JP2011524152A - 電力を生成するデバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

電力を生成するモバイルデバイスは、燃焼室及びヒート・シンクを備えることができる。ＴＥＣモジュールは燃焼室とヒート・シンクと熱的に連通して、熱エネルギーを燃焼室からヒート・シンクへ伝播する。ＴＥＣモジュール全体の熱流束により電力が生成される。モバイルデバイスはまた、燃焼室に燃料を送る燃料送達システムを備えることもできる。燃料送達システムによる燃焼室への燃料の送達を少なくとも監視及び制御し、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配を制御して、熱から電気へのエネルギー変換デバイスによって作られる電力を制御するために、制御システムを備えることができる。

Description

本発明は、電力を生成するデバイス及びシステムに関し、さらに具体的には制御装置を含む、熱から電気へのエネルギー変換デバイスを使用して電力を生成するモバイルデバイス及び方法に関するものである。

現在、電子デバイスへの電力供給に使用する電力を生成するには多数の方法がある。最も一般的なのは、電池供給による直流電流又は交流電流の使用である。電池によって供給される電力は限られており、再充電が必要である。再充電には電力供給へのアクセスが必要となる。その上、電力の要求が増加するにつれて電池がさらに重くなり、それにより電池から供給される電力が重くなる可能性がある。例えば、より高い出力を有する電池は通常、より低い出力を有する電池よりも重い。使われる材料によってはある電池は他の電池よりも軽いものがあるが、電力の要求が増加するにつれ、重量と大きさが比較的増加する。

ある場合には、携帯電話又は携帯端末等の個人用電子デバイスへの電力供給に使用する連続的な電力供給が必要である。具体的には、主に軍人及び救助隊員によって、遠隔地点から使用される電子デバイスへの電力供給に使用される電力供給装置が必要である。現在では、携帯用電力システムでは、長期間の間十分な電力が得られない。したがって、追加の電力供給装置をバックアップ電力供給装置として、又は電気へのアクセスが要求される再充電システムを持ち運ぶ必要がある。

したがって、可動性の、軽量でコンパクト、持続可能な電力供給装置が必要である。

本発明の一実施形態によれば、電力を生成するモバイルデバイスは、燃焼室及びヒート・シンクを含むことができる。熱から電気への変換（ＴＥＣ）モジュールは、燃焼室とヒート・シンクと熱的連通して、熱エネルギーを燃焼室からヒート・シンクへ伝播する。ＴＥＣモジュール全体の熱流束により、電力が生成される。モバイルデバイスはまた、燃焼室に燃料を送る燃料送達システムを備えることもできる。燃料送達システムによる燃焼室への燃料の送達を少なくとも監視及び制御し、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配を制御して、熱から電気へのエネルギー変換デバイスによって作られる電力を制御するために、制御システムを備えることができる。

本発明の別の実施形態によれば、電力を生成するモバイルデバイスは燃焼室を含むことができる。本デバイスはまた、燃焼室の一側面と第１冷板と熱的に連通している第１熱板を含むこともできる。第１ＴＥＣモジュールは、第１熱板と第１冷板との間に配置され、第１熱板と第１冷板と熱的に連通して、熱エネルギーを第１熱板から第１冷板まで伝播する。第１ＴＥＣモジュール全体の熱流束により、電力が生成される。本デバイスはまた、燃焼室の別の側面と第２冷板と熱的に連通している第２熱板を含むこともできる。第２ＴＥＣモジュールは、第２熱板と第２冷板との間に配置され、第２熱板と第２冷板と熱的に連通して、熱エネルギーを第２熱板から第２冷板まで伝播する。第２ＴＥＣモジュール全体の熱流束によってまた、電力が生成される。本デバイスはまた、マグネシウム線を燃焼室に送るための、マグネシウムワイヤ燃料供給装置及びマグネシウムワイヤ供給システムを含むこともできる。制御システムは、ＴＥＣモジュール全体においてほぼ一定の温度勾配を維持して、ほぼ均一の出力を提供することができる。

本発明の別の実施形態によれば、電力を生成するためのモバイルデバイスは、バードネスト燃焼室を含むことができる。本デバイスはまた、バードネスト燃焼室及び冷板に熱的に連結された熱板も含むことができる。複数のＴＥＣモジュールをそれぞれ熱板と冷板との間に配置して、熱板と冷板と熱的に連通させて熱エネルギーを熱板から冷板へ伝播して電気エネルギーを発生させることができる。バードネスト燃焼室と熱板は、各ＴＥＣモジュールへの熱エネルギーのほぼ均一な配置のための構造を含むことができる。

本発明の別の実施形態によれば、可動性の電動装置は、所定の機能を行うための電気回路を含む。本装置はまた、電気回路を操作するために、電力を生成してモバイル装置に供給するためのモバイルデバイスを含むこともできる。モバイルデバイスは燃焼室とヒート・シンクを含むことができる。ＴＥＣモジュールは燃焼室とヒート・シンクと熱的に連通して、熱エネルギーを燃焼室からヒート・シンクへ伝播する。ＴＥＣモジュール全体の熱流束により、電力が生成される。デバイスはまた、燃焼室に燃料を送る燃料送達システムを備えることもできる。制御システムは、燃料送達システムによる燃焼室への燃料の送達を監視及び制御することができる。制御システムはまた、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配を制御して、熱から電気へのエネルギー変換デバイスによって作られる電力を制御することもできる。

本発明の別の実施形態によれば、電力を生成する方法はＴＥＣモジュール全体に熱流速を引き起こすことによって電力を生成することを含むことができる。本方法はまた、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配を制御して、ほぼ均一の出力を得ることを含むこともできる。温度勾配の制御には下記の少なくとも１つを含むことができる：電力を生成するデバイスの燃焼室への燃料の送り速度を制御する、及びＴＥＣモジュールに熱的に連結されたヒート・シンク全体の冷却用空気の流れを制御する。

本発明の他の態様及び特徴は、請求項によってのみ定義されたように、添付の図面とともに下記の非限定的な本発明の詳細説明を見直すときに、当業者に明らかとなる。

図１は本発明の別の実施形態による制御装置又はシステムを含む、電力を生成する実例となるデバイスの概略ブロック図である。 図２は本発明の一実施形態による電力及び制御システムの概略ブロック図である。 図３Ａは本発明の一実施形態による電力を生成するモバイルデバイスの実施例の側面立面図である。 図３Ｂは線３Ｂ−３Ｂに沿って切り取られた、図３Ａのモバイルデバイスの断面図である。 図４は本発明の一実施形態による、ワイヤ燃料供給システムによって送られている燃焼室のイグナイターの実施例の概略図である。 図５は本発明の別の実施形態による、ワイヤ燃料供給システムによって送られている燃焼室のイグナイターの実施例の概略図である。 図６Ａは本発明の別の実施形態による、電力を生成するデバイスの実施例の側面立面図である。 図６Ｂは燃焼室と関連デバイスの要素を示す図７Ｂの電力を生成するデバイスの上面立面図である。 図７Ａは本発明の別の実施形態による、電力を生成するデバイスの実施例の側面立面図である。 図７Ｂは燃焼室とデバイスの関連要素を示す図７Ａの電力を生成するデバイスの上面立面図である。 図７Ｃは浮上した冷却ファンを示す図７Ａの電力を生成するデバイスの上面立面図である。 図８は本発明の別の実施形態による、電力を生成するデバイスの実施例の側面立面図である。 図９は本発明の追加の実施形態による、電力を生成するデバイスの実施例の側面立面図である。 図１０は本発明のさらなる実施形態による、電力を生成するデバイスの実施例の側面立面図である。 図１１は本発明のさらなる実施形態による、電力を生成するデバイスの実施例の斜視図である。 図１２は本発明の一実施形態による、熱電スタックを示す図１１のデバイスの一部の断面図である。 図１３は本発明の一実施形態による、電力を生成するデバイスを備えた電動装置の実施例のブロック図である。

下記の実施形態の詳細説明は、本発明の特定の実施形態を示す添付の図面を参照する。異なる構造及び操作を有する他の実施形態は、本発明の範囲から逸脱するものではない。

図１は、本発明の一実施形態による、電力を生成するデバイス１００の実施例のブロック図である。本明細書に記載されているように、本発明の異なる実施形態は可動性で、他の動力源が利用できない遠隔地域において、電子装置に電力供給するために職員が持ち歩くことができるものであってよい。デバイス１００は、２つの同心パイプ又はチューブ１０４及び１０６を含む熱交換器１０２を含むことができる。２つの同心パイプのうちの内側のパイプ１０４は、燃焼室１０８を形成又は画定することができる。２つの同心パイプは、金属材料、セラミック又は他の高耐熱材料等の高耐熱材料からできていてよい。第１の熱から電気への変換（ＴＥＣ）モジュール１１０又は直接熱−電気変換（ＤＴＥＣ）モジュール又は複数のモジュールを燃焼室１０８の一側面上に位置づけ又は配置することができ、第２ＴＥＣモジュール１１２又は複数のモジュールを、燃焼室１０８の別の側面又は反対の側面に配置することができる。ＴＥＣ又はＤＴＥＣモジュールはそれぞれ、ユタ州ソルトレイクシティのＥＮＥＣＯ社によって製造された熱半導体チップ等の熱半導体チップであってよい。ＴＥＣモジュール１１０及び１１２は各々、燃焼室１０８に熱的に連結又は熱的に連通して、燃焼室１０８から熱エネルギーを受ける。熱板１１４を、燃焼室１０８と各ＴＥＣモジュール１１０及び１１２の間に配置して、熱を燃焼室１０８から各ＴＥＣモジュール１１０及び１１２にほぼ均等に分配することができる。

第１ヒート・シンク１１６は第１ＴＥＣモジュール１１０に配置することができ、第２ヒート・シンク１１８は、第２ＴＥＣモジュール１１２に配置することができる。第１及び第２ヒート・シンク１１６及び１１８はそれぞれ、空気冷却フィン型ヒート・シンクであってよい。本発明の一実施形態によると、冷板１２０は、各モジュール１１０及び１１２からそれぞれ関連のヒート・シンク１１６及び１１８まで熱を効率的に伝播するために、熱から電気への変換モジュール１１０及び１１２各々の間に配置することができる。第１ヒート・シンク１１６は第１ＴＥＣモジュール１１０と熱的に連結している、又は熱的に連通しており、第２ヒート・シンク１１８は第２ＴＥＣモジュール１１２と熱的に連結している、又は熱的に連通している。したがって、熱エネルギーは燃焼室１０８から各ヒート・シンク１１６及び１１８まで、第１及び第２ＴＥＣモジュール１１０及び１１２を介して効率的に伝播され、これにより、各ＴＥＣモジュール１１０及び１１２全体で温度格差（△Ｔ）、熱勾配又は熱流速を引き起こす。温度格差、熱勾配又は熱流速により、各ＴＥＣモジュール１１０及び１１２によって電力が生成される。

絶縁材料の層１２１を、燃焼室１０８と各ヒート・シンク１１６及び１１８の間に配置することができる。絶縁材料１２１の層１２１は各ＴＥＣモジュール１１０及び１１２の端部を絶縁して、デバイス１００の可能な他の全ての経路を介して寄生損失に終わる代わりに、ＴＥＣモジュール１１０及び１１２を介して熱エネルギーの流れを分離することができる。

デバイス１００はまた、燃焼室１０８に燃料１２３を制御可能に送るために、燃料送達システム１２２も含むことができる。本明細書により詳しく記載されているように、燃料が燃焼室１０８へ送られる速度を調節して、ＴＥＣモジュール１１０及び１１２全体の熱勾配又は熱流速を制御し、デバイス１００によって生じた電力を制御することができる。燃料送達システム１２２は、制御された速度で燃焼室１０８にマグネシウムワイヤ燃料１２３を送るために、摩擦ワイヤ供給システムを含むことができる。燃料送達システム１２２は、下に記載するように制御装置１２４によって制御可能である。

電力を生成するデバイス１００はまた、各ヒート・シンク１１６及び１１８に対して空気ブロワー１２６、又は冷却ファン、又は空気ブロワー１２６又は冷却ファンを含むこともできる。各空気ブロワー１２６はそれぞれ、ヒート・シンク１１６及び１１８の空気冷却フィン上に冷却用空気を吹き付けることができる。空気ブロワー１２６を制御して、ヒート・シンク１１６及び１１８の空気冷却フィン上の冷却用空気の流れを調節することにより、ＴＥＣモジュール１１０及び１１２全体の熱勾配又は熱流束をさらに制御して、デバイス１００によって生じる電力を制御する、又はほぼ一定の又は均一な出力を得ることができる。本明細書にさらに詳しく記載されるように、制御装置１２４はまた、熱管理システムを監視し、また制御することもできる。熱管理システムは、各ブロワー１２６の操作を制御することができる。熱板１１４及び冷板１２０のそれぞれの温度を検出する熱電対は、空気ブロワー１２６を制御するために、制御装置１２４にデータを提供することができる。ブロワー１２６の速度を調節する、又はブロワーをオンにしたりオフにしたりしてＴＥＣモジュール１１０及び１１２全体の温度勾配、又は接続された対の熱板１１４と冷板１２０の温度差（△Ｔ）を制御することができる。

デバイス１００はまた、一又は複数の直流／直流（ＤＣ−ＤＣ）コンバータ１２８及び１３０を含むこともできる。例えば、あるＤＣ−ＤＣコンバータ１２８は、デバイス１００を備えた荷重負荷又は装置に電力を供給することができる。別のＤＣ−ＤＣコンバータ１３０は、空気ブロワー１２６、燃料送達システム１２２及び制御装置１２４に電力を供給することができる。デバイス１００を備えることができる荷重負荷又は装置の実施例は、全てのモバイル電気デバイス、モバイル通信デバイス、モバイル計算デバイスなどを含むことができる。本明細書にさらに詳しく記載されているように、本発明の異なる実施形態はコンパクトで軽量になるように設計されており、これにより例えば電池等の他のより重く寿命の短い電力供給装置に比べて、長期間現場で使用するために職員が簡単に持ち運びができる。

本発明の一実施形態によれば、熱交換器１０２は、燃焼室１０８に外気をダクトに通して送り、燃焼によって生じた高温ガスを排気するための構造を含むことができる。前述したように、熱交換器１０２は２本の同心パイプ又はチューブ１０４及び１０６構造を含むことができる。この構造は、燃焼室からの高温の廃棄ガスを使用して燃焼室に進入する供給冷気を温めて燃焼効率を上げる、そしてまた、供給冷気を利用して高温の排気ガスを放出される前に冷すように構成することができる。冷された排気ガスは外気に放出される前に、高性能（ＨＥＰＡ）フィルター１３２にかけることができる。

燃焼室１０８は、燃焼室１０８の燃料１２３に点火して熱を発生させるイグナイター１３４を含むことができる。イグナイター１３４に使用可能なイグナイターの実施例は、図４及び５を参照してさらに詳しく説明される。イグナイター１３４は、電池１３６を備えることができる。電池１３６は、二極単投（ＤＰＳＴ）スイッチ１３８によってイグナイター１３４に接続可能である。時間遅延及び過渡サプレッサ回路１４０をスイッチ１３８の片側とイグナイター１３４の間に接続して、デバイス１００の開始時に時間遅延を発生させてイグナイター１３４を破損させ得る全ての過渡状態を抑制することができる。

図２は本発明の一実施形態による、電力及び制御システム２００の実施例の概略ブロック図である。電力及び制御システム２００を図１のデバイス１００とともに使用して、デバイス１００の操作を監視及び制御することができる。システム２００は制御装置２０２を含むことができる。制御装置２０２は、図１の制御装置１２４と同じであってよい。制御装置２０２は、標準的なマイクロコントローラー、又は同様のプログラム可能な電子制御装置であってよい。制御装置２０２は、全てのシステム又はデバイス１００等のモバイル電力生成デバイスの機能管理を行うことができる。制御装置２０２は、燃料送達システム２０４または燃料調節器、熱管理システム２０６、燃焼性能、電力生成及び送達と同時に、例えば本明細書に記載された本発明の実施形態等のモバイル電力生成デバイスの効率的な操作に関連する他の機能を監視及び制御するようにプログラミングすることができる。燃料送達システム２０４は、図１の燃料送達システム１２２、及び図４及び５を参照して記載されるそれらのシステムと同様のものであってよい。

複数のＴＥＣモジュールが図２に示されている。ＴＥＣモジュール２０８は、図１のＴＥＣモジュール１１０及び１１２と同じであってよい。各ＴＥＣモジュール２０８は、低損失コンダクタ２１０を介して高効率チョッパー変換機部２１２又は同期整流器の入力に接続可能である。各チョッパー交換機部２１２は、対応ゲート駆動回路（図示せず）によって駆動される高電力、低損失ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）デバイス（図２に図示せず）を利用することができる。ＭＯＳＦＥＴの出力は、ＴＥＣモジュール２０８によって生じると予測される必要な電力レベルに対して選択される高効率トランス２１４に連結可能である。トランスへの連結によって、各ＴＥＣモジュール２０８からの出力をフルに利用し、全てのシステムコンポーネントを電気的に絶縁させることができる。各チョッパー変換機トランス２１４の出力は、整流損失を最小限に抑えるために、同期整流器の技術を利用してＤＣに変換されて戻る。電力生成デバイス１００を備えている特定の電気装置で要求される可能性のある所望の電圧レベルとなるように、各チョッパーコンバータ２１２のＤＣ出力は直列に接続される。コンバータシステムからの総出力電圧の電圧調整は、電圧標準と比較して高電圧出力点からフィルターし、この情報を使用して高電圧出力回路上のＭＯＳＦＥＴコントローラに適用されるパルス幅変調器を制御可能である。

ＴＥＣモジュール２０８は、２つのグループ２１６及び２１８に分けることができる。ＴＥＣモジュール２０８の第１グループ２１６は、より大きいグループであってよい。第１グループ２１６は、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ２２０を介して連結し、例えば電動装置又はデバイス等の単一の荷重負荷又は複数の荷重負荷に電力を供給することができる。ＴＥＣモジュール２１８の第２グループ２１８は、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ２２２を介して連結し、例えば図１のブロワー１２６等の空気ブロワー、燃料送達システム２０４又は燃料レギュレーター、及び制御装置２０２に電力を供給することができる。

装置２０２のある第１制御要素は、例えば図１の熱板１１４及び冷板１２０等の熱板及び冷板の間に望ましい△Ｔ範囲を維持するためのものである。所望の熱板の温度を送るには、適正量の燃料と空気の混合物が必要である。制御装置２０２は、各熱板及び冷板の温度を検出する熱電対２２４を通して、△Ｔ温度を監視する。制御装置２０２は、アクティブ制御を使用して△Ｔ温度を所望の値に調節することができ、アクティブ制御では、制御装置２０２が燃料の消耗量を読取り、対応する燃料と空気の比を再調整して、燃焼率及び発生する熱エネルギーを制御する。制御装置２０２はまた、ブロワー又は冷却ファンをオフ及びオンにする、又は望ましい△Ｔ範囲を維持するのに必要なファンの速度を制御することができる。発生する熱エネルギーの制御により、発生する電力が制御される。均一の又はほぼ一定の熱エネルギーの発生を維持することにより、均一な又はほぼ一定の電力出力が生成される。

図３Ａは、本発明の一実施形態による電力を生成するためのデバイス３００の一実施例の側面立面図である。図３Ｂは、線３Ｂ−３Ｂに沿って切り取った図３Ａの電力を生成するモバイルデバイス３００の断面図又は上面立面図である。デバイス３００は、コンパクトで軽量なモバイルデバイスであってよく、これにより、他の電力源が利用できない遠隔地域において装置に電力を供給するために職員が簡単に持ち運ぶことができる。デバイス３００は、第１ハウジング部３０２又は燃焼室及び熱交換器部及び第２ハウジング部３０４又は燃料システム及び制御装置ハウジング部を含むことができる。本発明の別の実施形態によれば、燃料送達システム３０６は第３ハウジング部（図３Ａ及び３Ｂに図示せず）に位置することができ、制御装置３０８及び燃料３１０は別々のハウジング又は第２ハウジング部３０４に位置することができる。したがって、燃料送達システムを含む第３ハウジング部（図示せず）は、燃焼室及び第２ハウジング部３０４を含む第１ハウジング部３０２の間に配置することができる。

図３Ａを参照すると、モバイルデバイス３００は燃焼室３１２を含む。デバイス３００は第１熱板３１４と第１冷板３１６を含むことができる。第１熱板３１４及び第１冷板は、例えば銅等の従来の金属材料、または例えばセラミック、亜硝酸アルミニウム等のより特殊な材料、又は効率的に熱を伝播できる同様の材料からできていてよい。第１熱板３１４は燃焼室３１２の片側に熱的に連通している。第１ＴＥＣモジュール３１８又はＴＥＣモジュール３１８の第１セットは、第１熱板３１４及び第１冷板３１４の間に配置される又は挟まれる。ＴＥＣモジュール３１８の第１セットは、第１熱板３１４及び第１冷板３１６と熱的に連結している又は熱的に連通して、熱エネルギーを第１熱板３１４から第１冷板３１６へ伝播する。前述したように、第１ＴＥＣモジュール３１８全体の熱流束又は温度勾配により、電力が生成される。

モバイルデバイス３００はまた、第２熱板３２０及び第２冷板３２２を含むこともできる。第２熱板３２０は燃焼室３１２の別の側に熱的に連結される又は熱的に連通している。第２熱板３２０は、第１熱板３１４に対して燃焼室３１２のほぼ反対側にあってよい。第２ＴＥＣモジュール３２４又はＴＥＣモジュール３２４の第２セットは、第２熱板３２０及び第２冷板３２２の間に配置されている又は挟まれている。ＴＥＣモジュール３２４の第２セットは、第２熱板３２０と第２冷板３２２に熱的に連結され又は熱的に連通して、熱エネルギーを第２熱板３２０から第２冷板３２２へ伝播する。同様に、ＴＥＣモジュール３２４の第２セット全体の熱流束又は温度勾配により、ＴＥＣモジュール３２４の第２セットから電力が生成される。ＴＥＣモジュール３２４の実施例は、ユタ州ソルトレイクシティのＥＮＥＣＯ社から入手可能な熱半導体チップ、または他のタイプの熱から電気への変換モジュールであってよい。

第１冷板３１６から伝播される熱を受けるために、第１ヒート・シンク３２６を第１冷板３１６に熱的に連結させることができる。第２ヒート・シンク３２８は、第２冷板３２２から伝播される熱を受けるために、第２冷板３２２に熱的に連結させることができる。ヒート・シンク３２６及び３２８はそれぞれ複数の空気冷却フィンを含むことができる。

絶縁材料の層３３０を各ヒート・シンク３２６及び３２８の間に延ばして燃焼室３１２、熱板３１４及び３２０、ＴＥＣモジュール３１８及び３２４、冷板３１６及び３２２の端部をカバーして、これらのコンポーネントの端部を絶縁することができる。絶縁材料の各層３３０により、熱エネルギーの流れが、寄生損失となる可能性のあるデバイス３００を通る他の全ての可能な経路ではなく、ＴＥＣモジュール３１８及び３２４のみを通るように実質的に分離される。

デバイス３００はまた、冷却ファン３３２又はブロワーを含むこともできる。ファン３３２は、第１ハウジング３０２の一方の端部に配置することができる。ファン３３２は図３Ａの矢印３３４で示されるように外の冷却用空気を給気口３３６に引き込むことができる。冷却用空気はファン３３２によってヒート・シンク３２６及び３２８の上を流れる又は上に引き込まれ、ヒート・シンク３２６及び３２８から熱を吸収する。ファン３３２は次に、矢印３３８で示されるように加熱された空気を排気口３４０から外へ送り出す。

供給燃料３１０は、マグネシウムワイヤ３４２燃料であってよい。マグネシウムワイヤ３４２はスプール３４４に巻かれていてよい。燃料送達システム３０６は、マグネシウムワイヤ３４２を燃焼室３１２に送るための、摩擦ベースのマグネシウムワイヤ供給システムであってよい。マグネシウムワイヤ供給システム３０６は、ホイール３４６及び３４８の間でマグネシウムワイヤを保持するために共にバイアスがかけられた一対のホイール３４６及び３４８を含むことができる。ホイール３４６及び３４８の一方あるいは両方は次に、電気モータ（図３Ａ及び３Ｂに図示せず）によって駆動されて、マグネシウムワイヤ燃料３４２を燃焼室３１２に送ることができる。電気モータは、図２に関して前述したのと同様に、ＴＥＣモジュール３１８及び３２４のいずれかによって生成された電気で駆動することができる。

制御システム３０８又はシステムは、図２を参照して説明した制御システム２００と同様のものであってよい。制御システム３０８は、ＴＥＣモジュール３１８及び３２２全体でほぼ一定の温度勾配を維持して、電力出力を制御する、又はほぼ均一な電力出力を提供することができる。対の熱板及冷板３１４〜３１６及び３２０〜３２２の間の温度勾配又は△Ｔは、燃焼室３１２に進入する燃料の燃料比を同時に制御し、ヒート・シンク３２６及び３２８を冷却するファン３３２を制御し、そして前述したのと同様の燃焼プロセスを監視することによって監視及び制御することができる。

デバイス３００はまた、一又は複数のバッテリ３５０を含むことができる。バッテリ３５０はイグナイター３５２に電力を供給して、マグネシウムワイヤ３４２に点火することができる。バッテリ３５０はまた、デバイス３００の他の全ての構成要素の必要に応じて任意の予備電力を提供することができる。

図４は、本発明の一実施形態による、ワイヤ燃料供給システム４０４によって供給されている燃焼室４０２のイグナイター４００の一実施例の概略図である。イグナイター４００を図１のイグナイター１３４、及び図３Ａ及び３Ｂのイグナイター３５０に使用することができる。燃焼室４０２は前述したのと同様である。燃焼室４０２の側面は、絶縁材料４０６の層で絶縁することができる。図示したワイヤ燃料供給システム４０４は、図３Ａ及び３Ｂを参照して説明したワイヤ供給システム３０６と同様のものであり、一対のホイール４０８及び４１０を含むことができる。ホイール４０８及び４１０両方のうちのいずれかを、電気モータ（図示せず）で駆動して、マグネシウムワイヤ燃料４１２を燃焼室４０２に送ることができる。

イグナイター４００は、ビーハイブカソード４１４を含むことができる。電力はイグナイター陽性及び陰性リードワイヤ４１６及び４１８によってビーハイブカソード４１４に接続され、スパークギャップ全体にスパークを発生させて、燃焼室４０２のワイヤ燃料４１２に点火する。イグナイターリードワイヤ４１６及び４１８は、セラミックビーズ４２０及びホウ酸塩ガラススリーブ４２２によって燃焼室４０２の高熱から保護することができる。

図５は、本発明の別の実施形態による、ワイヤ燃料供給システム５０４によって供給されている燃焼室５０２のイグナイター５００の一実施例の概略図である。イグナイター５００は図４に前述したのと同様の構造を有することができ、ワイヤ燃料供給システム５０４はまた、図５に関して説明したものと同じものであってよい。高温拡散板５０６は燃焼室５０２と熱的に連通していてよい。ＴＥＣモジュール５０８の一セットを、高温拡散板５０６と低温拡散板５１０の間に挟むことができる。前述したものと同様に、高温拡散板５０６と低温拡散板５１０の間の温度格差（△Ｔ）により、電気エネルギーを生成することができるＴＥＣモジュール５０８全体の熱流束が起きる。

図５に示す本発明の実施形態によれば、マグネシウムワイヤ燃料５１４の燃焼によってできたスラグが燃焼室５０２から落下することが可能になるように、スラグシュート５１２を位置づけすることができる。

図６Ａは、本発明の別の実施形態による電力を生成するためのモバイルデバイス６００の一実施例の側面立面図である。デバイス６００は、ほぼ円柱形のハウジング６０２を含むことができる。ハウジング６０２は、高耐熱及び断熱材料からできていてよい。例えば、ハウジング６０２は例えば鋼板等の従来の金属材料からできていてよい。デバイス６００は、ハウジング６０２のほぼ中央部分に位置する燃焼室６０４を含むことができる。燃焼室６０４は、例えば亜硝酸アルミニウム又は同様の材料等の高耐熱材料からできていてよい。燃焼室６０４はまた、ほぼ円柱形であってもよい。燃焼室６０４はマグネシウムワイヤ燃料６０８のスプール６０６の中央を通って延在することができる。前述したものと同様のマグネシウムワイヤ燃料送達システム（明確さのために図６Ａは図示せず）は、燃焼室６０４にマグネシウムワイヤ６０８を制御可能に送って、デバイス６００によって生じる電力レベルを制御することができる。

高温拡散板６１０は、燃焼室６０４と熱的に連通した状態で配置することができる。複数のＴＥＣモジュール６１２は、熱板６１０と低温拡散板６１４の間に挟むことができる。熱板６１０及び冷板６１４は、前述したものと同様の材料からできていてよい。図６Ｂをまた参照すると、図６Ｂは線６Ｂ−６Ｂに沿って切り取った図６Ａの電力を生成するモバイルデバイス６００の上面立面図及び断面図である。図６Ｂは、燃焼室６０４と、燃焼室６０４に対してほぼ均一に配置されたＴＥＣモジュール６１２を示す。電気ワイヤ６１６は、ＴＥＣモジュール６１２によって生成される電力を導通して、電気装置（図６Ａ及び６Ｂには図示せず）に電力供給をするために、ＴＥＣモジュール６１２に接続されている。

ヒート・シンク６１８は、低温拡散板６１４と熱的に連通している状態に配置することができる。ヒート・シンク６１８は、複数の冷却フィンを含むことができる。冷却フィン６２０は、外の冷却用空気を、ハウジング６０２に形成された多数の給気口６２２を介してハウジング６０２に引き込むことができる。給気口６２２は、ハウジング６０２の上部に形成することができる。ファン６２０により、冷却用空気がヒート・シンク６１８の冷却フィンを通って流れ、ヒート・シンク６１８から熱を吸収する。加熱された空気はその後、ハウジング６０２に形成された排気口６２４を通って放出されることができる。排気口６２４は、ハウジング６０２の下部に形成することができる。ファン６２０は、チップ−マグネチックファン、磁気浮上ファン、又は他の種類のファン又はブロワーであってよい。

バッテリ６２６は、ハウジング６０２の外側に取り付けることができる。バッテリ６２６は、イグナイターに電力を供給することができる（明確さのために図６Ａ及び６Ｂに図示せず）。イグナイターは、図４及び５を参照して説明したイグナイター４００及び５００と同様のものであってよい。

図７Ａは、本発明の別の実施形態による、電力を生成するモバイルデバイス７００の一実施例の側面立面図である。デバイス７００は、ほぼ円柱形のハウジング７０２を含むことができる。ハウジング７０２は、図６のハウジング６０２と同じ材料からできていてよい。バードネスト燃焼室７０４は、ハウジング７０２のほぼ中央部分に配置することができる。本明細書にさらに詳しく説明するように、バードネスト燃焼室７０４もまた、ほぼ円柱の形をしていると特徴付けることができる。排気筒７０６を燃焼室７０４の上部に接続して、燃焼室７０４から高熱の燃焼ガスを排出することができる。スラグシュート７０８を燃焼室７０４の下部に接続することができ、これにより、マグネシウムワイヤ燃料の燃焼によって形成されたスラグを燃焼室７０４から落下させて、ハウジング７０２の下部に集めることができる。ハウジング７０２の基部７１２から延びるデバイダー７１０は、スラグシュート７０８のすぐ下にスラグがたまって、場合によってはスラグシュート７０８をブロックし、燃焼室７０４に燃焼空気の侵入も可能になることを防止することができる。スラグシュート７０８及び排気筒７０６は、これらの間に配置された燃焼室７０４を有する、互いの延長部であってよい。

スラグシュート７０８は、燃料用のマグネシウムワイヤ７１６のスプール７１４の中央を通って延びていてよい。ワイヤ燃料送達システム７１８は、マグネシウムワイヤ７１６を前述したものと同様の制御された速度で燃焼室７０４に送って、燃焼室７０４内の燃焼と、モバイルデバイス７００によって生成された電力を制御することができる。ワイヤ燃料送達システム７１８は、前述した摩擦ベースのワイヤ供給システムと同様のものであってよい。前述したものと同様に、マグネシウムワイヤ７１６の送り速度は、図２を参照して説明したシステム２００と同様の熱管理システム及び制御装置によって調節することができる。

熱板７２０は、燃焼室７０４と熱的に連通するように、燃焼室７０４に熱的に連結される。複数のＴＥＣモジュール７２２は、熱板７２０と冷板７２４の間に挟まれる。図７Ｂも参照すると、図７Ｂは、図７Ａのモバイルデバイス７００の上面立面図であり、燃焼室７０４と、燃焼室７０４及び排気筒７０６周囲にほぼ均一に配置されている複数のＴＥＣモジュール７２２を示す。熱板７２０及び冷板７２４に形成されている開口部により、排気筒７０６が熱板７２０及び冷板７２４を通って延びることができる。図７Ｂはまた、ＴＥＣモジュール７２２によって生成された電力を導通させて外部の装置で使用するための電気配線７２６も示す。

ヒート・シンク７２８は、冷板７２４から熱を伝播するために、冷板７２４に熱的に連結させることができる。ヒート・シンク７２８は、ヒート・シンクから延びている複数の冷却フィンを含むことができる。

デバイス７００はまた、外の冷却用空気をヒート・シンク７２８の冷却フィンを通って流してデバイス７００から熱を除去するための冷却ファン７３０を含むこともできる。冷却ファン７３０は、大空隙（ＬＡＧ）電気リングモータを備えた浮上ファンであってよい。モータのアーマチャー（ステータ巻線）を熱チャンバの外側の低温の環境条件に置いて、電気効率とモータの信頼性を改善することができる。先端磁気ファン（ロータ）は、受動構造であり、極端な温度になる場合があるモバイルＴＥＣデバイス７００の内側に位置することができる。ＬＡＧファン７３０はＴＥＣモジュール７２２の出力から直接エネルギーを引き出すため、ファンロータを低温に維持することにより、効率が最適化される。浮上ファンにより、図７に示す本発明の実施形態の浮上ファン７３０よりも信頼性が薄くなる場合がある、潤滑剤を必要とするベアリングを含むであろう中央軸が除去される。

図７Ｃをまた参照すると、図７Ｃは図７Ａの電力を生成するモバイルデバイス７００の上面立面図であり、冷却用浮上ファン７３０を示す。ファン７３０は、ハウジング７０２に形成された給気口７３２を通してハウジング７０２に外気を引き込むことができる。ファン７３０は、外の冷却用空気をヒート・シンク７２８の冷却フィンを横切るように流す。空気はその後、ヒート・シンク７２８によって加熱され、ファン７３０によってハウジング７０２の下部に向かって流され、ここで加熱された空気はスラグシュート７０８を上に向かって流される。加熱された空気により、燃焼室７０４のマグネシウムワイヤ７１６の燃焼がさらに効率的になる。高熱の燃焼ガスはその後、排気筒７０６から排出される。排気筒７０６はＨＥＰＡフィルター７３４に接続可能である。ＨＥＰＡフィルター７３４は、高熱の排気ガスを、ガスが排気口７３６を通って外の空気に排出される前にフィルターにかける。

複数の戻り空気用開口部７３８をファンケーシング７４０とハウジング７０２の内壁の間に形成して、空気がヒート・シンク７２８を通って戻ることができるようにすることができる。

デバイス７００はまた、イグナイター（図７Ａに図示せず）、ＴＥＣモジュール７２２から電力を受けない可能性がある他の全ての構成要素に電力を提供するために、バッテリ７４２を含むこともできる。バッテリ７４２は、ハウジング７０２の外壁に取り付けることができる。

図８は、本発明の別の実施形態による、電力を生成するためのモバイルデバイス８００の一実施例の側面立面図である。デバイス８００は、ほぼ円筒形のハウジング８０２を含むことができる。ハウジング８０２は、図６のハウジング６０２に関して前に記載したものと同様の高耐熱及び断熱材料からできていてよい。デバイス６００は、ハウジング８０２のほぼ中央部分に位置づけされた燃焼室８０４を含むことができる。燃焼室は、燃焼室６０４に関して前述したのと同様の高耐熱材料からできていてよい。燃焼室８０４もまたほぼ円筒形であってよい。燃焼室８０４の燃料８０６は、デバイス８００外部の供給源から供給可能である。図８に示す本発明の実施形態では、例えばＪＰ−８（ジェット燃料配合８）一瓶又は他の燃料等のガスの外部供給源から燃焼室８０４に燃料が送られてもよい。燃焼室８０４に進入する燃料速度を制御して、前述したのと同様に、デバイス８００によって生成される電力を制御することもできる。

熱拡散板８１０は、燃焼室８０４と熱的に連通するように配置することができる。複数のＴＥＣモジュール８１２は、熱板８１０及び冷拡散板８１４の間に挟まれていてよい。ＴＥＣモジュール８１２は、図６Ｂ及び７Ｂを参照して前に図示し記載したのと同様に、燃焼室６０４に対してほぼ均一に配置することができる。

ヒート・シンク８１８は冷拡散板８１４と熱的に連通するように配置することができる。ヒート・シンク８１８は、複数の冷却フィンを含むことができる。冷却ファン８２０は、外の冷却用空気を、ハウジング８０２に形成された多数の給気口８２２を介してハウジング８０２に引き込むことができる。給気口８２２は、ハウジング８０２の上部に形成することができる。ファン８２０により、冷却用空気がヒート・シンク８１４の冷却フィンを通って流れ、ヒート・シンク８１４から熱を吸収する。加熱された空気はその後、ハウジング８０２に形成された排気口８２４を通って放出される。排気口８２４は、ハウジング８０２の下部に形成することができる。ファン８２０は、前述したものと同様の、チップ−マグネチックファン、又は磁気浮上ファンであってよい。

バッテリ８２６をハウジング８０２の外に取り付けることができる。バッテリ８２６は、イグナイター（明確化のために図８に図示せず）に電力を供給することができる。イグナイターは、図４及び５を参照して説明したイグナイター４００及び５００と同様のものであってよい。

図９は、本発明の追加の実施形態による、電力を生成するためのモバイルデバイス９００の一実施例の側面立面図である。デバイス９００は、宇宙探査目的のために電力をほぼ無制限に提供することが可能である。デバイス９００は、ハウジング９０２を含むことができる。ハウジング９０２はほぼ円筒形であってよく、前述したハウジングと同様のものであってよい。デバイス９００は熱板９０４及び冷板９０６を含むことができる。複数のＴＥＣモジュール９０８は、熱板９０４及び冷板９０６の間に挟むことができる。太陽エネルギー又は太陽からの光を、太陽集光器９１０によって熱板９０４上に集中させることができる。冷板９０６はヒート・シンク９１２に熱的に連結させることができる。したがって、ＴＥＣモジュール９０８全体に温度勾配が発生可能であり、これにより前述したものと同様にモジュールから電力が生成される。液体で充填されたラジエータブランケット９１４は、デバイス９００又はヒート・シンク９１２と惑星表面又は月面９１６の間に位置づけすることができる。液体で充填されたラジエータブランケット９１４は、惑星表面又は月面９１６のヒート・シンク９１２から熱を伝播することができる。デバイス９００はまた、プログラミング可能な制御装置（ＰＣＵ）９１８も含むことができる。ＰＣＵ９１８は、デバイス９００によってデバイス９００から電力供給されている全ての装置に供給される電力レベルを制御することができる。

図１０は本発明の更なる実施形態による、電力を生成するデバイス１０００の一実施例の側面立面図である。デバイス１０００はハウジング１００２を含むことができる。ハウジング１００２は、前述したのと同様の一又は複数の高耐熱及び断熱材料からできていてよい。燃焼室１００４はハウジング１００２内に配置可能である。燃焼室１００４は、前述したのと同様の高耐熱材料からできていてよい。デバイスの燃料は、燃焼室１００４に含まれる放射性燃料ペレット１００６であってよい。

デバイス１０００は第１熱板１００８と第１冷板１０１０を含むことができる。第１熱板１００８は、燃焼室１００４の片側と熱的に連通している。第１ＴＥＣモジュール又はＴＥＣモジュールの第１セット１０１２は第１熱板１０１０と第１冷板１０１０の間に配置されている又ははさまれている。ＴＥＣモジュール１０１２の第１セットは、前述したのと同様に第１熱板１００８及び第１冷板１０１０と熱的に連結されている又は熱的に連通しており、第１熱板１００８からの熱エネルギーを第１冷板１０１０へ伝播する。前述したように、第１ＴＥＣモジュール１０１２全体の熱流束又は温度勾配により、電力が生成される。

デバイス１０００はまた、第２熱板１０１４及び第２冷板１０１６を含むこともできる。第２熱板１０１４は、燃焼室１００４の別の側に熱的に連結されている又は熱的に連通している。第２熱板１０１４は、第１熱板１０１２に対して燃焼室１００４のほぼ反対側にあってよい。第２ＴＥＣモジュール又はＴＥＣモジュールの第２セット１０１８は、第２熱板１０１４及び第２冷板１０１６の間に配置されている又ははさまれている。ＴＥＣモジュールの第２セット１０１８は、前述したのと同様に第２熱板１０１４及び第２冷板１０１６と熱的に連結されている又は熱的に連通しており、第２熱板１０１４からの熱エネルギーを第２冷板１０１６へ伝播する。同様に、ＴＥＣモジュールの第２セット１０１８全体の熱流束又は温度勾配により、ＴＥＣモジュールの第２セット１０１８によって電力が生成される。

第１ヒート・シンク１０２０は第１冷板１０１０から伝播される熱を受けるために、第１冷板１０１０に熱的に連結させることができる。第２ヒート・シンク１０２２は、第２冷板１０１６から伝播される熱を受けるために、第２冷板１０１６に熱的に連結させることができる。ヒート・シンク１０２０及び１０２２はそれぞれ、複数の空気冷却フィンを含むことができる。

デバイス１０００はまた、冷却ファン１０２４を含むこともできる。ファン１０２４は第１ハウジング３０２の一端に配置することができる。ファン１０２４は前述したものと同様のチップ−マグネチックファン、又は何らかの他の種類のファンであってよい。ファン１０２４は、図１０の矢印１０２６で示すように、外の冷却用空気を引き込むことができる。冷却用空気１０２６は、ファン１０２４によってヒート・シンク１０２０及び１０２２の上を流れる又は上に引き込まれる。外の冷却用空気は、ヒート・シンク１０２０及び１０２２から熱を吸収する。ファン１０２４は次に矢印１０２８で示すように加熱された空気を排気口の外に出す。

図１１は本開示の一実施形態による、電力を生成するデバイス１０の斜視図である。デバイス１０は熱パイプスタック１２及び冷パイプスタック１４を含む。熱パイプスタック１２は熱源１３と熱的に連通している。熱源１３の実施例には、燃焼室、マグネシウムバーナー又はコンパクトで軽量な任意の熱源を含むことができる。熱源はまた、太陽熱利用の熱源を含むこともできる。冷パイプスタック１４は冷熱源１５と熱的に連通している。冷熱源１５の実施例には、大気に排出させる冷却ファン、ヒート・シンク、又は他のデバイスを含むことができる。冷熱源１５はまた、単なる空気又は大気にさらされる表面領域、あるいは外気への排出口であってもよい。例えば燃焼室等の熱を生成する他のデバイスを、マグネシウムバーナー１３の代わりに使用してもよいことに注目すべきである。また、冷却ファン１５を他の公知の手段に置き換えて、ある空間からの熱を除去することもできる。

また図１２を参照すると、図１２は本開示の一実施形態による図１１のデバイス１０の一部の断面図であり、熱電スタック２６を示す。熱電スタック２６は、一連の熱素子、例えば熱パイプ１６、冷パイプ１８、及び特定の順序の熱電発電器２０又は熱電板を含む。ある実施形態では、熱パイプ１６及び冷パイプ１８はナノパイプ、ナノチューブ、又は同様の熱素子であってよい。熱パイプ１６及び冷パイプ１８は例えば、銅、窒化アルミニウム等の伝熱性のあるどんな材料からできていてもよい。図１２に示すように、熱パイプ１６は熱源１３から少なくとも一方向に平行に外側に延びている。熱パイプ１６は熱源１３と熱的に連結され、これにより熱パイプ１６へ、及び熱パイプ１６を通して熱源からの効率的な熱の伝播が保証される。図１３に示すのと同様に、冷パイプ１８は熱パイプ１６と平行に、熱パイプ１６の反対方向に冷熱源１４から延び、これによりデバイスが組立てられたときに冷パイプと熱パイプは重なり合うことになる。冷パイプ１８は冷熱源１４に熱的に連結され、これにより冷熱源への及び冷熱源を通した冷パイプからの効率的な熱損失が保証され、熱パイプ１６に対して低い温度が維持される。

図１２に示すように、スタック２６の各熱パイプ１６及び冷パイプ１８の間に挟まれているのは熱電発電器２０である。各熱電発電器２０は高温側面２２及び低温側面２４を有する。高温側面２２は熱パイプ１６と熱的に接触する。低温側面２４は冷パイプ１８と熱的に接触する。熱電発電器２０は、構造物全体の熱の流れから電力を作る。ある種類の熱電発電器は、ＥＮＥＣＯ社製の固体熱電交換器である。温度勾配（熱源１２及び冷熱源１４の間の温度差）が増加すると、構造物全体の熱の流れが増すため、より大きい電力又は電気エネルギー量を生成することができる。最低でも、スタック２６は、熱電発電器２０が間に挟まれた、少なくとも一つの熱パイプ１６と少なくとも１つの冷パイプ１８を含む。さらに、高温側面２２と熱パイプ１６は、熱膨張係数の差が１０％を超えない材料からできていることが好ましい。同様に、低温側面２４と冷熱パイプは、熱膨張係数の差が１０％を超えない材料からできていることが好ましい。高温側面２２と低温側面２４、及び熱パイプ１６と冷熱パイプ１８の間の熱膨張係数が類似しているとき、（冷パイプと低温側面、及び熱パイプと高温側面の）表面の膨張及び収縮間の相互作用が同様の割合で起こり、熱の伝播がより効率的になるため、デバイス１０はより効率的に機能する。

熱パイプ１６、冷パイプ１８及び熱電発電器２０のスタック２６の配置により、デバイス１０が、既存のシステムによって現在提供されている電力又は電気エネルギーよりもより大きいレベルの電力又は電気エネルギーを生成しながらもコンパクトな形に構成することができる。さらに、図に示す本開示の実例となる実施形態のスタッキングの構成により、各熱電発電器２０全体のより大きい熱の流れが可能になり、各発電器２０及びデバイス１０の全体的な熱交換率が上がる。したがって、本開示の実例となる実施形態のデバイス１０により、デバイス１０のサイズ及び重量を減らすことを可能にしながら、より大きい電力又は電気エネルギー量を生成することが可能になる。

図１１に戻ると、冷パイプ１８と高熱パイプ１６の間に断熱材料２８が位置づけされる。断熱材料２８は、高熱パイプ１６からの熱の直接の冷パイプ１６への伝播を阻害する。断熱材料２８によりスタック２６の外の熱パイプ１６及び冷パイプ１８の間の熱の流れを防止することによって、デバイス１０がより大きい電力量をより効率的に生み出すことがさらに可能になる。断熱材料２８はアルミナ強化熱バリア又は同様の断熱材料を含むことができる。熱チップモジュール層２９はアルミナ強化熱バリアに組み込むことができる。

電力調整器及びプラグ３８又はコンセントは、デバイス１０の熱電発電器２０に電気的に接続され、これによりユーザーがデバイス１０からユーザーの電子デバイスへ電力を転送する又は供給する方法が提供される。

制御モジュール４０もまた、デバイス１０に関連させてデバイス１０の操作を制御することができる。考えられる一連の制御機能は：燃焼されるべき燃料の速度を制御して高熱側面の熱源を発生させることを含むことができる。具体的には、制御モジュール４０は、マグネシウム又は他の燃料の燃焼速度を、効率的な操作のためにデバイス１０の適切な温度及び温度勾配を維持するように調整可能である。追加の制御機能は、低温側面を冷却するためのファンの操作を制御すること、そして目的の圧着デバイスと接触するために、生成される電圧レベルを制御することを含むことができる。

デバイス１０はさらに、ウォームスタートバッテリ４２とコールドスタートモジュール４４を含む。ウォームスタートバッテリは、高温システムが一時期オフであった後に、高温システムを再始動させるために追加して燃料に点火するのに十分なエネルギーを貯蔵する。コールドスタートモジュールは、ウォームスタートバッテリ４２を充電するハンドル付きの発電器であってよい。それにより、バッテリ４２が放電された場合のデバイス１０の始動が可能になる。

ある実施形態では、デバイス１０の全体的な寸法は、高さが約７４ｍｍ、幅が１２５ｍｍ、そして厚さが４３ｍｍであり、デバイス１０から３００ワットの総電力を生成することができる６層の熱電発電器を含むことが予想されている。当然ながら寸法は、デバイス１０の設計、機能及び電力生成能力の変更によって変化する。

図１３は、本開示の一実施形態による、電力を生成するデバイス５２を備えた電動装置５０の一実施例のブロック図である。電動装置５０は、従来なら蓄電池又は他の蓄電デバイスを備えていた可能性のあるモバイル又はポータブル電動デバイスであってよい。電動装置５０は、通信デバイス、計算デバイス又は他の電気デバイスであってよい。

電動装置５０は、所定の機能を行うために回路５４を含むことができる。例えば通信デバイスの場合、回路５４は送信器及び受信器を含むことができる。装置５０はまた、ユーザーがデバイスを制御することができるように、ユーザーインターフェース５６も含むことができる。インターフェース５６は、キーパッド、キーボード、コンピュータのポインティングデバイス又はマウス、ディスプレイ又はユーザーが装置５０を操作し制御できるようにする他の全ての手段を含むことができる。電動装置５０はまた、例えばデータ保存デバイス、ファイルシステム、処理装置等の他のコンポーネントを含むこともできる。

動力の電気エネルギーを生成するデバイス５２は、図１１のデバイス１０に同様のものであってよい。デバイス５２は、熱電発電器スタック６０を含むことができる。熱電発電器スタック６０は、図１１及び１２の発電器スタック２６と同様のものであってよく、実質的に同様の方法で操作可能である。熱電スタック６０は、熱源６２及び冷熱源６４に熱的に連結し、熱電スタック６０の熱電発電器又は熱電板全体に温度勾配を作り出して電気エネルギーを生成することができる。

熱電スタック６０によって生成された電気エネルギーを調整回路６６によって調整することが可能である。調整回路６６は、制御モジュール６８によって制御することができ、これにより適切な電圧及び電流レベルが電動装置５０に供給される。制御モジュール６８はユーザーインターフェースを含むことができる、又はインターフェースを制御モジュール６８から分離して、適切な電圧及び電流及び装置５０に供給されるべき電力に関連する他の全てのパラメータをユーザーが選択できるようにすることができる。

デバイス５２はまた、プラグ、コンセント又は装置５０に電力を供給するための同様の手段を含むこともできる。装置５０にデバイス５２を接続させるために、電気ケーブル又は電源コード７２を提供することも可能である。本開示の別の実施形態では、デバイス５２を装置５０に一体化することができる。

本明細書に使用される専門用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本明細書に使用されるように、単一形態の「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上そうでないことが明確に示されていない限り、複数形態も含むものである。さらに当然ながら、用語「含む」及び／又は「含んでいる」は本明細書に使用されるときに、規定された特徴、整数、ステップ、操作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を明確に示すものであるが、一又は複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、コンポーネント、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を除外するものではない。

特定の実施形態について図示及び説明してきたが、当業者には同じ目的を達成するために計算された全ての配置構成を、示した特定の実施形態と置き換えることができ、本発明が他の環境において別の用途を有することが理解される。この用途は、本発明の全ての適応形態又は変化を網羅するものである。下記の請求項は本発明の範囲を本明細書において説明した特定の実施形態に決して限定するものではない。

Claims (32)

1. 電力を生成するモバイルデバイスであって：
   燃焼室；
   ヒート・シンク；
   燃焼室及びヒート・シンクと熱的に連通して燃焼室からヒート・シンクへ熱エネルギーを伝播する熱から電気への変換（ＴＥＣ）モジュールであって、ＴＥＣモジュール全体の熱流束によって電力が生成される熱から電気への変換（ＴＥＣ）モジュール；
   燃焼室へ燃料を送るための燃料送達システム；及び
   燃料送達システムによる燃焼室への燃料の送達を少なくとも監視及び制御し、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配を制御して熱から電気エネルギーへの変換デバイスによって生じる電力を制御する制御システム
   を含むモバイルデバイス。
2. ＴＥＣモジュールが燃焼室の片側に配置され、さらに：
   燃焼室の別の側に配置され、燃焼室と熱的に連通している別のＴＥＣモジュール；及び
   別のＴＥＣモジュールと熱的に連通している別のヒート・シンクであって、別のＴＥＣモジュール全体の熱流束によって電力が生成されるヒート・シンク
   を含む、請求項１に記載のモバイルデバイス。
3. ２つの同心パイプを含み且つ２つの同心パイプのうちの内側のパイプによって燃焼室が形成され、２つの同心パイプのうちの外側のパイプがヒート・シンクと熱的に連通している熱交換器をさらに含み、さらに：
   別のＴＥＣモジュール；及び
   別のＴＥＣモジュールと熱的に連通している別のヒート・シンク
   を含み、
   ＴＥＣモジュール両方が内側のパイプ及び外側のパイプの間に配置され、燃焼室と各ヒート・シンクに熱的に連結して、燃焼室とヒート・シンクの間で熱エネルギーを伝播して電気エネルギーを生成する、請求項１に記載のモバイルデバイス。
4. 燃焼室及びヒート・シンクの間に配置され、各ＴＥＣモジュールの端部を絶縁して、デバイスの他の全ての可能な経路を介して寄生損失に終わる代わりに、ＴＥＣモジュールを介して熱エネルギーの流れを分離する絶縁材料の層をさらに含む、請求項３に記載のモバイルデバイス。
5. 熱交換器の２つの同心パイプが燃焼用空気を燃焼室へ送り、燃焼で生じた高温ガスを排出させる構造を含む、請求項３に記載のモバイルデバイス。
6. 熱交換器は、燃焼室からの高温の廃棄ガスを使用して燃焼室に進入する供給冷気を温めて燃焼効率を上げる、そして、供給冷気を利用して高温の排気ガスを放出される前に冷す構造を含む、請求項３に記載のモバイルデバイス。
7. 各ヒート・シンクが複数の空気冷却フィンを含み、デバイスがさらに、外気を燃焼のために燃焼室に及びヒート・シンクの空気冷却フィンの上に吹き入れる熱交換器の端部のファンを含む、請求項３に記載のモバイルデバイス。
8. ヒート・シンクから熱を除去するためのファン；及び
   燃料の燃焼室への送り速度を制御し、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配をほぼ一定に維持して、デバイスからのほぼ均一な出力を提供するためにファンを制御する制御装置
   をさらに含む、請求項１に記載のモバイルデバイス。
9. マグネシウムワイヤ燃料供給源をさらに含み；
   燃料送達システムが、燃焼室へマグネシウムワイヤを送るためのマグネシウムワイヤ供給システムを含み、制御システムがマグネシウムワイヤの送り速度を調節して、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配をほぼ一定に維持してほぼ均一な出力を提供する、
   請求項１に記載のモバイルデバイス。
10. マグネシウムワイヤ供給システムが摩擦ベースの供給システムであり、デバイスがマグネシウムワイヤに点火して、電気スパークギャップイグナイターをさらに含む、請求項９に記載のモバイルデバイス。
11. 燃焼室がバードネスト燃焼室を含み、デバイスがさらに：
    バードネスト燃焼室に熱的に連結された熱板；
    冷板；及び、
    熱板及び冷板の間にそれぞれ配置され、熱板及び冷板と熱的に連通して、熱板から熱エネルギーを冷板へ伝播して電気エネルギーを生成する複数のＴＥＣモジュール
    を含み、バードネスト燃焼室が、各ＴＥＣモジュールへ熱エネルギーをほぼ均等に分散させる構造を含む、請求項１に記載のモバイルデバイス。
12. バードネスト燃焼室に接続され、燃焼用空気が燃焼室に入り、燃焼室から全てのスラグを移動させることを可能にするスラグシュートをさらに含む、請求項１１に記載のモバイルデバイス。
13. 熱板及び冷板に形成された開口部を貫いて配置された、バードネスト燃焼室からの燃焼ガスを排出させるための排気筒をさらに含み、複数のＴＥＣモジュールが排気筒周囲に位置づけされ、排気筒がスラグシュートの延長部を形成する、請求項１２に記載のモバイルデバイス。
14. マグネシウムワイヤ燃料が巻かれたスプールをさらに含み、スラグシュートがスプールの中央を貫いて延びており、
    燃料送達システムが、マグネシウムワイヤをバードネスト燃焼室へ送るためのマグネシウムワイヤ供給システムを含み、制御システムが、マグネシウムワイヤの送り速度を調節して、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配をほぼ一定に維持して、デバイスからのほぼ均一な出力を提供する、請求項１３に記載のモバイルデバイス。
15. 冷板に熱的に連結されたヒート・シンク；
    ヒート・シンクから熱を除去する冷却ファン；及び、
    熱板、冷板、ヒート・シンク及び冷却ファンに形成された開口部を通して配置されたバードネスト燃焼室からの燃焼ガスを排出させる排気筒
    を更に含み、複数のＴＥＣモジュールが排気筒周囲及び排気筒に位置づけされている、請求項１１に記載のモバイルデバイス。
16. 排気筒からの排気をフィルターにかけるフィルターをさらに含む、請求項１５に記載のモバイルデバイス。
17. 燃焼室へ燃料を供給するためのマグネシウムワイヤ燃料供給システム、ガス燃料供給源、及び放射性燃料ペレットシステムのうちの一つをさらに含む、請求項１に記載のモバイルデバイス。
18. 燃焼室；
    燃焼室の片側と熱的に連通している第１熱板；
    第１冷板；
    第１熱板及び第１冷板の間に配置され、第１熱板及び第１冷板と熱的に連通して、第１熱板から熱エネルギーを第１冷板へ伝播する第１ＴＥＣモジュールであって、第１ＴＥＣモジュール全体の熱流束により電力が生成される第１ＴＥＣモジュール；
    燃焼室の別の側と熱的に連通している第２熱板；
    第２冷板；
    第２熱板及び第２冷板の間に配置され、第２熱板及び第２冷板と熱的に連通して、第２熱板から熱エネルギーを第２冷板へ伝播する第２ＴＥＣモジュールであって、第２ＴＥＣモジュール全体の熱流束により電力が生成される第２ＴＥＣモジュール；
    マグネシウムワイヤ燃料供給源；
    マグネシウムワイヤを燃焼室へ送るためのマグネシウムワイヤ供給システム；
    ＴＥＣモジュール全体の温度勾配をほぼ一定に維持してほぼ均一な出力を提供する制御システム
    を含む、電力を生成するモバイルデバイス。
19. 第１及び第２熱板、第１及び第２冷板、第１及び第２ＴＥＣモジュール、及び燃焼室を含む第１ハウジング部と、
    マグネシウムワイヤ燃料供給源、マグネシウムワイヤ供給システム、及び制御システムを含む第２ハウジング部
    を含む、請求項１８に記載のモバイルデバイス。
20. 第１冷板から伝播した熱を受ける第１ヒート・シンク；
    第２冷板から伝播した熱を受ける第２ヒート・シンク；
    外の冷却用空気が第１及び第２ヒート・シンク全体に流れるようにするファン
    をさらに含む、請求項１９に記載のモバイルデバイス。
21. 制御システムが、燃焼室へのマグネシウムワイヤ燃料の送り速度を制御し、またファンを制御してＴＥＣモジュール全体の温度勾配をほぼ一定に維持し、デバイスからのほぼ均一な出力を提供する熱管理システムを含む、請求項２０に記載のモバイルデバイス。
22. 電力を生成するモバイルデバイスであって：
    バードネスト燃焼室；
    バードネスト燃焼室に熱的に連結した熱板；
    冷板；及び
    熱板及び冷板の間にそれぞれ配置され、熱板及び冷板と熱的に連通して熱板から冷板へ熱エネルギーを伝播して電気エネルギーを生成する複数のＴＥＣモジュール
    を含み、
    バードネスト燃焼室と熱板が、熱エネルギーを各ＴＥＣモジュールへほぼ均等に分配する構造を含む、電力を生成するモバイルデバイス。
23. さらに：
    マグネシウムワイヤ燃料供給源；及び
    マグネシウムワイヤを燃焼室へ送るマグネシウムワイヤ供給システム
    を含む、請求項２２に記載のモバイルデバイス。
24. 外部燃料源及び放射性燃料ペレット源のうちの一つをさらに含む、請求項２２に記載のモバイルデバイス。
25. 冷板と熱的に連通しているヒート・シンク；
    外の冷却用空気をヒート・シンク全体に流れるようにするファン；及び、
    燃焼室への燃料の速度を制御し、またファンを制御して、ＴＥＣモジュール全体の温度勾配をほぼ一定に維持してデバイスからのほぼ均一な出力を提供する制御システム
    をさらに含む、請求項２２に記載のモバイルデバイス。
26. バードネスト燃焼室からの燃焼ガスを排出する排気筒をさらに含み、排気筒が熱板及び冷板に形成された開口部を通って延び、複数のＴＥＣモジュールが排気筒周囲にほぼ均等に分布している、請求項２２に記載のモバイルデバイス。
27. バードネスト燃焼室と連通して燃焼用空気が燃焼室に進入するのを可能にする空気吸入口をさらに含む、請求項２６に記載のモバイルデバイス。
28. 給気口が燃焼室の延長部を形成し、全てのスラグが燃焼室から落下できるようにする、請求項２７に記載のモバイルデバイス。
29. 電力を生成する方法であって：
    ＴＥＣモジュール全体に熱流束を作り出して電力を生成すること、及び
    ＴＥＣモジュール全体の温度勾配を制御してほぼ均一な出力を提供する
    ことを含み、温度勾配の制御が：
    電力を生成するデバイスの燃焼室への燃料の送り速度を制御すること；そして、
    ＴＥＣモジュールに熱的に連結されたヒート・シンク全体の冷却用空気の流れを制御すること
    のうちの少なくとも１つを含む方法。
30. 複数のＴＥＣモジュールに熱をほぼ均等に分散させるように燃焼室を構成することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 燃焼室からの高温排気ガスを使用して燃焼室へ進入する低温の供給空気を温めることによって燃焼効率を上げること；及び
    低温供給空気を使用して高温排気ガスを冷却すること
    をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
32. 燃料の送り速度の制御が、燃焼室へのマグネシウムワイヤの送り速度を制御することを含む、請求項２９に記載の方法。

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