加えるステップは、
前記熱電モジュールに隣接する環境に冷却流体を向けるステップと、
前記熱電モジュールの前記第1の表面および前記第2の表面のうちの少なくとも一方にヒートシンクを直接与え、かつ、前記ヒートシンクに前記冷却流体を向けるステップとのうちの少なくとも一方を含み、
前記冷却流体は、ガスおよび液体のうちの少なくとも一方を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記冷却流体は、
周囲の冷却源から前記冷却流体を引き出すステップと、
周囲の冷却源および制御可能な冷却源のうちの一方と熱エネルギを交換する冷却ループを用いて前記冷却流体を循環させるステップとのうちの少なくとも一方によって供給される、請求項4に記載の方法。 - 前記冷却ループは、前記熱電モジュールによって発生した出力電圧の一部から動力を得る羽根車によって循環される、請求項5に記載の方法。
- 前記熱源は、主要な熱源から熱を伝達するヒートシンクを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記熱電モジュールの前記第1の表面に与えられる温度を制御するために、前記主要な熱源から前記ヒートシンクに伝達される熱を調節するステップをさらに含む、請求項7に記載の方法。
- 電圧を発生させるための方法であって、
熱電モジュールの第1の表面を熱源にさらすステップを含み、前記熱源は、伝達される熱が選択的に制御可能である第1のヒートシンクを含み、さらに
第2のヒートシンクを、前記第1の表面に対向する第2の表面に配置するステップと、
制御可能な冷却源をヒートシンクに結合するステップと、
少なくとも1つの熱電モジュールの少なくとも1つの動作状態をモニタリングするステップと、
モニタリングされている前記動作状態が所望の範囲を超える時を特定するステップと、
モニタリングされている前記動作状態が前記所望の範囲を超えたと判定されると、前記動作状態を前記所望の範囲内に向けるために、前記第1のヒートシンクおよび前記第2のヒートシンクのうちの少なくとも一方に温度調整を加えるステップとを含む、方法。 - 前記動作状態をモニタリングするステップは、
前記熱電モジュールの前記第1の表面および前記第2の表面のうちの少なくとも一方付近の環境の動作温度を測定するステップと、
前記熱電モジュールの一部の表面温度を測定するステップと、
前記第1の表面と前記第2の表面との間の温度差を測定するステップと、
前記熱電モジュールの出力電圧を測定するステップとのうちの少なくとも1つを含む、請求項9に記載の方法。 - 前記所望の範囲は、
前記熱電モジュールが熱損傷を受けるレベルを下回る温度範囲と、
前記熱電モジュールに所望の最小出力電圧を発生させることが可能な温度差とのうちの少なくとも一方を含む、請求項10に記載の方法。 - 前記温度調整を加えるステップは、
前記熱電モジュール付近の環境に冷却流体を向けるステップと、
前記冷却流体を前記第1のヒートシンクおよび前記第2のヒートシンクのうちの少なくとも一方に向けるステップとのうちの少なくとも一方を含み、
前記冷却流体は、
ガスと、
液体とのうちの少なくとも一方を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記冷却流体は、
周囲の冷却源から前記冷却流体を引き出すステップと、
周囲の冷却源および制御可能な冷却のうちの一方と熱エネルギを交換する冷却ループを用いて前記冷却流体を循環させるステップとのうちの少なくとも一方によって供給される、請求項12に記載の方法。 - 前記冷却ループはさらに、前記電圧を受けるための導体と結合された電動羽根車を含み、前記電圧の一部は、前記羽根車を駆動して冷却流体を前記冷却ループの中を循環させるために用いられる、請求項13に記載の方法。
- 前記熱源は、主要な熱源から熱を伝達するヒートシンクを含む、請求項9に記載の方法。
- 前記熱電モジュールの前記第1の表面に与えられる温度を制御するために、前記主要な熱源から前記ヒートシンクに伝達される熱を調節するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記熱源は、
廃熱源と、
天然熱源とのうちの少なくとも一方を含み、
前記廃熱源は、
エンジン排気管と、
エンジン冷却システムと、
工業排気管と、
工業冷却システムとのうちの少なくとも1つを含み、
前記天然熱源は、
地熱源と、
放射熱源とのうちの少なくとも一方を含む、請求項9に記載の方法。 - 熱源に与えられるように構成された第1の表面を有する少なくとも1つの熱電モジュールの温度を調整するためのシステムであって、
前記熱電モジュールの第2の表面に与えられるように構成された二次ヒートシンクを含み、前記二次ヒートシンクは、熱源に配置されるように構成された前記第1の表面に対向しており、さらに
前記ヒートシンクに結合され、かつ、前記熱電モジュールの前記第2の表面の動作温度を引き下げるように構成された冷却システムと、
前記熱電モジュールの動作温度をモニタリングするように構成されたモニタリング装置と、
前記冷却システムおよび前記モニタリング装置と通信する制御ユニットとを含み、前記制御ユニットは、モニタリングされている前記動作状態が所望の範囲を超える時を特定するように構成されており、かつ、モニタリングされている前記動作状態が前記所望の範囲を超えたと判定すると、前記冷却システムに、前記動作状態を所望の範囲内に向けさせる、システム。 - 主要な熱源からの熱を前記熱電モジュールの前記第1の表面に伝達するように構成された一次ヒートシンクをさらに含み、前記制御ユニットはさらに、モニタリングされている前記動作状態が前記所望の範囲を超えたとき、前記主要な熱源から前記一次ヒートシンクに伝達される熱を調節するように構成されている、請求項19に記載のシステム。
- 前記動作状態は、
前記熱電モジュールの前記第2の表面付近の環境の動作温度と、
前記熱電モジュールの前記第1の表面付近の環境の動作温度と、
前記熱電モジュールの一部の表面温度と、
前記第1の表面と前記第2の表面との間の温度差と、
前記熱電モジュールの出力電圧とのうちの少なくとも1つを含む、請求項19に記載のシステム。
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