JP2016520993A - 熱電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、図3及び4に示すように、従来の高温熱電モジュール(高温部の温度が>300℃)は、高温で実施するための高性能熱電材料6、7を必要とすることが多い。また、熱電モジュールは、各熱電対ごとに単独化高温部分セラミック5を必要とすることが多い。これは、高温部分及び低温部分の間で生じる実質的な温度勾配によってもたらされる重大な熱膨張及びストレスを補正することを目的とする。図3に示すように、こうした実施形態に関して、頂面5及び底面4は、高温部分及び低温部分をそれぞれ表す。更には、こうしたより高温でのほとんどの熱電材料は、前記材料の酸化の防止を目的として、不活性環境内で操作する必要がある事が多く、典型的には装置又はシステム内のシールされた筐体を必要とする。
Claims (98)
- 熱電装置であって:
少なくとも1つの熱交換器;
少なくとも1つの熱電層であって、前記少なくとも1つの熱交換器と熱交換を行う、該熱電層;並びに
筐体であって、
前記少なくとも1つの熱電層及び前記少なくとも1つの熱交換器を覆い、
前記筐体はバリアを提供し、
該バリアは前記少なくとも1つの熱電層及び前記少なくとも1つの熱交換器のためのバリアであり、
該バリアは、筐体の外側に位置する流体からのバリアであり、
である該筐体;
を含み、
ここで、前記筐体の一部は、熱を伝導するようになされ、及び前記少なくとも1つの熱電層と熱交換を行うようになされ、並びに、
ここで、前記少なくとも1つの熱交換器は、前記筐体の内側表面から離れており、及び前記筐体の内側表面に対して可動性があり、前記少なくとも1つの熱交換器及び前記筐体の熱膨張を許容する、
該熱電装置。 - 請求項1の装置であって、前記装置は、前記流体内に位置し且つ前記流体に覆われた時に熱電変換するようになされる、該装置。
- 前記請求項1の装置であって、前記装置は、ハウジングから離れ又は熱的に分離しており、前記ハウジングは、前記筐体の外側に位置する前記流体を制限する、該装置。
- 前記請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層は、前記少なくとも1つの熱交換器の表面の上に配置される、該装置。
- 前記請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層は、前記筐体の内側表面の一部の上に配置される、該装置。
- 前記請求項4の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層が配置される前記少なくとも1つの熱交換器の前記表面は実質的に平らである、該装置。
- 前記請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層は、第一熱電層及び第二熱電層を含み、前記第一熱電層は前記少なくとも1つの熱交換器の第一面上に配置され、前記第二熱電層は前記少なくとも1つの熱交換器の第二面上に配置される、該装置。
- 前記請求項7の装置であって、前記第一熱電層及び第二熱電層は、前記少なくとも1つの熱交換器の周辺に実質的に対称的な構成を形成する、該装置。
- 請求項1又は4の装置であって、前記少なくとも1つの熱交換器の表面と、前記少なくとも1つの熱電層が配置される前記筐体の表面が実質的に平行である、該装置。
- 請求項1又は9の装置であって、前記装置が実質的に直方体形状である、該装置。
- 請求項1又は10の装置であって、前記筐体が前記少なくとも1つの熱電層の表面に実質的に適合可能である、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記筐体が弾性材を含む、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記筐体が密封シールされる、該装置。
- 請求項13の装置であって、前記筐体内の空間が不活性ガスで満たされる、該装置。
- 請求項13の装置であって、前記筐体の外側の圧力が前記筐体の内側の圧力を超える、該装置。
- 請求項13の装置であって、前記筐体内の空間が真空状態にさらされる、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層は、熱を伝導するようになされた前記筐体の前記一部に対して可動性がある又はスライド可能であるように構築され及び配置される、該装置。
- 請求項1の装置であって、少なくとも1つのサーマル・インターフェース・マテリアルを更に含み、該マテリアルは前記筐体及び前記少なくとも1つの熱電層の間に配置される、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記筐体内の空間の上に、並びに、前記少なくとも1つの熱電層及び前記少なくとも1つの熱交換器の末端部分を超えて、前記筐体が延びる又はオーバーハングする、該装置。
- 請求項9の装置であって、前記筐体がクラムシェル構成(clam−shell arrangement)を含み、該構成は第一の片割れ及び第二の片割れを含み、これらの片割れは、互いに係合可能であり、及び対向して配置され、及び互いに対して実質的に平行である、該装置。
- 請求項20の装置であって、前記筐体は、少なくとも1つの側壁を含み、該側壁は、前記第一の片割れ及び前記第二の片割れが係合したときに、前記筐体の周辺にある、前記第一の片割れ及び前記第二の片割れの間の任意のギャップを物理的に閉じる、該装置。
- 請求項21の装置であって、前記筐体の前記第一の片割れ及び前記第二の片割れのうち少なくとも1つが前記少なくとも1つの側壁を含む、該装置。
- 請求項21又は22の装置であって、前記第一の片割れ及び前記第二の片割れは、溶接、ろう付け、ファスニング及びクランピングのうち少なくとも1つによって共に接合される、該装置。
- 請求項21の装置であって、前記筐体の前記少なくとも1つの側壁は少なくとも1つの構造部分を含み、該構造部分は、弾性に関して、前記第一の片割れ及び前記第二の片割れ又はシート又はプレートに比べて更に準拠する、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱交換器は、前記少なくとも1つの熱電層に対して移動又はスライドするように構築され及び配置される、該装置。
- 請求項1の装置であって、少なくとも1つのサーマル・インターフェース・マテリアルを更に含み、該マテリアルは前記少なくとも1つの熱交換器及び前記少なくとも1つの熱電層との間に配置される、該装置。
- 請求項21の装置であって、前記筐体に対して圧縮圧力をもたらすようになされた少なくとも1つのファスナーを更に含む、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層は、前記少なくとも1つの熱交換器及び前記筐体の一部のうち少なくとも1つと機械的に結合する、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記筐体は、実質的に円柱状の、直方体の、又は両者の組合せである形状を有する、該装置。
- 請求項1の装置であって、熱を伝導するようになされた前記筐体の前記一部は、前記筐体の外側表面を含み、該表面は筐体の外側に位置する流体との熱伝導を強化するようになされた特徴を有する、該装置。
- 請求項30の装置であって、前記筐体の外側に位置する前記流体との熱伝導を強化するようになされた前記特徴は、複数のフィンを含み、該フィンは複数の経路を含み、該経路は前記筐体を覆い、前記筐体周辺の流体の流れを許容するための物である、該装置。
- 請求項31の装置であって、前記複数のフィンは、複数の孔を含む、該装置。
- 請求項31の装置であって、前記複数のフィンは、0.51インチ未満のフロー長さを有するフィンストリップを含む、該装置。
- 請求項31の装置であって、前記筐体から延びる複数のフィンを更に含み、前記フィンは、異なる断面積又はパターン又は幾何学形状を有する経路を規定する、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記少なくとも1つの熱電層は、一段階、二段階又は複数段階の熱電部分として構成される、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記熱電装置は、熱電発電機又は流体コンディショナーとして構成される、該装置。
- 請求項1の装置であって、以下を含む前記熱電装置:入口であって、前記少なくとも1つの熱交換器への流体の流入を許容するように配置される、該入口;及び、出口であって、前記少なくとも1つの熱交換器からの流体の流出を許容するように配置される、該出口。
- 請求項37の装置であって、前記筐体は、前記入口及び前記出口と結合する、該装置。
- 請求項1の装置であって、更に1以上のノイズ軽減要素を含み、該要素は前記装置を覆い、及び音振動を抑えるようになされる、該装置。
- 請求項39の装置であって、前記1以上のノイズ軽減要素は、複数のチャンバーを含み、該チャンバーは、別々の配置で、又はスタックされた配置で位置する、該装置。
- 請求項1の装置であって、前記装置は、前記少なくとも1つの熱交換器及び前記流体の間で少なくとも300℃の温度差で少なくとも4週間の期間さらされる熱電変換を実行するようになされる、該装置。
- 請求項1の装置であって、少なくとも一部の前記装置は、前記流体の排出を処理し、並びに触媒及び粒子フィルタのうち少なくとも1つとして機能するようになされる、該装置。
- 以下を含む熱電システム:
ダクトであって、請求項1の流体を収容する流れの空間を規定し、前記ダクトは、前記流れの空間への流体の流入を許容するように配置された入口と、及び前記流れの空間からの流体の流出を許容するように配置された出口とを有する、該ダクト;並びに
請求項1の熱電装置。 - 請求項43のシステムであって、請求項1の熱電装置が、少なくとも部分的に、前記ダクトの前記流れの空間内に存在する、該システム。
- 請求項43のシステムであって、複数の請求項1の熱電装置を更に含み、該装置がスタックされた構成で配置される、該システム。
- 請求項45のシステムであって、前記複数のスタックされた熱電装置は、直列構成又は並列構成で配置される、該システム。
- 請求項43のシステムであって、前記ダクトは、少なくとも1つのノイズ軽減要素を収容する、該システム。
- 請求項47のシステムであって、前記少なくとも1つのノイズ軽減要素は、前記流れの空間内に位置し、該要素は、前記装置のフロー長さに沿っており、並びに装置の一部及び前記ダクトの壁の内側表面の間に位置する、該システム。
- 請求項47のシステムであって、並列構成又は直列構成で配置された複数の請求項1の熱電装置を更に含み、少なくとも1つのノイズ軽減要素が前記複数の熱電装置の間の前記流れの空間内に位置し、前記流れの空間は、直列構成で提供された複数の装置間の流れの空間を含む、該システム。
- 請求項43のシステムであって、流体が流入する前記流れの空間の入口空間又は流体が流出する前記流れの空間の出口空間は、マフラー要素を含む、該システム。
- 請求項43のシステムであって、流体が流入する前記流れの空間の入口空間又は流体が流出する前記流れの空間の出口空間は、後処理構成要素を含む、該システム。
- 請求項43のシステムであって、流体が流入する前記流れの空間の入口空間又は流体が流出する前記流れの空間の出口空間はチャンバーを含み、該チャンバーは、前記流体の流れからのエネルギーを散逸させるように構築され及び配置され、前記チャンバーの断面積は、前記入口又は前記出口の流れの領域の断面積を超え、及び前記入口又は前記出口は、前記チャンバー内へ突き出る、該システム。
- 請求項52のシステムであって、前記入口の壁又は前記出口の壁は、前記チャンバー内へ突き出る、該システム。
- 請求項43のシステムであって、前記入口を経由する流体の流入の方向は、前記出口を経由する流体の流出の方向からオフセットされる、該システム。
- 以下を含む熱電システム:
ダクトであって、流れの空間を規定し、該空間は流体の流れを収容し、前記ダクトは、前記流れの空間への流体の流入を許容するように配置された入口と、前記流れの空間からの流体の流出を許容するように配置された出口とを有する、該ダクト;及び
前記流れの空間に配置される熱電装置。 - 請求項55のシステムであって、前記ダクトは、少なくとも1つのノイズ軽減要素を収容する、該システム。
- 請求項55のシステムであって、前記少なくとも1つのノイズ軽減要素は、前記流れの空間内に位置し、該要素は、前記装置のフロー長さに沿っており、並びに装置の一部及び前記ダクトの壁の内側表面の間に位置する、該システム。
- 請求項55のシステムであって、並列構成又は直列構成で配置された複数の前記熱電装置を更に含み、少なくとも1つのノイズ軽減要素が前記複数の熱電装置の間の前記流れの空間内に位置し、前記流れの空間は、直列構成で提供された複数の装置間の流れの空間を含む、該システム。
- 請求項55のシステムであって、更に1以上のノイズ軽減要素を含み、該要素は前記装置を覆い、及び音振動を抑えるようになされる、該システム。
- 請求項59のシステムであって、前記1以上のノイズ軽減要素は、複数のチャンバーを含み、該チャンバーは、別々の配置で、又はスタックされた配置で位置する、該システム。
- 請求項55のシステムであって、流体が流入する前記流れの空間の入口空間又は流体が流出する前記流れの空間の出口空間は、マフラー要素を含む、該システム。
- 請求項55のシステムであって、流体が流入する前記流れの空間の入口空間又は流体が流出する前記流れの空間の出口空間は、後処理構成要素を含む、該システム。
- 請求項55のシステムであって、流体が流入する前記流れの空間の入口空間又は流体が流出する前記流れの空間の出口空間はチャンバーを含み、該チャンバーは、前記流体の流れからのエネルギーを散逸させるように構築され及び配置され、前記チャンバーの断面積は、前記入口又は前記出口の流れの領域の断面積を超え、及び前記入口又は前記出口は、前記チャンバー内へ突き出る、該システム。
- 請求項63のシステムであって、前記入口の壁又は前記出口の壁は、前記チャンバー内へ突き出る、該システム。
- 請求項55のシステムであって、前記入口を経由する流体の流入の方向は、前記出口を経由する流体の流出の方向からオフセットされる、該システム。
- 以下を含む熱電構造体、:
熱交換器であって、入口、出口並びに、前記入口及び前記出口の間の流体の流れを経路づけするようになされるチャンネルを有する、該熱交換器;
第一熱電層であって、前記熱交換器の第一面に固定して取り付けられる、該第一熱電層;及び
第二熱電層であって、前記第一面の反対側の前記熱交換器の第二面に固定して取り付けられる、該第二熱電層。 - 請求項66の構造体であって、前記熱交換器は実質的に平らであり、これにより、前記第一熱電層及び第二熱電層は前記熱交換器の対向する面上に位置する、該構造体。
- 請求項66の構造体であって、前記第一熱電層及び第二熱電層の低温部分を、電力発電のための構造体を使用する用途のために、前記熱交換器に取り付ける、該構造体。
- 請求項66の構造体であって、セラミック熱交換器を更に含み、前記第一熱電層及び第二熱電層は、それぞれ、前記セラミック熱交換器に取り付けられる、該構造体。
- 請求項66の構造体であって、金属熱交換器を更に含み、前記第一熱電層及び第二熱電層は、それぞれ、電気的に絶縁性のフィルム又はコーティングを介して前記金属熱交換器に取り付けられる、該構造体。
- 以下を含む熱交換器:
適合可能表面であって、前記表面に隣接して配置される構造体の形状に実質的に適合するようになされる、該適合可能表面;及び
複数の伝熱性の部材であって、該部材は、前記適合可能表面の外側の領域から延びており、該領域を覆い、及び該領域と接触し、前記複数の伝熱性の部材は、前記適合可能表面及び周囲の環境の間で熱を伝導するようになされる、該部材。 - 請求項71の熱交換器であって、前記適合可能表面は薄いシート又はホイルを含む、該熱交換器。
- 請求項71の熱交換器であって、前記適合可能表面は、クランピングすることなく、前記構造体の前記形状に実質的に適合するようになされる、該熱交換器。
- 請求項71の熱交換器であって、前記適合可能表面は、真空適用圧力によって前記構造体の前記形状に実質的に適合するようになされる、該熱交換器。
- 請求項71の熱交換器であって、前記複数の伝熱性の部材は複数のフィンを含む、該熱交換器。
- 請求項75の熱交換器であって、前記複数のフィンは、前記適合可能表面の適合性を実質的に制限しないように構成される、該熱交換器。
- 請求項75の熱交換器であって、前記複数のフィンはそれぞれ複数の孔を含む、該熱交換器。
- 請求項75の熱交換器であって、前記複数のフィンは、0.51インチ未満のフロー長さを有するフィンストリップを含む、該熱交換器。
- 請求項75の熱交換器であって、音振動を抑えるようになされた1以上の材料又は構造を更に含む、該熱交換器。
- 請求項79の熱交換器であって、前記1以上の材料又は構造は、複数のチャンバーを含み、該チャンバーは、前記複数のフィンに隣接して又は該フィンを覆うように配置される、該熱交換器。
- 請求項80の熱交換器であって、前記複数のチャンバーは、別々の配置及びスタックされた配置のうち少なくとも1つで配置される、該熱交換器。
- 以下を含む熱スイッチ:
第一構造要素及び第二構造要素を分離するチャンネル;及び
流体構成物であって、前記チャンネル内に収容され、前記流体構成物が該流体構成物の沸点において液体及び気体の間の相変化を起こす際に、前記第一構造要素及び第二構造要素の間の熱伝導度を変化させるように構成される、該流体構成物。 - 請求項82の熱スイッチであって、前記第一構造要素及び第二構造要素のうち少なくとも1つは熱交換器を含む、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記流体構成物の沸点は、前記流体構成物の圧力が変化した時に、変化する、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記第一構造要素及び第二構造要素のうち少なくとも1つは、薄いシートを含む、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記チャンネルは、複数のマイクロチャンネルを含む、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、更に足場を含み、該足場は、前記流体構成物の流れを許容するようになされ、及びチャンネルにまたがって、前記構造要素に構造支持体を提供するようになされる、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記第一構造要素及び第二構造要素の間に更に構造支持体を含む、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記流体構成物を収容する前記チャンネルは、バルブ(bulb)に接続され、該バルブは前記流体構成物の膨張を許容するようになされる、該スイッチ。
- 請求項89の熱スイッチであって、前記バルブ(bulb)は、圧縮可能なダイアフラムを含み、該ダイアフラムは、液体から気体へ前記流体構成物が遷移している間に前記流体構成物が膨張することに応答して、堆積が減少するようになされる、該スイッチ。
- 請求項90の熱スイッチであって、前記バルブ(bulb)は可撓性であり、外側の環境の圧力と平衡をとる、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記流体構成物の前記沸点は、前記チャンネルの圧力変化に基づいて、調整可能である、該スイッチ。
- 請求項83の熱スイッチであって、温度の影響を受ける構成要素を保護するために熱電装置において使用するようになされる、該スイッチ。
- 請求項82の熱スイッチであって、前記流体構成物は、ナトリウム及びカリウム合金のうち少なくとも1つを含む、該スイッチ。
- 以下を含む熱インターフェース複合体:
適合可能表面シートであって、前記表面に隣接した配置される構造体の形状に実質的に適合するようになされる、該適合可能表面シート;及び
構成物であって、前記適合可能表面シートの少なくとも1つの面上に配置され、前記適合可能表面シートに接触し且つ前記適合可能表面シートの反対側の面に配置される2つの構成要素間で形成されるインターフェースの熱伝導度に関して、前記構成物が無い場合よりも高い熱伝導度をもたらす、該構成物。 - 請求項95の複合体であって、前記適合可能表面シートはグラファイトホイル、銅ホイル、及び他の金属ホイルのうち少なくとも1つを含む、該複合体。
- 請求項95の複合体であって、前記構成物は液体又はグリースを含む、該複合体。
- 請求項95の複合体であって、前記構成物は、前記適合可能表面の反対側に配置される、該複合体。
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