KR20000010903A

KR20000010903A - 전기 입/출력 설비를 구비한 개선된 열전 유닛

Info

Publication number: KR20000010903A
Application number: KR1019980709050A
Authority: KR
Inventors: 존 엠 쉬뢰더
Original assignee: 존 엠 쉬뢰더; 트라이포트 인터내쇼날, 지엠비에이치
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2000-02-25
Also published as: IL126939A0; WO1997043790A1; EP0907972A4; EP0907972A1; NO985217L; NO985217D0; JP2001501775A; CA2253940A1

Abstract

토러스(60)내에 형성된 일련의 팩으로 이루어진 열전쌍은 유전체로 절연된 타이 스트랩(61)에 의해 로렌쯔력에 대해 압축으로 유지된다. 토러스(60)를 통해 순환하는 고전류는 낮은 열 전도성 소자(64) 및 가열 및 냉각 핀(66, 65)내에 형성된 홈에 의해 영향을 받는 감소된 전기 경로 길이에 기인한다. 가열 및 냉각 핀(66, 65) 사이의 감소된 열 전달은 더 높은 순환 전류를 발생시킨다. 가열 및 냉각 핀(66, 65)과 낮은 열 전도성 소자(64) 사이에 형성된 열전 접합은 비스무스, 콘스탄탄, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은을 포함하는 상이한 물질의 코팅층(67)으로 형성되는 것이 바람직하다. 열전 발전기(40)로서 동작할 때, 전력이 진동 기계적 스위치(70), 홀 효과 발생기(140) 또는 콜피츠 발진기(159)중 하나를 사용하여 순환하는 전류로부터 추출될 수 있다.

Description

전기 입/출력 설비를 구비한 개선된 열전 유닛

열을 전력으로 변환하는 이동부를 구비하지 않는 신뢰할 수 있는 무소음의 에너지 변환기에 대한 탐구는 기술자에게 열전 효과로 칭해지는 효과를 다시 고려하도록 하였다. 수백 년 동안 알려져 온 이들 효과는 소형의 자급식 전력원을 개발하게 하였지만, 가정 또는 상업 전력 발생용으로 실제적으로 적용하기에는 너무 소형이었다.

표준 전기 스위치는 어느 한 소자를 가열 및 냉각할 필요가 없고 열전 전압이 스위치 소자들 사이의 차로부터 발생하지 않는 동일한 종류의 금속만을 통상적으로 사용한다. 종래의 스위치에서의 전기 저항은 전류가 스위치를 통해 흐를 때 전압 강하를 야기하고, 스위치의 폐쇄에 의해 설정된 전기적으로 폐쇄된 회로를 통해 순환하는 전류에 대한 저항성 부하를 구성한다.

제벡 효과에 기초하는 열전 발전 및 냉동은 일반적으로 금속 또는 금속들의 합금인 2개의 상이한 물질을 병렬로 형성한 열전쌍이 온도 측정용으로 사용되는 물리적인 현상이다. 잘 공지되어 있는 바와 같이, 상이한 온도에서 유지되는 접합쌍을 갖는 열전쌍은 2개의 접합 사이의 특정 온도차를 측정하는 전압차를 생성한다. 부과된 전압차는 열전쌍 양단의 전압을 야기하거나, 대규모로 전력 발전을 구성하는 열전쌍을 통해 루프내에 전류 흐름을 야기할 것이다. 이 열전 발전의 양태는 우주 공간 응용에 예컨대, 1977년에 발사되어 거의 20년이 지난 오늘날까지 화상을 전송해주는 보이저 Ⅰ 및 Ⅱ 위성에 광범위하게 이용된다. 그러한 열전력 발전의 응용에서, 방사성 물질은 열전 발전용 열을 제공하고, 그에 따라 장기간 에너지원을 제공한다. 유사한 열전력 발전 유닛은 다가오는 목성으로의 카시니 비행(Cassini mission)에 또한 사용될 것이다. 열전 고체 상태 에너지 변환의 장점은 소형, 저중량, 무소음 동작 및 장시간 동안 무고장 전력 발전을 포함한다.

열전 발전 및 냉동은 1822년에 제벡에 의해 최초로 발견된 이후로 백여년 동안 존재하여 왔다. 수많은 개량 및 제벡의 작업의 분석이 있어 왔고, 이 시초 발견에 기초한 많은 특허들이 허여된 바 있다. 이러한 작업의 대부분은 전기 부하에 전력을 공급하도록 전류를 공급하는 고전압을 생성하기 위해, 직렬 접속된 열전쌍 또는 열전 소자에 대해 최고 제벡 접합 전압을 생성하는 금속 화합물 또는 합금을 찾아내는 것에 관한 것이었다.

대부분의 열전 발전기는 전기 부하를 구동시키는 전류를 생성하기 위한 일련의 직렬 접속된 접합을 사용한다. 일반적으로, 높은 제벡 전압을 갖는 물질은 회로에 전류 흐름을 감소시키는 경향이 있는 높은 전기 저항을 또한 갖는다. 종래의 열전 발전기 및 냉동기는 동일한 열전쌍 온도차에 대하여 높은 제벡 전압을 생성하기 위해 합금을 사용한다. 합금은 일반적으로 몇 배 정도의 높은 제벡 전압을 갖지만, 합금을 생성하는 임의의 통상적으로 순수한 금속(99%)보다 일반적으로 10배 높은 저항을 갖는 것으로 밝혀져 있다. 전기 회로가 이 회로를 통해 흐르는 전류를 생성하는 직렬의 열전 소자만을 포함하는 경우, 열전 소자중 하나 내의 높은 저항은 회로를 통해 흐르는 전류의 양을 현저하게 감소시킨다.

본 발명의 구조는 Buist에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제4,859,250호 및 제5,022,928호, Fritts에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제2,919,553호 및 제3,326,727호, Von Koch에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제3,119,739호, Harkness에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제3,090,875호, Toulmin에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제2,864,879호, Salver에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제2,425,647호 및 Findley에 의해 출원되어 특허 허여된 미국 특허 제2,415,005호, 뿐만 아니라 본 출원의 발명자에게 특허 허여된 아래의 특허에 개시되어 있는 다양한 방법과 상이하다.

제4,997,047호 "High Speed Electromagnetically Accelerated Earth Drill",

제5,024,137호 "Fuel Assisted Electromagnetic Launcher",

제5,168,118호 "Method for Electromagnetic Acceleration of an Object",

제5,168,939호 "Oil Well Drill",

제5,393,350호 "Thermoelectric Generator and Magnetic Energy Storage

Unit" 및

제5,597,976호 "A Thermoelectric Generator and Magnetic Energy Storage

Unit with Controllable Electric Output".

본 발명은 열전 발전 및 냉동 유닛에 관한 것으로, 특히 매우 높은 전류를 열전 소자 양단의 온도차를 최대화시키고 높은 제벡 효과 열전 접합과 함께 낮은 전기 저항을 이용함으로써 유도되는 토러스를 통해 순환하게 하는 밀착 결합된 열전쌍으로 이루어진 토러스를 사용하는 열전 발전기 및/또는 냉동기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 열전 발전기의 외형 및 기체 연료 탱크를 도시한 사시도.

도 2는 토러스, 열전 소자 및 열전 발전기의 진동 출력 스위치를 도시하는 사시도.

도 3은 토러스, 열전 소자 및 열전 발전기의 진동 출력 스위치를 도시하는 평면도.

도 4는 열전 발전기를 억제시키는데 사용되는 절연 압축 응력 타이 스트랩의 사시도.

도 5는 토러스, 열전 소자, 링 및 열전 소자와 타이 스트랩 사이의 스프링을 도시하는 부분 평면도.

도 6은 가열 및 냉각 구리 핀 사이에 구리 로드를 사용하는 열전 소자의 오옴 접속을 도시한 도면.

도 7은 가열 및 냉각 구리 핀 사이에 철 로드를 사용하는 열전 소자의 상보 접속을 도시한 도면.

도 8은 상부에 가열 및 냉각 핀 사이에 감겨진 로드 낮은 열 전도성 소자를 도시하고, 하부에 도 9에 도시된 바와 같은 열전쌍을 형성하기 위해 짝지어진 고체의 상이한 물질보다 10의 계수만큼 증가한 열 전기 변환 효율을 나타내는 핀들 사이의 위치 대 가열 및 냉각 핀의 쌍 사이의 온도 기울기를 도시한 대응 그래프.

도 9는 상부에 가열 및 냉각 핀 사이의 고체의 상이한 물질을 도시하고, 하부에 도 8에 도시된 바와 같은 가열 및 냉각 핀 사이의 감겨진 로드 낮은 열 전도성 소자보다 1/10만큼 낮게 감소한 열 전기 변환 효율을 나타내는 핀들 사이의 위치 대 가열 및 냉각 핀의 쌍 사이의 온도 기울기를 도시한 대응 그래프.

도 10은 가열 및 냉각 핀의 홈에 일치하는 감겨진 로드 낮은 열 전도성 소자를 도시하는 개략적인 부분 횡단면도.

도 11은 상부에 홈이 파여진 가열 및 냉각 핀을 구비한 열전 접합에 대한 전류 경로 길이를 도시하고, 하부에 열전 접합에 대한 전기 모델을 도시한 도면.

도 12는 상부에 홈이 파여진 가열 및 냉각 핀을 구비한 직렬 열전 접합에 대한 전류 경로 길이를 도시하고, 하부에 직렬 열전 접합에 대한 전기 모델을 도시한 도면.

도 13A는 낮은 열 전도성 소자로 사용되는 감겨진 로드의 개략적인 입면도 및 횡단면도.

도 13B는 부분적으로 평평하게 된 로드 양단의 짧아진 전기 경로 길이를 도시하는 낮은 열 전도성 소자로 사용되는 부분적으로 평평하게 된 감겨진 로드의 개략적인 입면도 및 횡단면도.

도 14는 홈이 파여진 가열 및 냉각 핀에 배치하기 위해 정렬된 평평하게 된 낮은 열 전도성 소자의 개략적인 부분 횡단면도.

도 15는 가열 및 냉각 핀 상의 촉매 코팅 및 도금된 열전 접합을 도시하는 열전쌍의 개략적인 부분 횡단면도.

도 16은 땜납 또는 도금에 의해 생성된 편평한 열전 접합의 개략적인 부분 횡단면도.

도 17은 배기 후면으로부터 가열 핀으로 적외 열을 반사시키는 블랙 박스 재가열기를 나타내는 열전 발전기의 중앙선을 따라 절단하여 취한 개략적인 횡단면도.

도 18은 공기 냉각을 나타내는 열전 발전기의 중앙선을 따라 절단하여 취한 개략적인 부분 횡단면도.

도 19는 물 냉각을 나타내는 열전 발전기의 중앙선을 따라 절단하여 취한 개략적인 부분 횡단면도.

도 20은 열전 발전기용의 물 냉각 분기관의 개략적인 평면도.

도 21은 기제 전력 공급 열전 발전기내의 연소기를 점화시키는데 통상 사용되는 압전 발전기를 이용하는 도 25에 도시되어 있는 진동 스위치를 사용하는 열전 발전기용의 전기 기계 자기 시동 시스템을 도시한 도면.

도 22는 도 25에 도시되어 있는 전류 단속 진동 스위치를 사용하는 열전 발전기를 시동시키는 기계적 수단을 도시한 도면.

도 23은 개방 회로 위치에 스위치를 갖는 열전 발전기로부터 전력을 추출하는데 사용되는 진동 전류 단속 스위치를 도시한 도면.

도 24는 폐쇄 회로 위치에서 스위치를 갖는 진동 전류 단속 스위치를 도시한 도면.

도 25는 A의 폐쇄 위치에서 전기 스레드가 가열 및 냉각 핀의 스레드와 접촉하도록 솔레노이드에 의해 상승된 상이한 금속 전기자를 갖고, B의 개방 전력 모드 위치에서 가열 및 냉각 핀과 접촉하지 않는 중앙의 전기자를 가지며, C의 폐쇄 위치에서 전기자 스레드가 가열 및 냉각 핀과 접촉하도록 스프링에 의해 아래로 내리눌려지는 전기자를 갖는 진동 전류 단속 스위치의 개략적인 횡단면도.

도 26은 전기 출력 파형의 사인파 품질을 개선시키기 위해 커패시터 탱크 회로와 함께 사용되는 진동 전류 단속 스위치를 도시한 도면.

도 27은 진동 전류 단속 스위치를 사용하는 열전 발전기용 전기 출력 접속을 도시하는 개략적인 평면도.

도 28은 도면 내부로 향하는 중첩 자계를 A에, 그리고 도면 외부로 향하는 중첩 자계를 B에 나타낸 자계와 전류 흐름에 수직인 도체의 양단에 전압을 생성하는 도체의 일측면에 전류가 밀집되는 것과 같이 전자 이동을 나타내는 전류 흐름을 단속함 없이 토러스로부터 전력을 추출하는데 사용되는 홀 효과 장치를 도시하는 열전 발전기의 열전쌍 토러스의 도면.

도 29는 AC 출력 전류를 발생하도록 mosfet 스위치에 의해 단속되는 전압을 발생하는 홀 효과 장치를 도시하는 열전 발전기의 열전쌍 토러스의 도면.

도 30은 토러스내의 전류 흐름 및 관련 자계를 도시하는 열전 발전기의 열전쌍 토러스의 도면.

도 31은 전류 흐름, 열 흐름, 홀 효과 장치의 중첩 자계 및 낮은 열 전도성 소자 양단의 전압을 또한 도시하는 가열 및 냉각 핀과 접촉하는 홀 효과 장치인 낮은 열 전도성 소자의 도면.

도 32는 가열 및 냉각 핀 사이에 삽입되어 전력 출력 회로와 직렬로 전기 접속되는 소자를 도시하는 낮은 열 전도성 소자, 즉 홀 효과 장치의 도면.

도 33은 가열 및 냉각 핀 사이에 삽입된 낮은 열 전도성 소자, 즉 홀 효과 장치를 도시하는 개략적인 부분적으로 분해한 도면.

도 34A는 2개의 낮은 열 전도성 소자, 즉 홀 효과 장치를 협차(straddling)한 6극 전자석의 개략적인 입측면도.

도 34B는 냉각 핀을 협차한 6극 전자석의 개략적인 입단면도.

도 35는 시스템에 열을 공급하는 전력 발전 모드로 토러스 동작 시의 전류 흐름, 가열 및 냉각 소스 및 열전 발전기의 도면.

도 36은 추출한 열을 시스템의 일부분에서 열전 냉각 시키켜 시스템의 다른 부분으로 전송하는 냉각 모드로 사용되는 열전 발전기의 도면.

도 37은 전기 전도성 낮은 열 전도성 종방향 표면을 형성하도록 2개의 반부(半部)를 부착시킴으로써 형성되는 선택 실시예의 낮은 열 전도성 소자를 도시하는 평면도.

도 38A 내지 도 38C는 도 37에 도시되어 있는 선택 실시예의 낮은 열 전도성 소자를 사용하여 형성되는 선택 실시예의 열전 접합을 도시한 평면도.

도 39는 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 토러스로부터 전력을 발생시키는 선택 기술을 도시한 도면.

도 40은 열전 냉동을 위한 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 토러스의 동작을 도시한 도면.

본 발명의 목적은 열전 발전기로부터 전력의 생성을 극대화시키고, 공공 그리드가 필요 없이 가정 및 산업용 부하에 직접 전력을 공급하는데 사용될 수 있는 교류 전압 및 전류를 생성할 수 있는 실용적인 변환기를 제조하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열전 접합의 토러스에서 순환하는 전류를 극대화시켜 강한 자계에 저장되는 에너지를 극대화시키는 것이다. 순환 전류를 극대화시키면 아래의 효과가 발생된다.

1. 토러스내의 내부 전기 저항이 감소,

2. 낮은 내부 전기 저항과 일치하는 최고 전류를 생성하기 위해 토러스를 형성하는 열전 접합용의 물질을 선택,

3. 가열 및 냉각 핀 사이의 열 흐름을 최소화하여 최고 온도 차 및 유사하게 최고 제벡 구동 전압에서 각 접합을 유지.

특히, 열전 유닛은 본 명세서에서 p형 및 n형 물질 시스템으로 칭해지는 제벡 전압의 부호가 교대로 배열되는 전압을 발생시키고, 높은 제벡 전압 및 높은 전기 전도성(낮은 전기 저항)을 갖는 열전 접합용 물질을 사용한다.

본 발명의 또 다른 목적은 토러스 내의 순환 전류를 교란시킴으로써, 0 내지 240 V 범위의 교류 전류("AC") 또는 직류 전류("DC") 중 하나로 고에너지 전기 출력 전력을 생성하는 것이다.

본 발명의 추가의 목적은 열전 물질의 얇은 층으로 코팅된 높은 전기 및 열 전도성 구리 또는 은 코어를 사용함으로써 p형 및 n형 열전 소자에 대해 개선된 전기 전도성 및 높은 제벡 전압을 실현시키기 위한 신규의 방법을 제공하는 것이다. 종래의 열전 소자의 구조는 높은 제벡 전압 높은 전기 전도성 발전기로 동작하여 토러스에 높은 순환 전류 및 동일 온도차 및 열 흐름을 위해 열전 발전기로부터 높은 전력 출력을 생성하는 열전 접합을 생성한다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 소자가 가열 및 냉각 핀 사이의 열 흐름을 감소시키도록 열 저항과 같이 작용하도록 열전 소자와 가열 및 냉각 핀 사이에 스레드된 접합을 사용하여 열전 접합 양단의 온도차를 증가시키고, 열전 유닛의 전체 열 대 전기 효율을 증가시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상보적인 높은 제벡 전압을 갖는 상이한 금속으로 스레드된 구리 코어를 코팅함으로써 형성된 열전 소자를 사용하여 높은 전기 전도성 열전 소자가 또한 높은 열전 접합 전압을 생성하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 소자를 수용하도록 양측면상의 가열 및 냉각 핀에 홈을 파는 것에 의해 핀간의 전기 저항을 감소시키는 것으로, 이 열전 소자는 홈의 외형에 일치하여 가열 또는 냉각 핀의 일측면으로부터 다른 측면까지 열전 소자 사이의 길이를 감소시킨다.

본 발명의 또 다른 목적은 교번하는 가열 및 냉각 접합 사이의 전기 저항 및 물질 거리를 동시에 감소시킬 때 스레드된 부하상에 스레드를 유지하기 위해 스레드를 포함하는 스레드된 부하를 타원형으로 부분적으로 평평하게 만드는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 도금된 금속층으로 제조된 상호 접속 및 접합이 합금 열전 접합보다 낮은 저항을 나타내지 않기 때문에 가열 및 냉각 금속 핀에 열전 소자의 스레드된 팁(tip)용 오옴 땜납 접속기로 작용하도록 금속의 얇은 코팅을 사용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 발전기를 가열하는데 사용되는 배기 기체용 촉매 변환기로 작용하도록 프레임과 가열 기체가 충돌하는 영역에서 플래티늄 또는 팔라듐으로 가열 핀을 도금하는 것과 같은 가열 및 냉각 핀과 열전 소자상에 내부식성 및 내산화성 보호 장벽을 제공하여 오염을 감소시키고, 가열된 핀의 산화를 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 장치의 수명을 초과하여 상기 접합의 높은 제벡 전압 특성을 유지하고 주위 환경으로부터 상기 접합을 밀봉시켜 열전 접합의 수명을 향상시키는 금속성의 편평한 접합을 형성하도록 도금층 또는 층들을 사용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전기 전도성의 낮은 열 전도성 횡방향 표면을 따라 서로 부착한 2개의 반부로 형성되는 낮은 열 전도성 열전 소자를 사용하는 열전 유닛을 제공하는 것으로, 형성된 상기 낮은 열 전도성 열전 소자는 열전 유닛의 가열 및 냉각 핀 내에 형성된 홈으로 수용된다.

본 발명의 또 다른 목적은 토러스를 생성하는 로렌쯔력을 포함하도록 열전 유닛을 둘러싸기 위해 특정 타이 스트랩(tie strap)을 사용하는 것으로, 상기 타이 스트랩은 열전 접합상에 압축 응력을 유지하도록 환상 전류 저장 루프 둘레에 고정된다.

본 발명의 또 다른 목적은 타이 스트랩을 2차 권선으로 분리하는 타이 스트립의 절연 갭을 포함하는 열전 유닛을 둘러싸기 위해 타이 스트랩을 사용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 온도 변화에 기인하는 코일의 수축 및 팽창에도 불구하고 로렌쯔력을 극복하는데 필요한 압축 응력을 유지하도록 타이 스트랩과 가열 및 냉각 핀으로 형성된 환 사이에 스프링을 삽입하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 가열 핀을 가열하는 챔버의 효율을 향상시켜 가열 핀의 온도를 상승시키고, 열전 접합 양단의 온도차를 증가시키며, 토러스 내에서 순환하는 전류의 크기를 증가시키고, 열전 발전기와 같은 열전 유닛의 전력 출력 효율을 증가시키며, 이 모두를 동일한 연료량에 대해 달성하도록 가열 핀에 다시 적외 열을 재방열시키기 위해 가열 핀의 둘레에 신규의 블랙 박스를 구성하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 발전기의 냉각 소자로부터 멀리 열을 방출하도록 공기, 물 또는 다른 액체와 같은 유체를 사용하는 것으로, 상기 유체는 열전 유닛을 통해 유체를 재순환시키기 전에 냉각시키도록 유체의 외부로 열을 방출시키기 위해 열 펌프, 방열기 또는 다른 장치에 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 솔레노이드의 기계적인 작용으로 한 방향으로 구동되고 스프링에 의해 다른 방향으로 구동되는 횡방향으로 진동하는 스레드된 전기자로 구성되는 저전력의 자기적으로 작동되는 진동 전력 출력 스위치를 이용하는 것이다. 상기 전기자는 한쌍의 인접한 핀 사이에 형성된 더 큰 스레드된 홀에 배치되고, 전기자와 홀은 모두 동일 피치로 스레드된다. 스레드된 전기자 및 홀은 토러스를 통해 순환하는 전류용 루프를 개방 및 폐쇄시키는 온/오프 스위치를 형성하여 전기자 및 홀의 스레드가 업 및 다운 위치에서 모두 접촉할 때, 그리고 접촉하지 않을 때, 토러스 내의 전류의 단속이 전기 부하를 구동시키는데 유용한 전기 출력을 생성하며, 상기 스위치는 저전력 입력 고전력 출력 장치로서 동작한다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 유닛의 전기 출력이 진동 전압 생성 전류 단속 스위치에 전력을 공급하는 사인파 발생기에 자체 전력 공급시킬 수 있을 때까지 단방향 스프링 동력 전달 진자가 솔레노이드를 다수의 사이클 동안 진동하게 하는 핑거 동작된 기계적 방벙을 사용함으로써 열전 유닛으로 전력을 발생시키는데 사용되는 진동 스위치의 솔레노이드를 작동시키도록 기계적인 입력을 제공하는 것이다. 다른 방법으로는, 핑거 동작된 압전 발전기가 먼저 연소기를 점화시키기 위한 스파크를 제공한다. 열전 유닛이 동작 온도에 도달한 후, 열전 발전기의 전력 출력이 외부 전기 부하를 구동시킬 수 있을 때까지 솔레노이드를 구동시키는 사인파 발생기에 전력을 공급하기에 충분한 전기 에너지를 저장하기 위해 압전 발전기가 사용된다.

본 발명의 또 다른 목적은 토러스 내의 열전 접합중 하나의 한쌍의 인접한 핀 사이에 홀 효과 스위치를 삽입함으로써, 및 토러스를 통해 순환하는 전류에 수직 방향으로 외부로 인가되는 자계를 제어함으로써, 토러스를 개방시키지 않고 토러스를 통해 순환하는 전류로부터 전기 에너지를 추출하는 신규의 방법을 제공하는 것이다. 외부 자계 자계의 인가 시에, 전압은 자계 강도 및 순환 전류에 비례하여 토러스의 양단에 나타나고, 전력은 외부 자계의 특성에 의존하여 AC 또는 DC의 형태로 열전 유닛으로부터 추출될 수 있다. 이 방법으로 발생된 전력은 토러스를 통해 순환하는 전류를 차단함 없이 및 진동 또는 노이즈 없이 전기 부하를 동작시키는데 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 발전기에 대해 열을 생성하는 연소기에 공급되는 연료의 흐름을 제어함으로써 열전 유닛에 의해 생성된 전압을 제어하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열전 유닛의 외부에 장착된 탱크로부터 메탄, 프로판 또는 부탄 가스를 연소시키는 열전 발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상부에 배기구를 갖는 가열 핀 아래의 환기되는 연료 연소 영역을 제공함으로써 임의의 종류의 연료를 연소시킬 수 있는 열전 발전기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 요리용으로 사용하는 포트 및 팬을 수용하도록 열 배기구상의 열전 발전기의 최상부에 보조 그릴을 제공하는 것이다.

본 발명의 열전 유닛은 바람직하게는 토러스를 형성하도록 배열된 일련의 열전쌍을 통해 높은 전류를 순환시킴으로써 자계를 형성한다. 열을 가열 핀으로 공급하고, 냉각 핀을 냉각시키며, 루프내의 순환 전류를 혼란시킴으로써 이 열전 유닛으로부터 전력이 추출될 수 있다. 이 방법으로 생성된 전기 에너지는 고전압 고에너지 AC 또는 DC 출력일 수 있다. 발전기 효율은 상보적인 높은 제벡 전압, 높은 전기 전도성(낮은 전기 저항)과 가열 및 냉각 핀의 인접한 쌍들 사이에서 비교적 낮은 열 전도성을 갖는 열전 접합을 위해 교번하는 p형 및 n형 물질 시스템을 사용하는 것에 의존한다.

토러스를 통해 전류를 구동시키는 전압은 열전 유닛의 토러스를 형성하는 직렬 접속된(전기 단락된) 루프 둘레의 열전 전압의 합이다. 전력을 제공하는 열전 유닛의 가능 출력은 토러스를 통해 순환하는 전류에 접합수에 의한 열전 접합 전압을 승산함으로서 결정될 수 있다. 루프 형상의 토러스는 순환하는 전류에 의해 발생된 자계에 저장되는 에너지를 갖는 변압기로 주로 동작한다. 순환하는 전류를 적절하게 혼란시키면, 외부 부하에 전력을 공급하는 전압이 생성된다.

다른 구조는 인접한 가열 및 냉각 핀 사이에 비교적 낮은 열 전도성을 제공하면서 동시에 높은 전기 전도성(낮은 저항)을 제공한다. 이 낮은 열 전도성 소자의 일 실시예에서, 가열 및 냉각 핀 사이에 배치되고 병치되는 스레드된 로드의 단편(short segment)들은 열 흐름을 감소시키고, 그것에 의해 온도차를 대응적으로 증가시키며 전기 발생기로 사용될 때 열전 유닛의 전체 열 대 전기 효율을 증가시킨다. 전력 생성을 위해 상기 유닛의 열전 변환 효율을 향상시키기 위해, 가열 및 냉각 핀을 접속하는 스레드의 팁은 전자들의 에미터 및 컬렉터로 작용하는 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 물질로 적절하게 코팅된다. 이 방법으로 제조된 열전 접합은 스레드 팁과 가열 및 냉각 핀 사이의 인터페이스에서 높은 온도차를 유지하면서 열전 접합을 통한 열 흐름을 크게 감소시키도록 스레드된 로드의 쐐기 형상의 에지를 따라 방사상으로 동작하는 계획된 열 기울기를 갖는 열 저항기로 작용한다. 열전 접합에 대한 이 구조는 전력의 생성을 위한 열전 접합을 형성하도록 쌍을 이루는 고체의 상이한 금속 블록보다 전력 성능면에서 10배만큼 열 대 전기 변환 효율을 증가시킨다. 가열 및 냉각 핀 사이에 열 저항을 부가함으로써, 토러스를 통해 순환하는 미리 정해진 전류를 발생시키는데 필요한 열의 양은 80%만큼 감소한다. 가열 및 냉각 핀 사이에 열전 접합을 형성하는 이들 코팅된 스레드 로드를 일체화시키면 열 대 전기 변환 효율이 4%에서 12%로 상승한다. 이 열전 유닛의 개선된 열 관리는 열전 유닛에 대해 동일한 양의 열(연료) 및 무게(중량)를 사용하여 더 높은 전력 가능 출력 발생기/출력 장치를 제공한다.

토러스내의 전기 전도성을 더욱 증가(저항을 감소)시키기 위해, 토러스를 통해 순환하는 전류가 이동하는 거리를 감소시키기 위해 가열 핀 뿐만 아니라 냉각 핀내에 홈이 형성된다. 토러스 조립 시에, 가열 및 냉각 핀내의 홈은 전술한 스레드된 로드 소자와 같은 낮은 열 전도성 소자를 수용한다. 가열 및 냉각 핀에 홈을 파는 것에 의해 구리 경로 길이의 1/2을 제거하면, 낮은 열 전도성 전열 접합 소자 양단의 온도차가 감소된 단지 몇 %에 대해서만 토러스를 통해 순환하는 전류의 양을 2배로 한 1의 L/A에 대한 1.72×10^-6오옴("Ω") 내지 8.6×10^-7Ω의 구리 경로 길이에 기인하여 저항이 감소된다.

타원형으로 스레드된 로드를 부분적으로 평평하게 하면 ρL/A에서 L이 감소하고, 토러스를 통해 순환하는 전류는 더욱 증가한다. 스레드된 로드를 평평하게 하기 위한 특정 다이 세트는 평평하게 하는 동안 스레드된 로드 본체상에 스레드를 유지하기 위해 스레드를 포함한다. 스레드된 팁을 부분적으로 평평하게 하면, 부분적으로 평평하게 된 스레드된 로드의 일측면상의 가열 핀과 접촉하는 스레드 팁으로부터 스레드된 로드가 냉각 핀과 접촉하는 다른 측면까지 루프 둘레의 열전 소자내에서의 길이가 감소한다. 스레드된 로드를 부분적으로 평평하게 하면, 교번하는 가열 및 냉각 접합 사이의 전기 저항 및 물질 거리가 감소한다.

낮은 열 전도성 소자상에 도금된 물질로 형성된 상호 접속 및 접합은 합금 열전 접합에 대해 발생하는 높은 전기 저항을 나타내지 않는다. 따라서, 환상 열전 유닛은 토러스를 형성하는 가열 및 냉각 금속 핀과 로드의 스레드된 팁 사이에 오옴 땜납 접속을 형성하기 위해 도금된 금속의 얇은 코팅을 도포함으로써 조립될 수 있다. 도금층은 가열 및 냉각 핀의 부식 및 산화에 대한 보호 장벽 및 낮은 열 전도성 열전 소자용의 보호 장벽을 형성하는데 또한 유리하게 사용될 수 있다. 프레임 및 가열 기체가 충돌하는 영역에 플래티늄 또는 팔라듐으로 가열 핀을 도금한 것은 열전 유닛을 열전 발전기로 사용할 때 발생되는 배기 기체에 대한 촉매 변환기로 작용한다. 이것은 열전 유닛이 전기를 생성하는데 사용되는 경우 가열 핀의 산화를 방지하면서 오염을 방지하는 효과를 갖는다. 오염 감소는 열전 발전기가 내부 연소 엔진의 배기로부터 가열하도록 내부 연소 엔진에 설비되는 경우 특히 중요하다. 그러한 도금된 층(들)은 본 발명에서 반도체 장치의 실리콘 평면 접합과 유사한 금속 평면 접합을 형성하는 사용될 수 있으며, 이것이 상기 접합들의 수명을 향상시키고, 주위 환경으로부터 상기 접합들을 밀봉시키며, 장치의 수명 이상으로 상기 접합들의 높은 제벡 전압 특성을 유지시킨다.

개선된 소자들은 저항을 10^-6내지 10^-7Ω 감소시키고, 각 세트의 열전 접합에 대해 제벡 전압을 2배로 한다. 상보적인 높은 제벡 전압을 위해 선택된 물질은 무산소의 부분적으로 평평하게 된 스레드된 구리 로드상에 도금된다. 이들 낮은 열 전도성 소자들은 열 흐름을 감소시키고, 온도차를 증가시키며, 발전기의 전체 열 대 전기 효율을 증가시키도록 스레드된 횡단면을 갖는다.

인접한 가열 및 냉각 핀 사이에 삽입된 낮은 열 전도성 소자에 대한 다른 구조는 가열 및 냉각 핀에 형성된 홈에 일치하는 핀이다. 이들 핀은 가열 및 냉각 핀 사이로 지향되는 전기 전도성 낮은 열 전도성 종방향 표면을 따라 서로 부착되는 2개의 반부로 형성된다. 각각의 낮은 열 전도성 소자는 열전쌍에 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 물질층으로 코팅될 수 있다. 그러한 물질은 비스무스, 콘스탄탄, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은으로 이루어진 군(群)으로부터 선택될 수 있고, 비스무스 및 안티몬과 함께 상기 물질이 p형 및 n형 접합을 각각 제공하는데 바람직한 물질이다. 낮은 열 전도성 소자를 코팅한 층은 구리와 같은 전기 전도층으로 코팅될 수 있다. 상기 낮은 열 전도성 소자를 열전 접합을 형성하기 위한 상보적인 높은 제벡 전압 물질로 코팅하는 대신에 또는 거기에 추가하여, 상기 핀 내의 홈이 상기 물질로 코팅될 수 있다. 각 핀의 제1 측면상의 홈은 하나의 형태의 접합을 제공하는 물질층으로 코팅될 수 있으며, 각 핀의 대향 측면상의 홈은 다른 형태의 접합을 제공하는 물질로 코팅될 수 있다. 상기 핀들은 동일 물질이 동일한 낮은 열 전도성 소자를 수용하는 홈을 코팅하는 층을 형성하도록 배열된다. 동일 물질은 낮은 열 전도성 소자를 코팅하는데 사용한 것과 같이 홈을 코팅하는데 사용될 수 있고, 홈을 코팅하는 물질은 전기 전도성 물질로 또한 코팅될 수 있다.

특정 타이 스트랩은 토러스를 통해 순환하는 전류에 기인하는 로렌쯔력을 포함하도록 열전 발전기를 둘러싼다. 링 내에 전류가 흐를 때, 그 전류는 자체에 힘을 가하며 이 힘을 로렌쯔력이라 칭한다. 이 힘은 실제적으로 방사상으로 작용하고 공식 F = q(E + v × B)로 표기할 수 있다. 상기 타이 스트랩은 핀들과 낮은 열 전도성 소자들 사이의 전기 접합 접속 상에 압축 응력을 유지하도록 토러스 상에 위치된다. 타이 스트랩은 큰 순환 전류로부터 로렌쯔 압력을 오프셋시키도록 압축 응력을 유지하는데 사용된다. 상기 타이 스트랩은 전기 에너지가 환상 열전 유닛을 통해 순환하는 전류로부터 제거되는 경우, 변압기의 1차 권선으로 작용하는 전류 루프와 함께 변압기의 2차 권선을 이루는 것으로부터 상기 스트랩을 분리하기 위한 절연 갭을 포함한다. 상기 타이 스트랩과 가열 및 냉각 핀 사이에 삽입된 코일 스프링은 상기 타이 스트랩이 온도 변화에 기인한 토러스의 수축 및 팽창에도 불구하고 로렌쯔력을 극복하는데 필요한 응력을 유지시키도록 인에이블시킨다.

열전 유닛이 전력 발전기로 사용되는 경우, 가열 핀을 가열시키는 챔버의 효율을 향상시키기 위해, 상기 핀들에 다시 적외 열을 재방열시키도록 가열 핀 둘레에 신규의 블랙 박스가 구성된다. 프레임 가열기로 작업할 때, 촉매 연소기가 생성하는 열의 상당한 부분이 적외선 방사의 형태의 된다는 것이 밝혀졌다. 그러한 적외선 방사는 가열 핀을 통해 이동항 배기관에서 소모된다. 블랙 박스 배열은 가열 핀을 통해 이 적외선 방사의 일부를 송출하며, 그것에 의해 가열 핀의 온도를 상승시키고, 열전 접합의 온도차를 증가시키며, 상기 루프 내의 전류의 크기를 증가시키고, 전기 발생기의 잠재적인 전력 출력을 증가시키며, 연소실 내에서 연소된 동일한 양의 연료에 대해 상기 모든 것을 증가시킨다.

전기 발생기로 동작하는 열전 유닛의 두 실시예는 냉각 핀에 대해 가열 싱크로서 냉각하는 액체를 사용한다. 개방 트로프(trough) 버전에 있어서, 모든 냉각 핀은 물을 끓이도록 열전 냉각 접합으로부터 충분한 열을 흡수하는 것처럼 증발시키는 물의 트로프내에 잠겨진다. 폐쇄된 다수의 실시예는 일단 냉각 핀을 통해 물 또는 냉각제액 중 하나를 통과시킨 후 냉각제를 배출하거나 상기 액체를 냉각시키기 위해 방열기를 통해 물 또는 냉각제를 재순환시킨 후 폐쇄 및 연속적으로 열전 유닛을 통해 상기 액체를 재순환킴으로써 열전 유닛의 냉각 핀을 냉각시키는데 액체를 사용한다.

전기 발생기로 동작하는 열전 유닛의 다른 실시예는 공기 냉각된다. 열전 발전기에 의해 생성된 전기 에너지의 작은 부분에 의해 전력 공급되는 공기 송풍기는 열전 접합으로부터 열을 빨아들이기 위해 냉각 핀을 가로질러 공기를 송풍시키고, 열 펌프 또는 다른 시스템에 사용되거나 대기로 소모하는 공기 스트림으로 공기를 전달한다.

토러스 내에서 순환하는 큰 전류는 순환하는 전기에 의해 생성된 자계를 약화시킴으로써 열전 유닛으로부터 전력을 유도하게 한다. 전기 발생기로 동작하는 경우, 전력이 상이한 다른 방법으로 열전 유닛으로부터 유도될 수 있다. 전력을 유도하는 간단한 한 방법은 인접한 쌍의 핀 사이에 형성된 큰 직경의 스레드된 홀내에 위치되는 종방향으로 진동하는 스레드된 전기자를 사용한다. 상기 진동하는 전기자는 솔레노이드의 기계적인 작용에 의해 한 방향으로 그리고 스프링에 의해 반대 방향으로 구동된다. 이 방법으로 동작하는 경우, 스레드된 전기자 및 홀은 토러스를 통해 순화하는 전류용의 루프를 개방 및 페쇄시키는 온/오프 스위치를 형성한다. 상기 전기 및 홀의 스레드가 상부 및 하부 위치에서 모두 접촉하는 경우, 전류는 토러스를 통해 흐른다. 그리고, 상기 전기자 및 스레드된 홀이 접촉하지 않는 경우, 토러스 둘레의 전류의 단속이 외부 전기 부하를 구동시키는데 유용한 전기 출력을 생성한다. 유사한 물질로 이루어지고 세라믹 스페이서에 의해 분리된 가열 및 냉각 핀이 스레드된 홀을 제공하지만, 상기 전기자는 가열 및 냉각 핀으로부터 열전적으로 상이한 물질로 이루어진 경우 이점이 있다. 이 방법으로 상기 전기자의 종방향 이동은 금속성 전기자가 가열 및 냉각 핀의 상이한 물질과 접촉할 때 제벡 전압을 생성한다.

전기 솔레노이드는 진동하는 전압 생성 스위치를 기계적으로 여기시킨다. 상기 솔레노이드는 작동 개시한 후에 열전 발전기로부터 전력을 받는 사인파 발생기에 의해 전력이 공급된다. 상기 스위치는 자계의 약화에 의해 유도되는 출력 전압의 주파수의 1/2로 종방향으로 진동한다. 배터리를 사용하지 않고 솔레노이드의 진동 동작을 개시하기 위해, 두가지 방법, 즉 1) 단방향 스프링 동력 전달 진자가 발전기의 전기 출력이 사인파 발생기에 자체 전력 공급할 수 있을 때까지의 다수의 사이클 동안 솔레노이드를 진동시키는데 사용되는 핑거 작동 기계적 방법과, 2) 사인파 발생기에 전력 공급하기 위해 전기 에너지를 먼저 저장하는 핑거 작동 압전 방법이 창안되었다. 상기 핑거, 스프링 및 진자의 질량은 솔레노이드 및 유사한 진동 스위치를 탑재 배터리의 사용 없이 기계적인 수단에 의해 자체 시동하는 열전 발전기를 생성하도록 여러 사이클 동안 동작하게 한다. 상기 진동하는 진자는 전기적으로 동작하는 전기자로부터 이격하여 정지하고 필요할 때 핑거의 플리커 또는 다른 수동 시동을 위한 준비 상태에 있다. 상기 핑거 동작 압전 발전기는 또한 푸시 버튼 압전 장치를 전기 회로에 일체화시킴으로써 열전 발전기의 연소기를 점화시키도록 작용할 수 있다. 상기 압전 발전기는 열전 발전기의 전기 출력이 상기 진동 스위치를 작동시키기에 충분한 전력을 생성할 때까지 다수의 사이클 동안 솔레노이드를 진동하게 하기에 충분한 전력을 공급할 수 있다.

순환하는 전류로부터 전기 에너지를 유도하기 위한 다른 방법은 홀 효과 장치이다. 고정된 도체 내에서 흐르는 전류에 수직으로 인가된 자계는 상기 도체 양단의 전압을 상기 전류에 수직으로 및 인가된 외부 자계에 수직이 되게 한다. 이 방법으로 발생된 전압은 홀 전압으로 칭해진다. 상기 자계의 극성을 변화시키는 경우(또는 실제로 사인 곡선인 경우), 홀 전압은 AC를 생성하는 사인 곡선일 것이다. 링 내의 열전 접합중 하나의 단편 양단에 접촉(접속)을 배치함으로써 그리고 외부적으로 인가된 자계를 제어함으로써, 상기 접촉 양단에 나타나는 접압은 자계 강도 및 순환하는 전류에 비례한다. 전력은 외부 자계의 특성에 의존하는 AC 또는 DC의 형태로 발전기 링으로부터 유도될 수 있다. 전기 에너지는 상기 링 내의 전류를 단속함 없이 회수될 수 있다. 외부 자기 회로로의 낮은 전압 입력은 발전기로부터 높은 전압 출력을 야기하고, 이것은 전기 부하를 작동시키는데 사용될 수 있다. 스위치 개방은 불필요하고, 진동 또는 노이즈는 없다.

1 T(Tesla)의 자계가 50000 A의 전도시키는 열전 유닛내의 특정 열전 단편을 통해 인가되는 경우, 1600 V의 홀 전압이 상기 단편의 양단에 나타난다. 인가된 자계 강도를 조정하면 출력 전압을 조정할 수 있고, 상기 인가된 자계의 주파수는 출력 전력의 주파수를 결정한다. 3개의 상이한 출력을 갖는 3개의 위상 전력이 3개의 상이한 홀 스위치 단편을 사용함으로써, 그리고 마이크로프로세서 제어기에 종속되는 필드를 스위칭함으로써 발생될 수 있다.

신규의 열전 발전기의 출력 전압을 제어하는 가장 간단한 한 방법은 열전 시스템에 열을 생성시키고 저장된 자기 에너지의 양에 영향을 주는 연소기에 공급하는 연료의 흐름을 제어하는 것이다. 상기 발전기 내의 연소기로 흐르는 연료의 양을 개략적으로 제어함으로써, 이것이 상기 발전기의 접합의 온도차를 제어하고, 냉각 핀에 대한 열전 접합을 통해 열을 방출하도록 끓이는 수조 또는 공기 팬에 의해 가해지는 공기 냉각된 변형체의 대기 공기중 하나로 공정하고 균일하게 흐르는 열을 제어한다. 이 가장 간단한 변형에서, 열을 상부로 전환시킴으로써, 전압이 가정 및 산업용 부하의 동작 도는 원하는 출력의 120 V 또는 208 V로 증가된다. 더욱 상세히 말하자면, 고체 상태의 전압 제어가 성공적으로 사용되었지만, 이것은 제3 세계에서 사용하기 위한 가장 간단한 개념이다.

본 발명의 장점은 본 발명의 열전 발전기가 이동부를 갖지 않는 시스템에서 임의의 원하는 연료를 연소시킴으로써 유용한 전류를 생성한다는 것이다.

본 발명의 추가의 장점은 스레드된 횡단부를 갖는 무산소의 부분적으로 평평하게 된 구리 코어상에 선택적인 높은 제벡 물질을 도금함으로써 제조된 개선된 소자가 저항을 10^-6에서 10^-7Ω으로 감소시키고 각 접합 소자 세트의 제벡 전압을 열 흐름을 감소시키도록 2배로 하며, 온도차를 증가시키고 상기 발전기의 전체 열 대 전기 효율을 증가시킨 것이다.

본 발명의 다른 장점은 가열 및 냉각 핀 사이에 열 저항을 부가하여, 구동 전류에 필요한 열의 양이 80%만큼 감소되고 4%에서 12%까지의 상승된 열 대 전기 효율을 갖는 것이다.

상보적인 높은 제벡 전압 물질로 코팅된 단일 형태의 통상적으로 순수한 금속으로 형성된 열전 소자로 제조된 토러스를 갖는 본 발명의 또 다른 장점은 순수한 금속의 합금의 화합물로 제조된 접합과 비교하여 순순한 금속의 저항이 10배 정도 낮기 때문에 전류를 10배 증가시킨다는 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 열전 접합의 수명을 향상시키고, 주위 환경으로부터 상기 접합을 밀봉시키며, 장치의 수명 이상으로 열전 접합의 높은 제벡 전압 특성을 유지시키는 반도체 기술에서의 실리콘 평면 접합과 유사한 금속 평면 열전 접합을 형성하는 것이다.

이들 및 다른 특징, 목적 및 장점은 다양한 도면으로 예시된 바와 같은 아래의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1 내지 도 3에서, 열전 발전기(40)로 사용하는데 적합한 열전 유닛은 사용 가능한 전기 출력을 생성하도록 열전쌍의 꽉 채워진 토러스(60)의 높은 순환 전류를 이용한다. 일련의 열전쌍은 각 열전쌍(55)이 (도 10 및 도 15에 도시된 바와 같이) 그들 사이에 삽입되는 낮은 열 전도성 소자(64)와 가열 핀(66) 및 냉각 핀(65)을 구비하여 토러스(60)내에 형성된다. 도 10, 도 15 및 도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 전기 전도성 물질층(67T, 94Au 및 94Ag)는 낮은 열 전도성 소자(64)와 핀(65, 66) 사이에 삽입될 수 있다. 열전 발전기(40)는 토러스(60) 내에 열전쌍을 유지하는 주변 수단(타이 스트랩(61)), 가열 핀(66)의 가열단(51)(도 6, 도 7 및 도 10에 도시)에서 가열 핀(66)을 가열하는 수단(도 17의 연소기(77)), 냉각 핀(65)의 냉각단(53)에서 냉각 핀(65)을 냉각시키는 수단(도 17 내지 도 20의 물(82) 또는 공기(100)) 및 토러스(60)로부터 전기 출력 전류를 추출하는 수단(도 3 및 도 23 내지 도 27의 진동 스위치(70), 도 29의 홀 효과 발생기(140), 또는 도 39의 콜피츠 발진기(159))를 추가로 포함한다. 도 35에 도시되어 있는 바와 같이, 토러스(60)에 포함된 열전 접합 양단의 열원(150)으로부터 열 싱크(151)로의 열 흐름은 도 35에서 화살표 및 문자 I로 표시된 바와 같은 토러스(60)를 통해 순환하도록 전류를 유도한다.

도 6 및 도 7에서, 각 가열 핀(66)은 접촉 단부(52) 및 가열단(51)을 갖는 연장된 소자로 형성되고, 각 냉각 핀(65)은 접촉 단부(54) 및 냉각단(53)을 갖는 연장된 소자로 형성된다. 각각의 핀(65, 66)은 동일한 물질, 즉 높은 전기 전도성의 바람직하게는 통상적으로 순수한 구리로 형성된다. 가열 및 냉각 핀(66, 65)은 접촉 단부에서 높은 상보 제벡 전압을 갖는 상이한 도전성 금속으로 형성된 표면을 갖는 적어도 하나의 낮은 열 전도성 소자와 접촉하고 이 소자에 의해 이격되어 있다. 낮은 열 전도성 소자(64)가 단일 물질로 형성되는 경우, 그 물질은 바람직하게는 통상적으로 순수한 니켈이다. 각각의 낮은 열 전도성 소자(64)는 상기 핀(65, 66)을 접촉시키기 위한 통상적으로 순수한 구리층(67) 또는 철층(67A)와 같은 전기 전도성 물질층(67 또는 67A)으로 코팅될 수 있다.

도 8 및 도 10 내지 도 16에서, 낮은 열 전도성 소자(64T, 64FT) 및 전기 전도성 물질층(67)은 열 전달을 감소시키도록 가열 및 냉각 핀(66, 65)와 접촉하는 낮은 표면 영역을 갖도록 구성된다. 낮은 열 전도성 소자(64T) 및 전기 전도성 물질층(67T)은 가열 및 냉각 핀(66, 65)과 접촉하는 외부 표면상에 스레드로 형성된다. 도 8에 그래프로 도시된 바와 같이, 스레드된 로드의 낮은 열 전도성 소자(64T) 및 전기 전도성 물질층(67T)은 도 9에 도시된 스레드되지 않은 낮은 열 전도성 소자(64)를 초과한 증가된 열 대 전기 변환 효율을 야기하는 가열 및 냉각 열전 접합 양단의 온도차를 10배 증가시킨다.

도 13 및 도 14에서, 낮은 열 전도성 소자(64FT) 및 전기 전도성 물질층(67FT)는 부분적으로 평평하게 될 뿐만 아니라 토러스(60)를 통해 순환하는 전류의 이동 길이(L) 및 가열 및 냉각 핀(66G, 65G) 사이의 거리를 감소시키도록 스레드된다. 낮은 열 전도성 소자(64T, 64FT) 및 전기 도체는 전기 저항을 감소시키는 동시에 전류의 이동 길이를 감소시킴으로써 가열 및 냉각 핀(66, 65) 사이의 최대 온도차를 유지하기 위해 타원형으로 부분적으로 평평하게 된 각각 니켈 및 구리로 제조될 수 있는 스레드된 로드이다.

도 10, 도 11, 도 12 및 도 14에서, L의 길이를 더욱 감소시키기 위해, 가열 및 냉각 핀(66G, 65G)는 각각 접촉 단부(52, 54)에서 각 핀(65G, 66G)의 각 측면상에 형성된 적어도 하나의 홈(38)을 포함한다. 이 홈(38)은 전기 전도성 금속층(67FT)과 접촉하는 낮은 열 전도성 소자(64FT)를 수용하며, 그것에 의해 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 전류의 이동 길이 L을 감소시킨다.

도 15 및 도 16에서, 각각의 스레드된 낮은 열 전도성 소자(64T) 및 전기 전도성 물질층(67T), 그리고 가열 및 냉각 핀(66G, 65G)의 각각의 홈(38)은 상기 핀(65, 66)내의 홈(38)과 낮은 열 전도성 소자(64) 사이의 접합에서 전기 전도성을 증가시키도록 금 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택된 부식하지 않는 금속층(94Au 및/또는 94Ag)로 도금된다.

토러스를 생성하는 열전 소자를 상호 접속시키는 물질 시스템의 선택은 매우 낮은 전기 저항을 갖지만 제벡 전압에 영향을 주지 않는 물질이 토러스(60)를 통해 순환하는 전류를 증가시키는데 많은 영향을 주는지의 여부, 또는 반대 열전형의 물질이 상기 물질의 높은 전기 저항을 오프셋하기에 충분한 상보적인 제벡 전압에 영향을 주는지의 여부를 고려하여 이루어진다. 예를 들어, 가열 및 냉각 구리 핀(66, 65) 사이에 삽입된 스레드된 구리의 낮은 열 전도성 소자(64)는 제벡 전압을 생성하지 않지만, 구리의 저항은 상보적인 제벡 전압을 생성하는 6.80×10^-6Ω-cm에서 니켈과 같은 금속과 비교하여 매우 낮은 1.72×10^-6Ω-cm이다. 9.71×10^-6Ω-cm의 저항을 갖고 18.5×10^-6㎶/℃를 생성하는 스레드된 철의 낮은 열 전도성 소자(64)를 사용하는 토러스(60)에 대해, 순환 전류를 극대화시키는데 철이 논리적인 선택일 것이다. 그러나, 사용 가능한 최상의 철(순도 99.99%)는 18.5×10^-6㎶/℃가 아닌 3.0×10^-6㎶/℃만을 생성하기 때문에 어려움이 있다. 이 물질적인 제한으로 인해, 더 나은 물질의 선택은 토러스(60)를 통해 순환하는 전류를 극대화시키도록 구리의 낮은 열 전도성 소자(64)를 사용하는 것이다. 핸드북에 나타낸 바와 같이 제벡 전압을 생성하는 적당한 비용으로 더 나은 철을 얻는 것이 가능한 경우, 철의 스레드된 낮은 열 전도성 소자(64)가 토러스(60)내에 열전 접합을 형성하는데 사용된다.

도 37은 인접한 가열 및 냉각 핀(66, 65) 사이에 삽입되는 낮은 열 전도성 소자(64)의 특히 바람직한 실시예를 도시한다. 낮은 열 전도성 소자(64)는 바람직하게는 가열 및 냉각 핀(66, 65)내에 형성된 홈(38)에 일치하는 원통형 핀과 같은 형상으로 된다. 이들 바람직한 낮은 열 전도성 소자(64)는 전기 전도성의 낮은 열 전도성 종방향 표면을 따라 서로 부착하는 2개의 반원형 구리의 열압축 또는 열핵융합 접착에 의해 형성된다. 2개의 반원형 반부가 서로에 열압축 또는 열핵융합 접착하기 전에, 병렬로 된 표면은 2개의 반부가 병렬로 될 때 서로 교차하는 릿지(ridge)를 생성하도록 마디가 많아진다. 열압축 또는 열핵융합 접착은 2개의 반부들 사이에 양호한 전기 전도성을 제공하도록 함께 교차 릿지의 피크를 융합시키지만, 릿지 사이의 골은 공기 홀(89)과 같이 개방 상태를 유지한다. 2개의 반부가 서로 결합된 후, 낮은 열 전도성 소자(64)는 가열 및 냉각 핀(66, 65) 사이의 중간에 지향된 낮은 열 전도성 종방향 표면과 함께 인접한 가열 및 냉각 핀(66, 65) 사이에 배치된다.

열전 접합을 생성하기 위해, 각각의 낮은 열 전도성 소자(64)는 예컨대, 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 물질층으로 도금함으로써 코팅될 수 있다. 상기 코팅 물질은 p형 및 n형 접합을 각각 제공하는 바람직한 물질층인 비스무스 및 안티몬과 함께 비스무스, 콘스탄틴, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 n형 코팅은 도 38A에 도시된 비스무스층(67Bi)이다. 바람직한 p형 코팅은 도 38A에 도시된 안티몬층(67Sb)이다. 도 38A에 도시된 바와 같이, 상기 층들(67bi, 67Sb)는 가열 핀(66)의 대향 측면상에서 및 냉각 핀(65)의 대향 측면상에서 상이하다. 도 12에 도시된 바와 같이, 스레드되고 평평하게 되어 스레드된 p형 및 n형 낮은 열 전도성 소자(64)는 가열 및 냉각 핀(66, 65)의 대향 측면상에 상이한 층(67)을 갖는 낮은 열 전도성 소자(64)를 갖도록 배열된 바람직하게는 비스무스 및 안티몬중 하나인 상기 리스트된 물질의 전도성 층(67)으로 또한 코팅될 수 있다.

도 38B에 도시된 바와 같이, 열전 접합을 형성하기 위해 상보적인 높은 제벡 전압 물질로 낮은 열 전도성 소자(64)를 코팅하는데 추가하여 또는 그 대신에, 상기 핀(65, 66)내의 홈(38)이 상기 물질로 코팅될 수 있다. 각 핀(65 또는 66)의 제1 측면상의 홈(38)은 예컨대, 하나의 형태의 열전 접합을 제공하는 88Bi의 물질층으로 코팅될 수 있는 반면에, 각 핀(65 또는 66)의 대향 측면상의 홈(38)은 예컨대, 다른 형태의 열전 접합을 제공하는 88Sb의 물질층으로 코팅될 수 있다. 상기 핀(65 또는 66)은 그 후 동일 물질이 동일한 낮은 열 전도성 소자(64)를 수용하는 상기 층으로 코팅한 홈(38)을 형성하도록 배열된다. 낮은 열 전도성 소자(64)가 높은 상보적인 제벡 전압 물질로 코팅되지 않는 경우, 공통의 낮은 열 전도성 소자(64)를 접촉하는 가열 및 냉각 핀(66, 65)의 홈(38)에 대한 물질 형태를 일치시키는 것이 필요하다. 그러나, 낮은 열 전도성 소자(64)가 높은 상보적인 제벡 전압 물질로 코팅되는 경우, 상기 소자(64)상의 코팅과 상기 핀(65 또는 66)상의 병렬 코팅은 동일 물질로 되어야 한다.

도 38C에 도시된 바와 같이, 상기 핀(65, 66) 또는 낮은 열 전도성 소자(64)중 하나를 코팅하는 높은 상보적인 제벡 전압 물질의 층은 구리 물질(87Cu)층으로 추가로 코팅될 수 있다. 상기 층(67Bi, 67Sb, 88Bi 및/또는 88Sb)의 높은 상보적인 제벡 전압 물질을 상기 층(87Cu)으로 코팅하면 상기 소자(64)가 접촉하는 상기 핀(65, 66)과 각 낮은 열 전도성 소자(64) 사이에 양호한 전기 접속을 형성하기 쉽다.

도 3, 도 4 및 도 5에서, 원주 수단이 토러스의 낮은 열 전도성 소자(64) 및 핀(65, 66)을 유지시킨다. 따라서, 타이 스트랩(61)은 순환하는 전류로부터 야기되는 로렌쯔력을 포함하도록 토러스(60)를 둘러싼다. 바람직하게는 강도를 위한 금속 벨트인 상기 타이 스트랩(61)은 전기 접합 접속상에 압축 응력을 유지시키도록 토러스(60)(전류 저장 장치임) 둘레에 고정된다. 상기 타이 스트랩(61)은 토러스(60)내의 압축 응력을 유지시키기 위해 버클(68) 및 스프링 와셔(69)(도 4)로 타이 스트랩(61)내에 형성된 바람직하게는 세라믹과 같은 유전체인 절연 갭(63)을 포함한다. 상기 절연 갭(63)은 타이 스트랩(61)이 토러스(60)의 2차 권선이 되는 것을 방지하기 위해 상기 타이 스트랩(61)을 분리시킨다. 유전체 및 열 절연층(62)은 상기 타이 스트랩(61)이 열전쌍을 전기 또는 열적으로 단락시키는 것을 방지하기 위해 타이 스트랩(61)과 토러스(60) 사이의 타이 스트랩(61)에 고정된다. 도 5에서, 상기 루프는 열전쌍의 토러스(60)와 타이 스트랩(61) 사이에 고정된 복수의 코일 스프링(72)을 추가로 포함한다. 압축된 코일 스프링(72)은 타이 스트랩(61)이 온도 변화에 기인하는 토러스(60)의 압축 및 팽창에도 불구하고 로렌쯔력을 극복하는데 필요한 응력을 유지하도록 인에이블시킨다.

토러스(60)가 가열 및 냉각 핀(66, 65)의 쌍 사이에 삽입된 낮은 열 전도성 소자(64)의 형태에 무관하게 둘러싼 타이 스트랩(61)으로 조립된 후에, 전체 어셈블리는 5 분동안 450℃에서 진공으로 열압축 접착된다. 열압축 접착 후에, 전체 토러스(60)는 Connecticut주의 Waterbury에 소재한 MacDermid, Incorporated에서 시판된 ELNIC 100, 고형광 공정과 같은 비전자 니켈 물질로 도금된다.

도 1 및 도 17에서, 가열 핀(66)의 가열단(51)에서 가열 핀(66)을 가열시키는 수단은 연료 연소 영역(79)내에 위치된 각 가열 핀(66)의 각 가열단(51) 및 연료 연소 영역상에 배기구(90)을 갖는 가열 핀(66) 아래의 환기되는 연료 연소 영역(79)을 포함한다. 임의의 형태의 연료가 촉매 연소기(77)에서와 같이 연료 연소 영역에서 연소될 수 있다. 도 15에서 도시된 바와 같이, 각각의 가열 핀(66G)은 상기 연소 영역으로부터 기체를 배기시키는 촉매 변환기와 같이 작용하도록 연소 기체에 의해 접촉되는 가열 핀(66)의 홈이 없는 가열단(51)상에 플래티늄 또는 팔라듐의 층(71)으로 도금될 수 있다. 상기 층(71)으로 가열 핀(66)을 코팅하면, 오염이 감소하고 가열 핀(66)의 산화가 방지된다. 열전 발전기(40)에 의해 생성된 전기 출력 전류는 연료 연소 영역에 공급되는 연료의 양을 제어함으로써 제어될 수 있다.

연료 연소 영역(79)에는 일련의 기체 분출구인 도 19에 도시되어 있는 연소기(56)가 제공되고, 관(57)을 통해 상기 영역에 공급되는 연료는 외부 탱크(50)(도 1)로부터 공급되는 압축 기체의 스트림을 포함한다. 바람직하게는 메탄, 프로판 또는 부탄 기체인 기체 연료가 상기 연소기(56)에 공급된다. 연소기(56)에는 등유, 디젤 연료, 중유, Jet-A, JP-4, JP-6, JP-8 및 가솔린과 같은 기화된 액체 연료가 공급될 수도 있다. 다른 방법으로는, 가열단(51)에서 가열 핀(66)을 가열시키는 수단은 핵 전력 공급 열원일 수 있다.

도 17에서, 블랙 박스 재가열기(75)는 열 효율을 증가시키도록 가열 핀(66)에 연료에 의해 생성된 적외 열을 재방열시키기 위해 가열 핀(66) 둘레의 연료 연소 영역(79)을 덮는다. 상기 블랙 박스 재가열기(75)는 방열된 열이 배기구(90)로 직접 가는 것을 방지하도록 격벽(78) 및 블랙 하면(76)을 갖는 열 절연성 외부층(74)을 포함한다. 도 1에서, 열전 발전기(40)는 요리에 사용되는 팬 및 포트를 수용하도록 열 배기구 상의 토러스(60), 커버(43) 및 그릴(42)을 둘러싸는 지지 베이스(44)를 추가로 포함한다. 열전 발전기의 외부상의 핸들(41)은 광 유닛의 전송을 비교적 용이하게 인에이블시킨다.

도 17 내지 도 19에서, 냉각 핀(65)의 냉각단(53)에서 냉각 핀(65)을 냉각시키는 수단은 냉각실(81 또는 102)을 포함한다. 냉각실(81 또는 102)은 유체내에 위치되는 냉각 핀(65)의 냉각단(53)으로부터 열을 추출하는 유체(82 또는 100)를 포함한다.

도 18에서, 유체는 공기(100)이고, 냉각 수단은 냉각실로의 공기 인입구(104), 냉각실로부터의 공기 배출구(101) 및 냉각 팬(65)으로부터 열을 추출하는 냉각실을 통해 공기(100)를 순환시키도록 냉각실(102)과 연결하는 팬(103)을 포함한다. 냉각실로부터의 공기는 외부 가열 시스템(105)을 통해 순환될 수 있고, 공기는 가열 시스템으로 방출하며, 상기 공기는 팬(103)에 의해 냉각실(102)을 통해 다시 순환된다.

도 17 및 도 19에서, 냉각 유체는 물(82)과 같은 액체이고, 냉각실은 개방 트로프(81)이며, 냉각 핀(65)의 냉각단(53)은 냉각 핀(65)의 냉각단(53)을 냉각시키도록 수증기(80)를 방출하여 기화시키는 물(82)로 침전된다.

도 20에서, 냉각 유체는 물(82)과 같은 액체이고, 냉각실은 냉각 핀(65)의 냉각단(53)을 둘러싸는 폐쇄된 다기관(83)이며, 이 다기관(83)과 연결하는 펌프(85)를 추가로 포함한다. 상기 펌프(85)는 다기관(83)을 통해 상기 액체를 순환시키고, 상기 액체는 냉각 핀(65)과 접촉하여 냉각 핀(65)으로부터 열을 추출한다. 다기관(83)에서 배출되는 데워진 물(84)은 다른 시스템을 가열시키고 물을 냉각시키도록 외부 방열기(86)를 통해 순환될 수 있으며, 상기 펌프(85)는 다기관(83)으로 물을 재순환시킨다.

도 22 내지 도 27에서, 토러스(60)로부터 전기 출력 전류를 추출하는 수단이 도시되어 있다. 이들 도면에 도시되어 있는 전력 출력 수단은 종방향으로 진동하는 스레드된 전기자(131)를 갖는 스위치(70)를 포함한다. 상기 전기자(131)는 접속 로드를 통해 한 방향으로 상기 전기자(131)를 이동시킬 수 있는 솔레노이드(115)에 결합된다. 스프링(138)은 전기자(131)가 솔레노이드(115)와 반대 방향으로 이동하도록 한다. 전기자보다 큰 스레드된 홀(139)은 통상적으로 순수한 구리와 같은 전기 전도성 물질로 제조된 냉각 핀(65T)와 가열 핀(66T) 사이에 형성된다. 가열 및 냉각 핀(66T, 65T)은 스레드된 세라믹 스페이서(134)(도 27)에 의해 분리된다. 상기 스레드된 전기자(131)는 스레드된 홀(139)내에서 종방향으로 이동한다. 상기 전기자(131)는 가열 및 냉각 핀(66, 65)을 형성하는 물질과 열전기적으로 상이한 물질인 금속으로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 전기자(131)와 가열 및 냉각 핀(66T, 65T)내에 형성된 스레드된 홀은 모두 동일 피치로 스레드되며, 그들은 모두 함께 토러스(60)를 통해 흐르는 순환하는 전류를 단속하기 위한 온/오프 스위치를 형성한다.

상기 스위치가 전기적으로 폐쇄된 위치에 있을 때, 상이한 금속 전기자(131)의 종방향 이동은 금속 전기자(131)와 가열 및 냉각 핀(66T, 65T)의 접촉에 기인하는 제벡 전압의 생성을 야기한다. 도 25A에 도시되어 있는 상부의 전기적으로 폐쇄된 위치로의 전기자(131)의 이동은 솔레노이드(115)에 의해 영향을 받고, 도 25 C에 도시되어 있는 하부의 전기적으로 폐쇄된 위치로의 이동은 스프링(138)에 의해 영향을 받는다. 상기 전기자(131)가 양쪽의 전기적으로 폐쇄된 위치 사이에 있을 때, 스위치(70)는 스레드된 접촉이 없는 도 25B에 도시되어 있는 개방 위치에 있고, 토러스(60)를 통해 순환하는 전류의 흐름은 외부 전기 부하(95)를 구동시키는데 유용한 전기 출력 전압을 생성하도록 단속된다.

도 23, 도 24 및 도 26에 도시되어 있는 바와 같이, 전기 출력 회로(130)는 도 1에 도시된 열전 발전기(40)의 외부의 전기 방출구(39)와 접속한다. 도 23은 출력 회로(130)에서 전류 I를 발생시키도록 개방하는 진동 스위치(70)를 도시한다. 도 24에서, 진동 스위치(70)는 전류가 출력 회로(130)로 흐르지 않도록 폐쇄된다. 개방 및 폐쇄 위치 사이의 교번은 상기 부하(95)에 교류 전류를 공급한다. 커패시터 탱크 회로(133)(도 26)는 출력 AC에서 출력 이상(異常)을 필터링하는 출력 회로(130)에 일체화되고, 출력 AC를 사인파에 가깝게 만드는 전기 출력의 품질을 향상시킨다.

도 27에 도시된 바와 같이 가열 및 냉각 스위치 핀(66T, 65T)는 가정 또는 통상적인 전기 부하(95)를 여자시키는 출력 단자(135)를 제공한다. 토러스(60)에 의해 제공된 전기 루프를 교번하여 개방 및 폐쇄시키면, 50/60 Hz에서 120/208 V의 범위의 교류 전압이 생성된다. 전기자(131)는 순환 전류를 차단함으로써 야기되는 도 30에 도시된 자계(143)의 약화에 의해 유도되는 출력 전압의 1/2 주파수에서 종방향으로 진동한다.

도 22에서, 솔레노이드(115)에 전력 공급하기 위해, 사인파 발생기(116)는 동작 후에 열전 발전기(40)로부터 전기 접촉(114)을 통해 전력을 수용한다. 기계적인 수단에 의해 열전 발전기(40)를 시동시키기 위해, 수동 조작된 단방향 스프링 동력 전달 진자(120)는 솔레노이드(115)에 기계적으로 결합된다. 피벗(123)을 회전시키면, 상기 진자(120)는 정지부(124)에 대하여 스프링(122)에 의해 정상적으로 바이어스된다. 질량(121)으로 부하가 가해진 상기 진자의 단부를 누르면, 대향 단부에서 리프터(125)가 상기 솔레노이드(115)를 작동시키도록 한다. 상기 진자(120)는 열전 발전기(40)의 전기 출력이 솔레노이드(115)를 구동시키기 위해 사인파 발생기(116)에 자체 전력 공급할 수 있을 때까지 다수의 사이클 동안 진동한다.

도 21에서, 열전 발전기를 시동시키는 교번 수단은 작동 버튼(111)을 누름으로써 연소기 프레임 점화 스파크(118)를 공급하는데 사용되는 핑거 조작 압전 발전기(110)를 포함한다. 압전 발전기(110)는 도 22에서와 같이 진동 스위치(70)에 접속되는 솔레노이드(115)를 작동시키기 위해 사인파 발생기(116)에 전력을 공급하는 전압 조정기(113)를 통해 접속되는 커패시터(117)내에 전기 에너지(112)를 저장하는데 또한 사용될 수 있다.

도 28 내지 도 34에서, 토러스(60)로부터 전기 출력 전류를 추출하는 수단은 홀 효과 발생기(140)를 포함한다. 홀 효과 발생기(140)는 토러스(60)내에 흐르는 전류 I에 수직인 자계(137)를 인가하는 전자석(147)을 포함한다. 전기 접촉(149)은 토러스(60)의 단편을 따라 가열 및 냉각 핀(66, 65) 사이에 배치된 다수의 열전 홀 효과 소자(146)를 직렬로 접속시킨다. 도 31에 도시된 바와 같이, 작은 화살표(144)로 표시된 열 흐름은 가열 핀(66)으로부터 열전 홀 효과 소자(146)를 통해 냉각 핀(65)으로 흐른다. 동시에, 큰 화살표(145)로 표시된 큰 전류가 토러스(60)를 통해 순환한다. 전류(145)에 수직으로 인가되는 외부 자계(137)는 열전 홀 효과 소자(146) 양단에 전압을 유도한다. 도 32에 도시된 전기 출력 회로(142)는 부하(95)를 동작시키기 위한 전기 에너지가 토러스(60)내의 전류 I를 단속시키지 않고 열전 발전기(40)로부터 회수될 수 있게 하기 위해 직렬 접속된 열전 홀 효과 소자(146)에 접속한다. 열전 소자(146)에 대한 바람직한 형태는 각각 낮은 열 전도성 소자 및 도체에 대해 스레드된 구조에서 타원형 부분상에 도금된 상이한 금속을 갖는 니켈 및 구리의 타원형 부분이다.

도 28은 토러스(60)내에 흐르는 전류 I에 대해 수직으로 인가되는 자계(137)를 도시하며, 이 자계는 전류 I에 수직이고 외부 자계(137)에 대해 수직인 토러스 양단에 전압을 발생시킨다. 이 횡단 전압은 홀(Hall) 전압이라 부른다. 이 전압은 도선의 일 측에, 결과적으로 인가된 자계(137)에 전류(136)가 모이게 한다. 자계(137)의 극성이 변화하는(또는 그 특성상 사인파가 되는) 경우, 홀 전압도 역시 사인파가 되어 AC 를 생성할 것이다. 도 29, 도 32 및 도 34에 도시된 바와 같이, 자계(137)는 직렬로 접속된 열전 홀 효과 소자(146)를 가로질로 평행하게 접속한 직렬 접속의 코일(148)에 의해 발생된다. 또 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET, 141)는 코일(148)에 직렬로 접속되어, 코일(148)을 통해 흐르는 전류를 차단하여 외부적으로 인가된 자계(137)를 생성한다. 따라서, MOSFET(141)를 개방 및 폐쇄함으로써, 외부적으로 인가된 자계(137)는 교번적으로 인가되어 열전 홀 효과 소자(146)로부터 제거될 수 있다. 이러한 방식으로, 토러스(60)로부터 유도된 전력은 외부 로드(95)와, 홀 효과 소자(146)에 의한 전력의 생성에 전력을 공급한다.

3개의 상이한 출력을 갖는 3상 전력이 생성될 수 있으며, 3개의 독립적인 홀 효과 발생기(140)를 이용함으로써 3상 전력이 사용되며, 이 홀 효과 발생기(140)는 각각 홀 효과 소자(146), 외부 인가 자계(147)를 발생하는 코일(148) 및 MOSFET(141)를 구비한다. 3상 전력의 생성에 필요한 홀 효과 발생기(140) 각각에 대한 외부 인가 자계(137)의 조정은 마이크로프로세서 제어기로부터 제공되는 신호에 응답하여 MOSFET 를 온 및 오프로 스위칭함으로써 달성된다. 전력 그리드와 동상으로 3상 전력을 발생시키는 것은 전력 그리드의 동작을 감지하고 발생기(40)에 의해 생성된 출력 주파수와 위상을 그리드의 주파수 및 위상과 일치시킴으로써 달성된다.

도 39는 토러스(60)으로부터 전력을 생성하는 다른 기술에 대해 도시하고 있다. 도 39에 있어서, 커패시터(160)는 토러스(60)를 가로질러 직경 방향으로 접속되어, 토러스(60)의 인덕턴스를 갖는 병렬 공진 회로 콜피츠 발진기(159)를 형성한다. 전기적으로 동작하는 단락 스위치(161)는 토러스(60)의 반부 위에 위치한 여러개의 열전 접합을 가로질러 접속한다. 스위치(161)를 교번적으로 개방 및 폐쇄함으로써, 콜피치 발진기(159)는 여기되어, 토러스(60)의 인덕턴스와 커패시터(160)의 커패시턴스의 1/4 만큼에 의해 판정된 발진기의 특징적인 공진 주파수로 발진하게 된다. 결론적으로, 도 39에 이중 화살표로 표시된 AC 전압(162)은 커패시터(160)와 토러스(60)에 접속된 단자들(163)의 양단에 나타나게 된다. AC 전압(162)은 외부 로드(95)를 구동시키기 위해 제공될 수 있다. 단자들(163) 중 하나에 접속된 정류 다이오드(164)는 AC 전압을 정류하고, 이 동안 커패시터(165)는 정류된 AC 전압을 필터링함으로써 단자들(166) 양단의 DC 전압을 생성하여 외부 로드(95)를 구동시키도록 제공될 수 있다.

이러한 새로운 발생기는 가정용 비상 전력, 가정용 모터 및 오락용 공기 조절기 및 구성품으로부터 제3 국가의 지역 전기화(electrification)까지의 범위에 응용될 수 있다. 이 발생기(40)는 모두 고체 회로이며, 움직임으로 인해 손상되는 부품이 없으며, 동작시 소음도 없고, 구조는 스테인레스 스틸로 되어 있다. 이 5-kW 발생기(40)의 무게는 12 kg(27 Ibs)이며, 연료는 1시간 동안 사용할 수 있다. 열(thermal) 대 전기의 효율성 대비는 현재 대략 12% 이며, 통상적인 열전 발생기에 비해서는 훨씬 더 차이가 나지만, 가솔린/디젤 전력을 사용하는 발생기의 무게에 비해 1/10 밖에 되지 않는다. 이러한 타입의 열전 발생기는 크기, 무게, 용량 및 비용의 측면으로 보아 휴대용 장치에 매우 유용하다.

도 36에 도시된 바와 같이, 전류가 토러스(60)를 구성하는 열전 접합점을 통해 흐른다면, 펠티에르(Peltier) 효과에 의해 온도 변화가 생기게 된다. 열은 냉각 면(151A)에서 흡수하여 가열 면(150A)으로 방출하기 때문에, 소음이 없는 냉각 성능을 갖게 된다. 열전 냉각기도 매우 안정적이기 때문에, 레이저 다이오드나 전하 결합 장치, 적외선 검출기, 저소음 증폭기 및 컴퓨터 칩과 같은 전자 소자의 온도 안정화를 위해 사용될 수 있다. 환경에 대한 표준 클로로플루오르카본 및 온실 냉각 가스의 유해한 효과와 컴퓨터와 전자기기내의 소형 국부화 냉각을 위한 필요성의 관점에 있어서, 열전 분야는 현재 존재하는 재료에 비해 더 높은 성능의 실온 재료를 사용할 필요가 있다. 게다가, (높은 전이 온도의 초전도 재료를 이용하는) 극저온 전자장치의 분야에 있어서도, 저온(100 내지 200 K)이며 높은 성능의 열전 장치의 필요성이 더욱 증대하고 있다.

또 수송을 위해서만이 아니라 기상 관리를 위해서 다음 세대의 차량에 사용하기 위한 자동차 산업에서도 열전 개념이 고려되고 있다. 다른 가능한 자동차 사용 범위는 소모성 엔진 열을 이용하는 전력 발생으로부터 안락함이나 전자 소자의 냉각을 위해 전원식 좌석 냉각기까지 사용할 수 있다. 오늘날 이들 재료의 대부분의 공통적인 응용은 소형이고 열전 냉각기-가열기이며, 이것은 많은 지역 점포에서 80 달러 내지 100 달러로 판매되고 있다. 이것은 단지 스위치를 살짝 움직임으로써 약 25℃ 이하로 냉각시킬 수 있으며 주위 온도 이상인 약 55℃ 까지 가온시킬 수 있다. 이것은 AC 소켓이나 얼음 공급기로부터 먼 거리에 위치한 경우 유용하게, 자가용 담배 라이터에 플러그되거나 소량의 DC 전원에 의해 동작할 수 있다. 이 냉각기는 크게 보면, 예컨대 표본의 온도 안정성에 대한 생물학적 응용이나 기호 음료를 차갑게 유지하는데 중요하게 사용될 수도 있다. 초기에 5000W 발생기로 개발되어 냉각기로서는 고려되지 않았던 고성능의 열전 유닛(40)은 5000W 발생기 설계에 사용된 동일하게 진보된 재료 시스템이 고체 냉각기로서도 효율적인 기능을 갖기 때문에 열전 냉각을 제공하게 될 것이다.

도 40은 냉동을 위한 열전 유닛(40)을 동작시키기 위한 한가지 방법을 나타내고 있다. 도 40에 있어서, 자기 코일(170)은 토러스(60)를 둘러싼다. 자기 코일(170) 위의 권선(171)은 전자 스위치(172), 커패시터(173) 및 저항(174)과 직렬로 접속된다. 전자 스위치(172)에 제공된 구동 신호는 직렬 회로를 교번으로 폐쇄 및 개방하여, 직렬로 접속된 저항(174), 커패시터(173) 및 권선(171) 양단에 전압 V 를 인가한다. 이들 직렬로 접속된 회로 양단에 인가된 전압은 도 40에서 소형 화살표로 표시된 전류(175)를 토러스(60)에 주기적이며 반복적으로 주입하여 도 40에서 대형 화살표로 표시된 훨씬 더 큰 순환 전류(176)(예컨대, 10,000 암페어)에 부가한다. 이러한 방식으로 토러스(60)에 주입된 전류에 의해 열이 냉각 핀(65)으로부터 가열 핀(66)으로 전달되도록 함으로써, 토러스(60)는 열전 냉동기로서 동작하게 된다.

열전 유닛(40)에 대한 다른 장치는 충전, 전기 자동차를 위한 교류 전원으로서의 사용, 산업용 피크 쉐이버(peak-shaver), 산업용 공익 설비 보호 시스템 및 공익 사업용의 600 MWh 다이어널 그리드 수평자(diurnal grid-leveler)와 같은 응용 분야에서의 발생기 및 저장 성능을 포함한다.

비록 본 발명이 바람직한 실시예에 의해 기술되었지만, 이러한 기술은 순전히 예증을 위한 것이며 제한적으로 해석해서는 안된다는 것을 알 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명은 열전 접합 그룹의 환상(toroidal) 배열에 관해 기술되었지만, 본 발명의 환상 형태는 힘의 대칭, 제조와 조립의 용이성에 대해서도 바람직하다는 것을 알 수 있을 것이다. 즉, 열전 발생 및/또는 냉동 유닛을 형성하기 위해 순차적으로 정렬되어 그룹을 형성하는 모든 또는 거의 모든 소자들은 동일하게 형성되어 동작 가능한 유닛으로의 이들의 제조 및 조립을 간단하게 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 열전 그룹은 토러스(60)의 형태와 다른 형태, 예컨대 열전 소자들을 타원형의 폐쇄 루프로 형성하거나, 직사각형의 폐쇄 루프 형태 또는 육각형의 폐쇄 루프 형태 등으로 구성될 수 있다. 따라서, 청구 범위는 전류가 순환하는 폐쇄 루프를 형성하는 열전 소자의 그룹의 모든 기하학적 형상 구성을 포함한다는 것을 알 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고, 본 발명의 다양한 변형 및 다른 응용이 이 기술 분야의 당업자에게 의심의 여지없이 명백할 것이다. 따라서, 청구 범위는 모든 변형이나 다른 응용이 본 발명의 사상과 범위에 포함된다고 해석해야 할 것이다.

Claims

밀집된 열전쌍의 폐쇄 루프에서 높은 순환 전류를 이용하여 전기를 발생하거나 냉동을 위한 열전 유닛에 있어서,

폐쇄 루프를 형성하도록 정렬된 일련의 열전쌍을 구비하는데, 상기 열전쌍은 각각 가열 핀, 냉각 핀 및 각각이 인접하여 쌍으로된 가열 핀 및 냉각 핀 사이에 삽입된 전기 도전성이며 낮은 열 전도성을 갖는 소자를 포함하며, 각각의 가열 핀은 접촉 단부와 가열단을 갖는 신장된 형태를 가지고, 각각의 냉각 핀은 접촉 단부와 냉각단을 갖는 신장된 형태를 가지며; 각각의 가열 핀 및 냉각 핀은 높은 전기 도전성 재료로 형성되고 서로 이격되어 접촉 단부에서 적어도 하나의 낮은 열 전도성 소자와 접촉하며, 상기 핀들과 낮은 열 도전성 소자 사이의 접합을 형성하는 재료는 상기 열전쌍에 대해 상보적인 높은 제벡 전압을 제공함으로써, 상기 가열 핀의 가열단을 가열하고 상기 냉각 핀의 냉각단을 냉각시킴에 따라 전류가 상기 열전쌍의 폐쇄 루프를 통해 순환하고,

상기 폐쇄 루프에 정렬된 열전쌍들을 유지하는 원주형의 유지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제1항에 있어서, 상기 낮은 열 전도성 소자들은 가열 핀 및 냉각 핀과 접촉하는 낮은 표면 영역을 가짐으로써 가열 핀 및 냉각 핀 사이의 열 전달을 감소시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제2항에 있어서, 상기 낮은 열 전도성 소자들은 가열 핀 및 냉각 핀과 접촉하는 스레드된 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제3항에 있어서, 상기 낮은 열 전도성 소자들은 부분적으로 평평하게 되어, 상기 폐쇄 루프를 통해 흐르는 전류에 대한 인접한 가열 핀 및 냉각 핀 사이의 거리를 감소시키는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제3항에 있어서, 상기 가열 핀과 냉각 핀은 각각 상기 낮은 열 전도성 소자들 중 하나를 수용하기 위해 반대 면 위에 적어도 홈을 갖도록 형성됨으로써, 상기 폐쇄 루프를 통해 흐르는 전류에 대한 이동 거리를 감소시키는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제5항에 있어서, 상기 낮은 열 전도성 소자들과 상기 가열 핀 및 냉각 핀에 형성된 홈들은 상기 핀들과 상기 열전쌍에 대한 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 낮은 열 전도성 소자들 사이에 접합을 위한 상이한 금속으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제6항에 있어서, 상기 상이한 금속은 비스무스, 콘스탄탄, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은을 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제1항에 있어서, 상기 가열 및 냉각 핀은 각각의 제1 면과 제2 면 모두에 적어도 홈을 갖도록 형성되며, 상기 홈은 각각 상기 낮은 열 전도성 소자들 중 하나를 수용함으로써, 상기 폐쇄 루프를 통해 흐르는 전류에 대한 이동 거리를 감소시키고,

상기 낮은 열 전도성 소자들은 전기 도전성과 낮은 열 전도성을 갖는 종방향 표면을 따라 서로 접촉하는 2개의 반부로 형성되며, 상기 낮은 열 전도성 소자들은 낮은 열 도전성을 갖는 소자의 표면이 낮은 열 전도성 소자와 접촉하는 상기 가열 핀 및 냉각 핀 사이에 배치되도록 배향되어, 상기 가열 핀 및 냉각 핀 사이의 열 전도성을 감소시키는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제8항에 있어서, 상기 낮은 열 전도성을 갖는 소자들은 각각 비스무스, 콘스탄탄, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은을 포함하는 군으로부터 선택된 열전쌍에 대한 상보적인 높은 지벡 전압을 제공하는 낮은 열 전도성 소자와 핀들 사이에 접합을 위한 물질층으로 코팅한 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제9항에 있어서, 상기 낮은 열 전도성 소자를 각각 코팅하는 층은 전기 전도성 층이 그 위에 코팅된 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제8항에 있어서, 상기 핀들 각각의 제1 면 위의 홈은 비스무스, 콘스탄탄, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은을 포함하는 군으로부터 선택된 열전쌍에 대한 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 낮은 열 전도성 소자와 상기 핀들 사이에 접합을 위한 물질층으로 코팅되며,

상기 핀들 각각의 제2 면 위의 홈은 비스무스, 콘스탄탄, 니켈, 셀레늄, 텔루륨, 실리콘, 게르마늄, 안티몬, 니크롬, 철, 카드뮴, 텅스텐, 금, 구리, 아연 및 은을 포함하는 군으로부터 선택된 열전쌍에 대한 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 낮은 열 전도성 소자와 상기 핀들 사이에 접합을 위한 물질층의 재료로 코팅되고, 상기 핀들 각각의 제2 면 위의 층을 형성하는 물질은 상기 핀들 각각의 제1 면 위의 층을 형성하는 물질에 대해 반대인 제벡 전압을 가지며, 상기 핀들은 동일 물질이 동일한 낮은 열 전도성 소자를 수용하는 홈들을 코팅하는 층을 형성하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제11항에 있어서, 상기 핀들 각각의 위에 형성된 홈들을 코팅하는 층들은 그 위에 전기 전도성 층이 코팅되는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제1항에 있어서, 상기 폐쇄 루프에 정렬된 열전쌍을 유지하는 원주형 유지 수단은 폐쇄 루프내에 형성된 로렌츠력을 유지하도록 열전쌍의 폐쇄 루프를 둘러싸는 타이 스트랩을 구비하며, 이 타이 스트랩은 폐쇄 루프 둘레에 고정되어 상기 가열 및 냉각 핀들과 상기 열전 유닛의 낮은 열 전도성 소자들에 압축 응력을 가하고, 열전쌍의 폐쇄 루프를 통해 순환하는 전류에 결합된 2차 권선으로서 상기 타이 스트랩을 분리하는 절연 갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제13항에 있어서, 상기 열전쌍의 폐쇄 루프와 타이 스트랩 사이에 고정되어, 정상적인 압축하에서, 온도 변화에 기인한 폐쇄 루프의 압축 및 신장에 관계없이 로렌츠력을 극복하기 위해 필요한 응력을 상기 타이 스트랩으로 하여금 유지하도록 하는 복수개의 코일 스프링을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제1항에 있어서, 상기 가열 핀의 가열단에 열을 공급하기 위한 핀 가열 수단과;

상기 냉각 핀의 냉각단로부터 열을 제거하기 위한 핀 냉각 수단과;

상기 폐쇄 루프로부터 출력 전류를 얻어, 상기 열전 유닛이 열전 발생기가 되도록 하는 전력 출력 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 가열 핀의 가열단은 상기 핀 가열 수단으로부터 소모된 가스에 대한 촉매 변환기를 제공하기 위해 백금과 팔라듐을 포함하는 군으로부터 선택된 물질로 코팅되어, 상기 가열 핀의 오염과 산화를 모두 감소시키는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 핀 가열 수단은 상기 가열 핀의 아래에 위치한 환기된 연료 연소 영역을 구비하고, 이 환기된 연료 연소 영역의 위에 위치한 배출구를 가지며, 상기 가열 핀의 가열단은 상기 연료 연소 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제17항에 있어서, 상기 연료 연소 영역은 일련의 가스 분출구를 추가로 구비하며, 이 가스 분출구는 자신에 공급된 일련의 압축 가스로 구성된 연료를 수용하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제18항에 있어서, 상기 압축 가스는 메탄, 프로판 및 부탄을 포함하는 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제17항에 있어서, 상기 열전 유닛의 최상단에 위치하여 요리시 사용되는 요리용 냄비를 상기 배출구 위에 수용하는 그릴을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제17항에 있어서, 상기 연료 연소 영역에 위치하여 상기 가열 핀 둘레에서 연료를 상기 가열 핀으로 다시 되돌림으로써 발생된 적외선 열을 재방사하는 블랙 박스 재가열기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제17항에 있어서, 상기 연료 연소 영역은 등유, 디젤 연료, 중유, Jet-A, JP-4, JP-6 JP-8 및 가솔린을 포함하는 군으로부터 선택된 기화된 액상 연료를 수용하는 연소기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 핀 가열 수단은 핵 전력 열 공급원을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 핀 냉각 수단은 상기 열전 유닛에 포함된 냉각실을 구비하며, 상기 냉각 핀의 냉각단은 상기 냉각실에 위치하고, 상기 냉각실은 이 냉각실에 위치한 냉각 핀의 냉각단로부터 열을 제거하는 유체를 보유하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제24항에 있어서, 상기 유체는 공기이며, 상기 냉각실의 진입을 위한 공기 인입구와, 상기 냉각실로부터의 방출을 위한 공기 배출구와, 상기 냉각 핀으로부터 열을 제거하기 위해 상기 냉각실을 통해 공기를 순환시키도록 상기 냉각 실과 관련된 팬을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제25항에 있어서, 상기 냉각실로부터 방출되는 공기는, 외부 가열 시스템을 통해 순환되어 이 외부 가열 시스템으로 향하는 열을 제거하고, 상기 냉각실을 통해 팬에 의해 다시 순환되는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제24항에 있어서, 상기 유체는 액체이며, 상기 냉각실은 관통 개구이고, 상기 냉각 핀의 냉각단은 상기 액체에 담겨지는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제24항에 있어서, 상기 유체는 액체이며, 상기 냉각실은 냉각 핀의 냉각단을 둘러싸는 폐쇄된 분기관이고, 상기 열전 유닛은 상기 분기관과 관련되어 상기 분기관을 통해 액체를 펌핑함으로써, 냉각 핀으로부터 열을 접촉하여 제거하는 펌프를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제28항에 있어서, 상기 폐쇄된 분기관으로부터 펌핑된 유체는, 이 유체를 냉각하기 위한 외부 방열기를 통해 순환하고 상기 분기관을 통해 재순환하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 폐쇄 루프로부터 출력 전류를 얻기 위한 전력 출력 수단은,

전기적 도전성을 가지며 종방향으로 진동하는 스레드된 전기자와, 상기 전기자를 하나의 길이 방향으로 이동시키는 솔레노이드와, 상기 전기자를 반대의 종방향으로 이동시키는 스프링을 포함하는 스위치와;

스레드된 세라믹 스페이서에 의해 간격이 유지된 한쌍의 핀 사이에 형성되는 전기자보다 큰 스레드된 홀을 구비하며, 상기 홀 내에서 상기 전기자가 이동할 수 있으며, 상기 전기자와 스레드된 홀 모두는 동일한 피치로 스레드되고, 서로 상기 전기자의 종방향 이동에 응답하여 전류 루프를 개방 및 폐쇄하는 온/오프 스위치를 형성하며, 상기 전기자는 상기 솔레노이드에 의해 하나의 전기적 폐쇄 위치로부터 상기 스프링에 의해 교번적인 전기적 폐쇄 위치까지 이동하고, 상기 전기자가 상기 전기적 폐쇄 위치들 중 어느 한쪽 사이에 위치한 경우, 상기 폐쇄 루프의 전류 흐름은 출력 회로를 통해 외부 전기 부하를 구동시키는 전기 출력을 생성하도록 중단되는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제30항에 있어서, 상기 전기 출력 회로는 커패시터 탱크 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제30항에 있어서, 상기 솔레노이드에 결합되어, 상기 열전 유닛이 외부 전기 부하를 구동시키기 위해 동작한 후에 상기 열전 유닛으로부터 전기 전력을 수용하는 사인파 발생기와, 상기 스레드된 전기자와 솔레노이드에 기계적으로 결합되어 상기 열전 유닛의 전기 출력이 상기 사인파 발생기의 동작에 전력을 제공할 수 있을 때까지 상기 스레드된 전기자와 솔레노이드의 발진을 개시하는 수동 동작 여기 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제30항에 있어서, 상기 솔레노이드에 결합되어 상기 열전 유닛이 상기 솔레노이드에 전력을 공급하도록 동작한 후에 상기 열전 유닛으로부터 전력을 수용하는 사인파 발생기와;

상기 사인파 발생기에 전력을 공급하도록 전기 에너지를 저장하는 핑거 조작식 압전 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제30항에 있어서, 상기 스레드된 전기자와 스레드된 홀 사이의 접합을 형성하는 물질은 상보적인 높은 제벡 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 폐쇄 루프로부터 출력 전류를 얻는 전력 출력 수단은 상기 폐쇄 루프내에 흐르는 전류에 대해 수직인 자계를 인가하는 수단을 포함하는 홀 효과 스위치와, 상기 폐쇄된 루프의 단편 양단에 접속된 전기 접촉부와, 상기 접촉부에 접촉된 전기 출력 회로를 구비함으로써, 외부 전기 부하를 동작시키기 위한 전기 에너지를 상기 폐쇄된 루프내에 흐르는 전류를 차단하지 않고 회수시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제35항에 있어서, 상기 3개의 상이한 출력을 갖는 3개의 홀 효과 스위치를 상기 폐쇄 루프에 접속하고, 3상 전력을 발생하도록 수직 자계를 적절하게 인가하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제15항에 있어서, 상기 폐쇄 루프로부터 출력 전류를 얻는 전력 출력 수단은,

복수의 열전쌍의 양단에 접속되어, 복수의 열전쌍을 전기적으로 단락시키기 위해 폐쇄될 수 있는 전자 스위치와;

상기 폐쇄 루프의 복수의 열전쌍 양단에 접속되어, 상기 폐쇄 루프의 인덕턴스를 갖는 병렬 공진 회로를 형성하는 커패시터와;

상기 전자 스위치로 하여금 교번적으로 개방 및 폐쇄되도록 하여, 외부 전기 로드를 구동시키기 위해 상기 커패시터 양단의 교류("AC") 전압을 유도하는 전자 스위치 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제37항에 있어서, 상기 커패시터 양단의 AC 전압을 직류("DC") 전압으로 변환하는 정류기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.
제1항에 있어서, 상기 가열 핀의 가열단로부터 열을 제거하는 핀 냉각 수단과;

상기 냉각 핀의 냉각단에 열을 제공하는 핀 가열 수단과;

상기 폐쇄 루프에 입력 전류를 제공하여, 상기 열전 유닛이 열전 냉동기가 되도록 하는 전원 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 유닛.