KR20140101805A - 열전기 에너지 발전을 위한 시스템, 방법 및/또는 장치 - Google Patents

열전기 에너지 발전을 위한 시스템, 방법 및/또는 장치 Download PDF

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KR20140101805A
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대니얼 스튜어트 랑
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일렉트론 홀딩, 엘엘씨
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Abstract

다양한 타입의 에너지를 저장되고 및/또는 나중에 전기 에너지로 변환될 수도 있는 열 에너지로 변환하기 위한 시스템, 방법 및/또는 장치. 전기 에너지는 수요에 따라 및/또는 사용자의 원하는 전력 요구 사항(예를 들어, 전력 레벨 및/또는 타입)에서 이용가능할 수도 있다. 예를 들어, 에너지는 특정 전압에서 그리고 직류(DC) 에너지 또는 교류 전류(AC) 에너지 중 하나로서 이용가능할 수도 있다. 전기 에너지는 용이하게 전송될 수도 있고 따라서 사용자의 원하는 위치에서 이용가능할 수도 있다. 예를 들어, 시스템, 방법 및/또는 디바이스는 적어도 특정 애플리케이션에 대하여 전기 송신의 필요성을 없애거나 줄일 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위한 유기 상변화 물질을 포함할 수도 있다.

Description

열전기 에너지 발전을 위한 시스템, 방법 및/또는 장치{SYSTEMS, METHODS AND/OR APPARATUS FOR THERMOELECTRIC ENERGY GENERATION}
관련 출원들에의 상호-참조
본 출원 청구항은 2012 년 5 월 16 일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/647,863 호, 2012 년 5 월 16 일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/648,034 호, 2011 년 11 월 16 에 출원된 국제 출원 번호 제 PCT/US2011/060937 호, 및 2011 년 11 월 16 에 출원된 국제 출원 번호 제 PCT/US2011/060942 호에 대한 우선권을 주장한다. 또한, 본 출원은 2010 년 11 월 16 일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/413,995 호 및 2011 년 9 월 8 일에 출원된 미국 가출원 번호 제 61/532,104 호에 관련된다. 앞선 출원들은 그들의 전체로서 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 개시물은 일반적으로, 열 에너지를 일반적으로 전기 에너지로 변환하는 것에 관련된다. 또한, 본 개시물은 일반적으로 온도 차분을 전기 에너지로 변환하는 것에 관련된다.
소모성 열원 발전소(예를 들어, 천연 가스, 석탄, 화석 연료, 핵 등)에 의해 발전되는 에너지의 양을 감소시키고 이들을 재생가능 및/또는 청정 에너지 소스로써 대체하는 것이 점점 중요해지고 있다.
현재의 재생가능 청정 에너지 기술이 직면한 과제는 일부 그리고 그 이상의 경우들에서 그들이 대체하려고 시도하는 중인 전통적 기술보다 거의 더 복잡하다는 것이다. 대부분의 이러한 기술은 전기의 대안적 발전에 초점을 두고 있으며, 이들은 에너지를 소비자에게 공급하는 데에 있어서 대부분의 비효율성이 전기 에너지로 및 에너지의 실사용 간의 변환 사이의 수많은 단계들에서 발생한다는 사실을 간과한다.
발전, 배전, 및 유지하는 데에 있어서 소모되는 에너지를 신기술 및 구기술 모두에서 분류하면, 투자에 대한 불충분한 보상이 흔하다.
더 효율적으로 저장될 수 있고 나중에 원할 때에는 전기 에너지로 변환될 수 있는 국부화된, 지속가능한, 및/또는 재생가능한 청정 에너지에 직결된 개선된 시스템, 디바이스, 및/또는 방법에 대한 필요성이 존재한다. 본 개시물은 본 명세서의 논의로부터 명백해 질 바와 같이 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 극복 및/또는 개선하는 것에 직결된다.
예시적인 실시예는 다양한 타입의 에너지를 저장되고 및/또는 나중에 전기적 에너지로 변환될 수도 있는 열 에너지로 변환하는 것에 관련된다. 예시적인 실시예에서, 전기 에너지는 수요에 따라 및/또는 사용자의 원하는 전력 요구 사항(예를 들어, 전력 레벨 및/또는 타입)에서 이용가능할 수도 있다. 예를 들어, 에너지는 특정 전압에서 그리고 직류(DC) 에너지 또는 교류 전류(AC) 에너지 중 하나로서 이용가능할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 전기 에너지는 용이하게 전송될 수도 있고 따라서 사용자의 원하는 위치에서 이용가능할 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 실시형태들에서는 시스템, 방법 및/또는 디바이스는 적어도 특정 애플리케이션에 대하여 전기 송신의 필요성을 없애거나 줄일 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 열 에너지는 국부적으로 저장될 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위한 유기 상변화 물질(들)을 포함할 수도 있다. 추가적으로, 열 에너지를 저장하기 위한 다른 타입의 상변화 물질도 역시 고찰된다.
예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위하여 석유-기초 상변화 물질(예를 들어, 파라핀)을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위하여 미네랄-기초 상변화 물질(예를 들어, 염수화물)을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위하여 물-기초 상변화 물질(예를 들어, 물)을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위한 유기 상변화 물질을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 두 개의 열용량(thermal mass) 타입(고온 및 저온 또는 제 1 온도 또는 온도 범위 및 제 2 온도 또는 온도 범위, 여기에서 충분한 열적 차분을 생성하기 위하여 제 1 온도가 제 2 온도보다 큼)이 사용될 수도 있고, 예시적인 실시예에서, 물질 중 하나 또는 두 개 모두는 선-충전되고 최종 사용자에 의한 사용을 위한 대기 상태에서 사용자에게 제공된다.
예시적인 실시예에서 열 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 시스템은: 열전기 발전기; 열전기 발전기의 제 1 면과 접촉하는 고온 스토리지; 열전기 발전기의 제 2 면과 접촉하는 저온 스토리지; 고온 스토리지를 고온에서 유지하기 위한 고온 재생기; 및 저온 스토리지를 저온에서 유지하기 위한 저온 재생기를 포함할 수도 있다. 고온 스토리지 및 저온 스토리지의 온도에서의 차분은 전기 에너지를 생성하는 열전기 발전기의 사이에 열적 차분을 생성한다.
특정 실시예들에서, 적어도 하나의 제 1 온도 스토리지 물질 및 적어도 하나의 제 2 온도 스토리지 물질은 온도 차분을 생성하기 위하여 사용될 수도 있다. 추가적으로, 제 1 온도 물질의 조합 및 제 2 온도 물질의 조합이 전기를 생성하기 위한 하나 이상의 열 전기적 발전기와 조합되어 온도를 생성하기 위하여 사용될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 고온 스토리지 및 저온 스토리지는 상변화 물질들이다. 특정 실시예들에서, 더 높은 온도 스토리지 및 더 낮은 온도 스토리지 물질은 유기 상변화 물질, 다른 타입의 상변화 물질, 배터리, 엔진, 태양, 지열, 전자기, 주변 환경 온도의 차분, 열 배출(heat exhaust), 열 폐기물 배출(열 폐 exhaust), 또는 이들의 조합일 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 전기 에너지는 DC 전류이다.
예시적인 실시예에서, 고온 재생기는: 일측에 고온 스토리지를 그리고 타측에 주변 온도(고온 보다 훨씬 낮음)를 사용하여 열전기 발전기 양단에 온도 차분을 생성하는 열전기 발전기를 포함한다. 열전기 발전기 양단의 열적 차분이 전기 에너지를 생성한다.
특정 실시예들에서, 적어도 하나의 제 1 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부는 열원에 전력공급하여 적어도 하나의 제 1 온도 스토리지를 적합한 온도에 유지시키기 위하여 사용된다. 예시적인 실시예에서, 고온 재생기의 전기 에너지는 히터에 전력공급하여 고온 스토리지를 고온에 유지하기 위하여 사용된다. 특정 실시예들에서, 더 높은 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부는 히터에 전력공급하여 더 높은 온도 스토리지를 더 높은 온도에 유지하기 위하여 사용된다. 특정 실시예들에서, 더 높은 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부는 가열원에 전력공급하여 더 높은 온도 스토리지를 적어도 부분적으로 더 높은 온도에 유지하기 위하여 사용된다.
특정 실시예들에서, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부는 열원에 전력공급하여 적어도 하나의 제 1 온도 스토리지를 적합한 온도에 유지시키기 위하여 사용된다. 예시적인 실시예에서, 제 2 온도 재생기의 전기 에너지는 가열 또는 냉각 소스에 전력공급하여 제 2 온도 스토리지를 제 2 온도에 유지하기 위하여 사용된다. 특정 실시예들에서, 제 2 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부는 가열 또는 냉각 소스에 전력공급하여 제 2 온도 스토리지를 제 2 온도에 유지하기 위하여 사용된다. 특정 실시예들에서, 제 2 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부는 가열 또는 냉각 소스에 전력공급하여 적어도 부분적으로 제 2 온도 스토리지를 제 2 온도에 유지하기 위하여 사용된다.
예시적인 실시예에서, 저온 재생기는: 일측에 더 낮은 온도 스토리지를 그리고 타측에 주변 온도를 사용하여 열전기 발전기 양단에 온도 차분을 생성하는 열전기 발전기를 포함한다. 열전기 발전기 양단의 열적 차분이 전기 에너지를 생성한다.
예시적인 실시예에서, 더 낮은 온도 재생기의 전기 에너지는 냉각기에 전력공급하여 더 낮은 온도 스토리지를 저온에 유지하기 위하여 사용된다.
예시적인 실시예에서, 열 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 시스템은: 온도 차분을 전기 에너지로 변환하기 위한 열전기 발전기 수단; 열전기 발전기 수단의 제 1 면과 접촉하는 열 에너지를 저장하기 위한 고온 스토리지 수단; 열전기 발전기 수단의 제 2 면에 접촉하는 열 에너지를 저장하기 위한 저온 스토리지 수단; 고온 스토리지 수단을 고온에서 유지하기 위한 고온 재생기 수단; 및 저온 스토리지 수단을 저온에서 유지하기 위한 저온 재생기 수단을 포함할 수도 있다. 고온 스토리지 수단 및 저온 스토리지 수단의 온도에서의 차분은 전기 에너지를 생성하는 열전기 발전기 수단의 사이에 열적 차분을 생성한다.
예시적인 실시예에서, 고온 스토리지 수단 및 저온 스토리지 수단은 상변화 물질들이다.
예시적인 실시예에서, 전기 에너지는 DC 전류이다.
예시적인 실시예에서, 고온 재생기는: 일측에 고온 스토리지 수단을 그리고 타측에 주변 온도를 사용하여 열전기 발전기 수단의 양단에 온도 차분을 생성하는, 온도 차분을 전기 에너지로 변환하기 위한 열전기 발전기를 포함한다. 열전기 발전기 수단 양단의 열적 차분이 전기 에너지를 생성한다.
예시적인 실시예에서, 고온 재생기 수단의 전기 에너지는 히터 수단에 전력공급하여 고온 스토리지 수단을 고온에 유지하기 위하여 사용된다.
예시적인 실시예에서, 저온 재생기는: 일측에 저온 스토리지 수단을 그리고 타측에 주변 온도를 사용하여 열전기 발전기 수단의 양단에 온도 차분을 생성하는, 온도 차분을 전기 에너지로 변환하기 위한 열전기 발전기를 포함한다. 온도 차분을 전기 에너지로 변환하기 위한 열전기 발전기 수단 양단의 열적 차분이 전기 에너지를 생성한다.
예시적인 실시예에서, 열 에너지를 저장하기 위한 더 낮은 온도 재생기 수단의 전기 에너지는 냉각기에 전력공급하여 더 낮은 온도 스토리지를 저온에 유지하기 위하여 사용된다.
요약서에서 논의되는 실시예들과 함께 다른 실시예들이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 도면 및 청구항에 개시된다. 요약서는 본 개시물과 함께 고찰되는 각각의 그리고 모든 실시예, 조합 또는 변형예들을 커버하는 것을 의미하지 않는다.
예시적인 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 예시를 통하여 이제 설명될 것이다:
도 1 은 열전기 에너지 발전 시스템의 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 2 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 3 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 4 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 5 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 6 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 7 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 8 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 9 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 10 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 11 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 12 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 13 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 14 는 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 전개도이다;
도 15 는 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 등각 투상도이다;
도 16 은 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 평면도이다;
도 17 은 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 단면도이다;
도 18 은 열전기 디바이스 내에서 이용될 수도 있는 반도체 포스트의 예시적인 실시예의 등각 투상도이다;
도 19 는 열전기 디바이스 내에서 이용될 수도 있는 반도체 포스트의 예시적인 실시예의 평면도이다;
도 20 은 열전기 디바이스 내에서 이용될 수도 있는 반도체 포스트의 예시적인 실시예의 단면도이다;
도 21 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 22 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 23 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 24 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 25 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 26 은 사용후 핵 연료봉을 수확된 열원(harvested heat source)으로서 이용하는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 27 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다;
도 28 은 빌딩에 열전기 전기, 온수, 쾌적 난방, 쾌적 냉방 또는 이들의 조합을 제공하기 위한 태양열 및 광발전 에너지 수확 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 29 는 태양열 수집 시스템의 예시적인 실시예의 입면도 및 대응하는 정면도 및 등각 투상도이다;
도 30 은 태양열 수집 시스템의 예시적인 실시예의 대응하는 단면도가 있는 평면도이다;
도 31 은 태양열 온수 탱크의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 입면도, 단면도 및 등각 투상도이다;
도 32 는 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 입면도이다;
도 33 은 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 등각 투상도이다;
도 34 는 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 단면도이다;
도 35 는 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 예시적인 실시예의 등각 투상도 및 대응하는 상세도이다;
도 36 은 열전기 냉각 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 입면도 및 등각 투상도이다;
도 37 은 열전기 냉각 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 단면도 및 상세도이다;
도 38 은 휴대용 열전기 가열, 냉각 및/또는 전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 입면도 및 등각 투상도이다;
도 39 는 휴대용 열전기 가열, 냉각 및/또는 전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 입면도 및 대응하는 단면도이다;
도 40 은 열전기 고상 냉동 시스템의 예시적인 실시예의 입면도 및 대응하는 다른 입면도, 평면도 및 등각 투상도이다;
도 41 은 열전기 고상 냉동 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 단면도 및 상세도이다;
도 42 는 열전기 수확 구성의 예시적인 실시예의 개략적인 단면도이다;
도 43 은 예를 들어, 육상 차량에서 사용되기 위한 여러 개의 열적 재생 방법을 이용하는 열전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 블록도이다;
도 44 는 예를 들어 육상 차량 내에서 햇볕이 있는 동안 그리고 따스한 온도로부터 더운 온도로까지 사용되기 위한 열전기 재생 시스템 열 에너지 수확기의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 45 는 예를 들어 육상 차량 내에서 구름이 낀 것으로부터 어두운 동안 그리고 서늘한 온도로부터 추운 온도로까지 사용되기 위한 열전기 재생 시스템 열 에너지 수확기의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 46 은 예를 들어, 해양 선박에서 사용되기 위한 열전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 47 은 전기분해에 의하여 물로부터 수소 가스를 생성하기 위하여 사용되기 위한 열전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 48 은 예를 들어, 질소 가스를 평균 주변 온도로부터 액체로 냉각시키는 목적을 위한 열전기 고상 냉각기 시스템의 예시적인 실시예의 개략적인 단면이다;
도 49 는 충분히 고립된 고온 및 저온 스토리지가 있는 열전기 발전기의 예시적인 실시예의 개략적인 단면이다.
도 50 은 예를 들어, 모바일 폰 및/또는 핸드헬드 디바이스에서 사용되기 위한 전자기 및/또는 열 에너지 수확 전력 공급부의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 51 은 도 50 의 예시적인 전력 공급부의 단면 A의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 52 는 도 50 의 예시적인 전력 공급부의 단면 B의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 53 은 도 50 의 예시적인 전력 공급부의 단면 C의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 54 는 큰 산업적 설비에서 이용될 수도 있는, 폐 열 에너지의 재활용 및/또는 저장 및 이러한 폐 열 에너지의 전기 에너지로의 변환을 허용하는 열전기 수확 디바이스 및/또는 발전기의 예시적인 실시예의 개략도이다;
도 55 는 수직 경작(vertical farming)에서 사용되기 위한 열전기 발전기, 히터 및/또는 쿨러의 예시적인 실시예의 등각 투상 단면도이다;
도 56 은 열전기 발전기, 히터 및/또는 쿨러에 의해 전력공급되는 수직 경작 생장 셀(grow cell)의 예시적인 실시예의 등각 투상 단면도이다;
도 57 은 열전기 디바이스의 예시적인 실시형태의 등각 투상도이다.
도 58 및 도 59 는 열전기 에너지 발전에서 사용되기 위한 수성 및 화학적성 상변화 물질에 대한 유기 상변화 물질의 장점들을 테스트하도록 개발된 장치의 개략도이다.
본 개시물에서 설명되는 예시적인 실시예는 다양한 타입의 에너지를 저장되고 및/또는 나중에 전기적 에너지로 변환될 수도 있는 열 에너지로 변환하는 것에 관련된다. 열 에너지는 또한 가열 및/또는 냉각과 같은 다른 목적을 위하여 사용될 수도 있다. 본 개시물을 읽은 후에 당업자에게 용이하게 이해할 바와 같이, 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예는 환경 및 경제적 이유에서 유익할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 전기 에너지는 용이하게 전송될 수도 있고 그러므로 송신 비용 등을 절감하면서 사용자의 원하는 위치에서 이용가능할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템, 방법 및/또는 디바이스는 적어도 어떤 애플리케이션에 대하여 전기 송신의 필요성을 제거 또는 감소할 수도 있고, 이를 통하여 예를 들어, 화석 연료에 기초한 전기 발전의 필요성을 감소시킨다. 예시적인 실시예에서, 열 에너지는 국부적으로 저장될 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 열 에너지는 저장될 수도 있고 이동될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 열 에너지를 저장하기 위한 유기 상변화 물질을 포함하여 시스템에 의하여 발생되는 생물학적으로 분해될 수 없는 폐기물을 감소시킬 수도 있다.
특정 실시예들에서, 예를 들어, 쾌적 난방, 쾌적 냉방, 온수 가열, 냉동, 전기 에너지 또는 이들의 조합을 제공할 수도 있는 시스템, 방법 및/또는 디바이스가 개시되는데, 여기에서 이러한 실시예는 전기적 그리드 에너지 및/또는 화석 연료로부터 부분적으로, 실질적으로, 또는 완전히 독립적일 수도 있다. 어떤 실시예는 동작 기간 동안 전기적 그리드 에너지 및/또는 화석 연료로부터 적어도 20%, 40%, 50%, 60%, 75%, 85%, 90%, 95%, 또는 99% 독립적일 수도 있다. 어떤 실시예는 동작 기간 동안 전기적 그리드 에너지 및/또는 화석 연료로부터 20% 내지 99%, 20% 내지 40%, 10% 내지 30%, 20% 내지 50%, 40% 내지 99%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 65% 내지 100%, 80% 내지 95%, 80% 내지 100%, 90% 내지 99% 또는 90% 내지 100% 사이에서 독립적일 수도 있다. 어떤 실시예는 6 개월, 1 년, 2 년, 2.5 년, 3 년, 5 년 또는 10 년 내에 투자의 회수를 제공할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 빌딩 또는 다른 구조는 가열 및/또는 조리 요구 사항을 위하여 전달되는 천연 가스의 필요성이 없이, 또는 천연 가스의 필요성이 줄어든 상태로 재조절되거나 건설될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 이것은 종래의 방법의 그것보다 10%, 20%, 30% 또는 50% 더 적은 비용에서 이루어질 수 있다. 특정 실시예들에서, 빌딩 또는 다른 구조는, 가열 및/또는 조리 요구 사항을 제공하기 위하여 사용되는 천연 가스의 적어도 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 100%가 제거되는 상태로 재조절되거나 건설될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 빌딩 또는 다른 구조는, 가열 및/또는 조리 요구 사항을 제공하기 위하여 사용되는 천연 가스의 적어도 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 또는 100%가 제거되는 상태로 재조절되거나 건설될 수도 있다. 그리드 전기, 발전소에서 생성된 전기, 화석 연료에서 생성된 전력, 및/또는 천연 가스에 대한 필요성을 감소시키는 조합들이 또한 고찰된다.
특정 실시예들에서, 육상 차량은 화석 연료 또는 전기 차량에서는 화학적 배터리의 사용을 제거 또는 감소하도록 제작되고 및/또는 재조절될 수도 있다. 어떤 실시예는 화석 연료 및/또는 화학적 배터리에 대한 필요성을 적어도 20%, 40%, 50%, 60%, 75%, 85%, 90%, 95%, 또는 100% 감소시킬 수도 있다. 어떤 실시예는 화석 연료 및/또는 화학적 배터리에 대한 필요성을 동작 기간의 일부, 동작 기간의 상당한 양 동안, 또는 전체 동작 기간 동안 20% 내지 99%, 20% 내지 40%, 10% 내지 30%, 20% 내지 50%, 40% 내지 99%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 65% 내지 100%, 80% 내지 95%, 80% 내지 100%, 90% 내지 99% 또는 90% 내지 100% 사이만큼 감소시킬 수도 있다. 이러한 시스템, 방법 및/또는 디바이스는 초기 비용을 감소시킬 수도 있는데, 유지보수 비용 및/또는 되풀이되는 연료 비용은 육상 차량과 연관된다.
특정 실시예들에서, 해양 선박은 화석 연료의 필요성을 제거 또는 감소시키도록, 또는 전기적 해양 선박에 대해서는 화학적 배터리 및/또는 그러한 배터리를 재충전하는 전기 에너지 비용을 제거 또는 감소시키도록 제조되거나 재조절될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 화학적 배터리를 폐기하는 연관된 비용이 제거되거나 감소된다. 특정 실시예들에서, 어떤 개시물의 고상 성질은 유지보수 및/또는 교체의 비용을 크게 또는 완전히 감소시킨다. 특정 실시예들에서, 건설 비용이 변압기 및 대형 게이지(large gauge) 배선과 같은 그리드 타이 방법의 제거 또는 감소에 의하여 감소되거나 또는 크게 감소될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 태양 및/또는 풍력 에너지 발전의 사이즈 및 비용은 에너지가 열 에너지로 변환되고 예를 들어 유기 상변화 물질 내에 저장될 때 감소되거나 또는 크게 감소될 수도 있다. 열적 스토리지의 효율에 기인하여, 배터리 및/또는 태양 추적 시스템의 사용이 제거되거나 또는 감소될 수도 있고, 매입 및/또는 유지보수의 비용을 더욱 감소시킨다. 추가적 장점들이 당업자에게 명백해질 것이다. 어떤 실시예는 화석 연료 및/또는 화학적 배터리에 대한 필요성을 적어도 20%, 40%, 50%, 60%, 75%, 85%, 90%, 95%, 또는 100% 감소시킬 수도 있다. 어떤 실시예는 화석 연료 및/또는 화학적 배터리에 대한 필요성을 동작 기간의 일부, 동작 기간의 상당한 양 동안, 또는 전체 동작 기간 동안 20% 내지 99%, 20% 내지 40%, 10% 내지 30%, 20% 내지 50%, 40% 내지 99%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 65% 내지 100%, 80% 내지 95%, 80% 내지 100%, 90% 내지 99% 또는 90% 내지 100% 사이만큼 감소시킬 수도 있다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "제 1 온도" 및 "제 2 온도"는 관련된 비교의 관점에서 사용되며, 여기에서 제 1 온도는 제 2 온도 보다 더 높다. 이러한 용어는 또한 온도 범위들도 역시 커버할 수도 있는데, 여기에서 "제 1 온도" 및 "제 2 온도"가 온도 범위들을 커버하고 제 1 범위가 제 2 온도 범위보다 더 높거나 또는 크게 더 높다. 특정 실시예들에서, 제 1 온도 범위 및 제 2 온도 범위의 부분적인 중첩이 존재할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 중첩은 0% 내지 10%, 0% 내지 20%, 1% 내지 8%, 2% 내지 5%, 4% 내지 8%, 0.5% 내지 3%, 0% 내지 5%, 0% 내지 2% 등일 수도 있다. 특정 실시예들에서 "제 1 온도"는 ± 0.5 %, 1%, 5%, 10%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 125%, 150%, 또는 200% 변동할 수도 있다. 특정 실시예들에서 "제 1 온도"는 적어도 ± 0.1%, 0.25%, 0.5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 125%, 150%, 200% 등 변동할 수도 있다. 특정 실시예들에서 "제 1 온도"는 ± 0.5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 125%, 150%, 200% 등보다 적게 변동할 수도 있다. 특정 실시예들에서 "제 2 온도"는 ± 0.5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 125%, 150%, 200% 등 만큼 변동할 수도 있다. 특정 실시예들에서 "제 2 온도"는 적어도 ± 0.1%, 0.25%, 0.5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 125%, 150%, 200% 등 만큼 변동할 수도 있다. 특정 실시예들에서 "제 2 온도" 는 ± 0.5%, 1%, 5%, 10%, 20%, 40%, 50%, 60%, 80%, 100%, 125%, 150%, 200% 등보다 적게 변동할 수도 있다. "제 1 온도" 및 "제 2 온도"에서의 변동의 조합들도 역시 특정 실시예들에서 가능하다. 특정 실시예들에서, "제 3 온도", "제 4 온도" 등과 같은 추가적 온도들 또한 존재할 수도 있다. 특정 실시예들에서 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10, 또는 더 많은 온도 차분이 사용될 수도 있다.
"제 1 온도" 및 "제 2 온도"를 예시적인 예시로서 사용하면, 이것은 두 개 모두가 통상적 실온보다 더 뜨거운 제 1 및 제 2 온도; 두 개 모두가 통상적 실온보다 차가운 제 1 및 제 2 온도; 또는 제 1 온도는 통상적 실온보다 더 높고 제 2 온도는 통상적 실온보다 더 낮은 온도들을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "고온 및 "저온 "도 역시 고온이 저온보다 더 높은 관련된 비교의 관점에서 사용된다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "고온 및 "저온"은 고온이 저온보다 더 높은 관련된 비교의 관점에서 사용된다.
시스템(들), 방법(들) 및/또는 디바이스(들)로부터 공급되는 중인 전압 및 전류의 원하는 레벨을 설계하는 것이 특정 실시예들에서 유용한 최종 결과일 수도 있다. 전기의 발전을 제공하는 시스템, 방법 및/또는 디바이스가 그 전기를 전압 및 전류의 특정한 레벨에서 또는 전압 및 전류의 실질적으로 특정한 레벨에서 제공할 수 있다면 이것은 흔히 장점이다. 열전기 발전기 모듈의 전기적 성질 때문에 그들의 전기적 출력은 모듈 내의 개개의 커플들의 직렬 연결에 기초하게 되고, 최대 전압 및 전류는 각 면 상의 열적 차분에 기초하여 열전기 모듈에 "내장(built-in)"된다. 특정한 온도 차분을 사용하고 및 개개의 모듈을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 접속시킴으로써, 다수 개의 전력 출력 옵션들이 시스템 내에 설계될 수도 있다. 본 개시물의 어떤 실시예는 12, 24, 48, 110, 120, 230, 240, 25kV 또는 110kV의 전압을 제공할 수도 있다. 다른 더 높고 더 낮은 전압들도 또한 고찰된다. 본 개시물의 어떤 실시예는 예를 들어, -75mV 내지 900mV 밀리볼트만큼 낮은 증분에서, 그리고 예를 들어 0.01mA 내지 900mA 밀리암페어만큼 낮은 증분에서 전류의 출력을 가지도록 설계될 수도 있다. 다른 적합한 범위들도 역시 사용될 수도 있다. 본 개시물의 어떤 실시예는 사용자에게 가용인 복수의 상이한 전기적 출력을 가지는 시스템을 제공할 수도 있다. 본 개시물의 어떤 실시예는 전자 공학 산업에서 통상적으로 사용되는 점퍼들을 통하여 수요에 따라, 또는 실질적으로 수요에 따라 모듈 접속이 변경되도록 함으로써, 사용자가 전기 출력을 조절하도록 할 수도 있다.
어떤 실시예의 다른 장점은 공급될 수도 있는 제곱 밀리미터당 높은 와트수이다. 본 개시물의 어떤 실시예는 시스템이 3 개의 차원에서 설계되어 더 작은 제곱 면적(square footage) 풋프린트를 허용할 수도 있다. 예를 들어 도 14 또는 도 27 에 도시된 바와 같은 수직으로 적층하는 실시예에 의하여, 주어진 풋프린트 내에 전기의 증가된 양이 발전되도록 허용하는 시스템이 구성될 수도 있다. 광발전 및 풍력과 같은 다른 재생가능 에너지 소스에서는, 패널 또는 터빈을 서로의 위에 또는 아래에 추가함으로써 제곱밀리미터 당 또는 제곱미터 당 더 많은 전력을 얻어낼 능력은 부족하다. 열적 스토리지 및 열전기 모듈의 원격 열적 통신 성질 때문에, 열적 전송층이 있는 열전기 모듈들을 열적 스토리지 저장소(reservoirs) 내에 적층하는 것은 제곱 밀리미터 당 와트수를 증가시킨다. 예를 들어, 단일 50 제곱 밀리미터 열전기 모듈이 일측에서 저온 열적 스토리지 저장소에 열적으로 접속되고 타측에서 고온 열적 스토리지 저장소에 열적으로 접속되어 예를 들어 150℃의 열적 차분을 제공한다면, 이것은 8 와트의 전력 또는 제곱 밀리미터 당 0.16 와트를 산출할 수도 있다. 일측에서 동일한 저온 열적 스토리지 저장소에 열적으로 접속되고 타측에서 동일한 고온 열적 스토리지 저장소에 열적으로 접속되는 제 2 50 제곱 밀리미터 열전기 모듈을 추가함으로써 마찬가지로 예를 들어 150℃의 열적 차분을 제공한다면, 수율은 이제 16 와트의 전력 또는 제곱 밀리미터 당 0.32 와트이다. 이것은 구조적으로 타당한 높이까지 더 큰 또는 더 작은 풋프린트에서 이루어질 수도 있다. 특정 실시예들에서, 적층은 열전기 모듈들의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 100 개 등을 포함한다. 특정 실시예들에서, 적층은 열전기 모듈들의 2 내지 100, 2 내지 5, 5 내지 30, 5 내지 10, 5 내지 15, 10 내지 50, 25 내지 50, 40 내지 80, 50 내지 200 개 등을 포함한다. 적층된 모듈은 유사한 개수의 더 높은 열적 스토리지 저장소 및/또는 유사한 개수의 더 낮은 열적 스토리지 저장소와 열적 통신할 수도 있다. 이 기술의 몇 가지 양태들에서, 열적 저장소가 하나의 열전기 모듈에 대하여 더 높은 열적 저장소로서 그리고 다른 열전기 모듈에 대하여 더 낮은 열적 저장소로서 역할을 할 수 있기 때문에 더 적은 열적 스토리지 저장소들이 필요할 수도 있다. 어떤 실시예들은 적층 내에 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20 등의 온도 차분을 사용할 수도 있다. 다수의 적층된 열전기 모듈, 다수의 열적 스토리지 저장소, 및 다수의 온도 차분들의 다양한 조합이 고찰된다. 적층은 수직 구조, 실질적으로 수직 구조, 수평 구조, 실질적으로 수평 구조, 다른 3 차원의 구조, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다.
어떤 실시예는 열전기 발전기에 의하여 발전된 전기 에너지의 적어도 일부를 상변화 물질을 적합한 온도에서 유지시키는 것에 적어도 부분적으로 보조하는 전력 히터 및/또는 냉각기에 전력공급하기 위하여 사용하는 시스템에 직결된다. 시스템에 가용인 열적 차분을 사용하고 발전된 전기 에너지의 적어도 일부를 상변화 물질을 적합한 온도에서 유지하는 것에 적어도 부분적으로 보조하는 디바이스에 전력공급하기 위하여 할당함으로써, 어떤 실시예들은 다른 전력원에 의존할 필요없이 시스템의 동작 시간을 연장할 수 있다. 예를 들어, 만일 시스템이 태양광 및 태양광이 이용가능하지 않을 때에는 더 낮은 열 에너지의 몇몇 다른 소스에 의하여 제공되는 열 에너지를 이용함으로써 자신의 전력 발전을 유지할 수 있다면, 이 시스템은 발전된 전기 에너지의 적어도 일부를 더 높은 온도 측의 상변화 물질을 계속하여 가열하기 위하여 사용함으로써 동작 시간의 더 긴 기간 동안 여전히 동작하고 전기를 생성할 수 있다.
특정 실시예들에서, 시스템은 자립 방식으로 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 동작할 수 있다. 어떤 실시예는 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공할 수도 있는 시스템에 직결된다. 어떤 실시예는 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공할 수도 있는 시스템에 직결된다. 어떤 실시예는 보충적 외부 전력원에 대한 필요가 없이 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공할 수도 있는 시스템에 직결된다.
어떤 실시예들은, 적어도 하나의 제 1 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부가 가열 또는 냉각 소스에 전력공급하여 적어도 하나의 제 1 온도 스토리지를 제 1 온도 또는 온도 범위에서 또는 실질적으로 제 1 온도 또는 온도 범위에서 유지시키도록 사용되고; 적어도 하나의 제 2 온도 재생기의 전기 에너지의 적어도 일부가 가열 또는 냉각 소스에 전력공급하여 적어도 하나의 제 2 온도 스토리지를 제 2 온도 또는 온도 범위에서 또는 실질적으로 제 2 온도 또는 온도 범위에서 유지시키도록 사용되며; 제 1 온도는 제 2 온도보다 더 높은 시스템을 개시하는데, 이 시스템은 충분한 전기를 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 제공한다.
어떤 실시예는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 시스템으로서, 적어도 하나의 열전기 발전기; 열전기 발전기의 제 1 면과 실질적으로 직접적이거나 간접적 접촉하는 제 1 온도 스토리지 물질; 열전기 발전기의 제 2 면과 실질적으로 직접적이거나 간접적 접촉하는 제 2 온도 스토리지 물질; 적어도 부분적으로 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도에서 유지시키기 위한 제 1 온도 재생기; 및 적어도 부분적으로 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도에서 유지시키기 위한 제 2 온도 재생기를 포함하는 시스템에 직결되는데, 여기에서 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은 전기 에너지를 생성하는, 열전기 발전기의 양측 사이에서의 열적 차분을 생성하고, 시스템은 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공한다. 특정 실시예들에서, 제 1 및/또는 제 2 온도 재생기는 대안적 전력원으로 대체되거나, 부분적으로 이를 대체하거나, 이에 의하여 보충될 수도 있다. 본 명세서에서 개시된 기술의 애플리케이션 및 사용 위치는 광범위하다. 고온 또는 저온과 무관하게 열적 스토리지의 재생의 적합한 소스들의 개수도 역시 광범위하다. 직접적이거나 간접적 열 재생의 몇몇 예는 태양열, 지열, 산업 폐기물 열(waste industrial heat), 화산열(volcanic), 사용후 핵 연료봉, 화학적 반응으로부터의 열, 대사열(heat from metabolism), 전기 저항 열 및 폐기물 생체연료 연소(waste biofuel burning), 또는 이들의 조합일 수도 있다. 히터를 전력공급하는 것에 의한 열 재생의 몇몇 예는 광전지, 풍력 에너지, 수력전기(hydroelectric), 운동-전기 에너지 변환(kinetic to electrical), 전자기, 압전, 열역학(thermodynamic) 및 특정한 위치에서 가용일 수도 있는 수확된 폐(waste) 에너지 소스 또는 이들의 조합일 수도 있다. 직접적이거나 간접적 냉각 재생의 몇몇 예는 수괴(bodies of water), 지하 구조(subterranean structures), 동굴, 얼음, 눈, 도시 수도관(city waterlines), 도시 하수관, 고 고도, 및 높은 대기압 하의 물질 또는 이들의 조합일 수도 있다. 냉각기를 전력공급하는 것에 의한 냉각 재생(cold regeneration)의 몇몇 예는 광전지, 풍력 에너지, 수력전기(hydroelectric), 운동-전기 에너지 변환(kinetic to electrical), 전자기, 압전, 열역학(thermodynamic) 및 특정한 위치에서 가용일 수도 있는 수확된 폐(waste) 에너지 소스 또는 이들의 조합일 수도 있다. 위의 비한정적인 나열된 예들도 역시 다양한 적합한 방식으로 결합될 수도 있다. 도 1 은 열전기 에너지 발전 시스템의 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 1 의 시스템은 열전기 발전기(1)를 포함한다. 열전기 발전기의 일측은 고온 스토리지(2)와 접촉하거나 이와 열적 통신하고, 반면에 타측은 저온 스토리지(3)와 접촉하거나 열적 통신한다. 고온 스토리지(2) 및 저온 스토리지(3)의 온도에서의 차분은 전기적 출력을 생성하는 열전기 발전기(1)의 사이에 큰 열적 차분을 생성한다. 예를 들어, 도 1 의 예시적인 실시예에서, 전기적 출력은 양 및 음의 단자 사이에 흐르는 직류(20)에 의하여 식별된다.
열전기 발전기는 열(즉, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 온도 차분)을 "열전기 효과"라고 불리는 현상을 사용하여 전기 에너지로 변환하는 디바이스이다. 사용될 수도 있는 온도 차분의 양은 특정 실시예에서 사용되는 열전기 발전기의 타입, 사용되는 상변화 물질의 타입 또는 사용되는 재생 시스템(들)의 타입을 포함하지만 이들로 한정되는 것은 아닌 다수 개의 인자에 의존하여 변동할 수도 있다.
도 1 에서 예시된 것과 같은 예시적인 실시예에서, 고온 스토리지(2)는 고온 재생기(4)를 채용함으로써 고온에서 유지될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 더 높은 온도 스토리지는 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6 개의 더 높은 온도 재생기(들), 더 높은 온도 에너지의 다른 소스 또는 이들의 조합을 채용함으로써 더 높은 온도에서 유지될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 고온 재생기(4)는 열전기 발전기(1)를 포함할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 고온 재생기는 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 개의, 또는 더 높은 온도의 다른 소스 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 고온 재생기(4)의 열전기 발전기(1)는 이것이 일측에 고온 스토리지(2)를 그리고 고온 주변 온도(9)를 타측에 사용하여 열전기 발전기(1) 양단에 온도 차분을 생성한다는 것을 제외하고는 원래 설명된 열전기 발전기(1)와 실질적으로 유사한 방식으로 동작한다. 열전기 발전기(1) 양단의 열적 차분이 직류(20)에 의하여 식별되는 전기적 출력을 생성한다. 열전기 발전기(1)의 전기적 출력은 고온 스토리지(2)를 고온에서 유지하기 위하여 사용될 수도 있는 히터(5)에 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 적어도 하나의 열전기 발전기의 전기적 출력은 적어도 하나의 히터에 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있고 그리고/또는 에너지의 다른 소스, 예컨대 열 에너지는 더 높은 온도 스토리지를 더 높은 온도에 유지시키기 위하여 사용될 수도 있다.
이와 유사하게, 도 1 에서 예시된 것과 같은 예시적인 실시예에서, 저온 스토리지(3)는 저온 재생기(6)를 채용함으로써 저온에서 유지될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 더 낮은 온도 스토리지는 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6 개의 저온 온도 재생기(들), 더 낮은 온도 에너지의 다른 소스 또는 이들의 조합을 채용함으로써 더 낮은 온도에서 유지될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 저온 재생기(6)는 열전기 발전기(1)를 포함할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 더 낮은 재생기는 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 개의, 또는 더 낮은 온도의 다른 소스 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 저온 재생기(6)의 열전기 발전기(1)는 이것이 일측에 저온 스토리지(3)를 그리고 저온 주변 온도(17)를 타측에 사용하여 열전기 발전기(1) 양단에 온도 차분을 생성한다는 것을 제외하고는 원래 설명된 열전기 발전기(1)와 실질적으로 유사한 방식으로 동작한다. 열전기 발전기(1) 양단의 열적 차분이 직류(20)에 의하여 식별되는 전기적 출력을 생성한다. 열전기 발전기(1)의 전기적 출력은 저온 스토리지(3)를 저온에서 유지하기 위하여 사용될 수도 있는 냉각기(7)에 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 적어도 하나의 열전기 발전기의 전기적 출력은 적어도 하나의 냉각기에 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있고 그리고/또는 에너지의 다른 소스, 예컨대 열 에너지는 더 낮은 온도 스토리지를 더 낮은 온도에 유지시키기 위하여 사용될 수도 있다. 열 에너지의 소스는 적합한 열 에너지를 생성하는 다양한 소스로부터 선택될 수도 있다. 예를 들어, 저온 소스는 빌딩의 콘크리트 슬래브 또는 파운데이션, 큰 수괴(body of water), 대수층(aquifer), 지열 루프(geothermal loop), 도시 주수관(water main), 차량의 금속 새시, 한랭 기후 지역에서의 실외 온도 또는 한랭 기후 지역에서의 얼음 또는 눈 또는 이들의 조합일 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 고온 스토리지(2) 및 저온 스토리지(3)의 표면은 절연 베리어(8)에 의하여 절연되어 물질 내에 저장된 열 에너지를 보존하도록 도울 수도 있다. 특정 실시예들에서, 고온 스토리지(2) 및/또는 저온 스토리지(3)의 표면의 적어도 일부는 절연 베리어(8)에 의하여 절연되거나 실질적으로 절연되어 물질 내에 저장된 열 에너지를 보존하도록 도울 수도 있다.
특정 실시예들에서, 상변화 물질의 표면은 열전기 발전기의 표면과 직접적으로 접촉하거나 이와 열적 통신할 수도 있다. 상변화 물질의 표면의 적어도 일부 및/또는 열전기 발전기의 적어도 부분 사이의 직접적이거나 간접적인 접촉 또는 열적 통신의 양은 선택된 실시예의 특정 구성에 의존하여 변동할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 상변화 물질의 표면의 적어도 일부 또는 그 표면의 큰 부분은, 열전기 발전기의 표면의 적어도 일부 또는 그 표현의 큰 부분과 직접적으로 접촉하거나 열적 통신할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 상변화 물질의 표면은 열전기 발전기의 표면과 직접적으로 접촉할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 상변화 물질의 표면의 적어도 일부 또는 그 표면의 큰 부분은, 열전기 발전기의 표면의 적어도 일부 또는 그 표현의 큰 부분과 직접적으로 접촉할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상변화 물질의 표면과 열적 통신하거나 접촉하고, 또한 열전기 발전기의 표면과 열적 통신하거나 접촉하는 스페이서 물질이 존재할 수도 있다. 이러한 스페이서 물질은 다양한 물질, 예컨대 은, 구리, 금, 알루미늄, 베릴륨 또는 몇몇 열전도성 플라스틱, 폴리머, 또는 이들의 조합으로 제작될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 스페이서 물질은 사용되는 열적 전기적 발전기의 일부일 수도 있고; 스페이서 물질은 상변화 물질을 홀딩하기 위하여 사용되는 중인 컨테이너의 일부일 수도 있으며; 별개의 스페이서; 또는 이들의 조합일 수도 있다.
특정 실시예들에서, 다양한 구성 및/또는 구조가 열 에너지를 열적 스토리지 물질로부터 열전기 발전기의 표면으로 전송, 전도 및/또는 이동시키기 위하여 사용될 수도 있다. 이것은 열 전송의 4 개의 기본 모드; 전도, 대류, 복사 및 이류(advection) 중 하나 이상을 사용하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 상변화 물질은 히트 파이프 또는 열도관의 몇몇 타입의 사용에 의하여(예를 들어, 도 21 도 22, 도 23, 및 도 24 에 도시된 구성) 열전기 발전기의 표면 또는 표면들과 열적 통신할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 더 높은 온도 열적 스토리지 물질 및/또는 더 낮은 온도 열적 스토리지 물질을 서로 및/또는 열전기 발전기의 표면으로부터 열적으로 격리시키는 것이 이로울 수도 있다. 열적 격리는 더 높은 및/또는 더 낮은 열원들 사이의 거리를 증가시키는 것, 더 높은 및/또는 더 낮은 열원을 격리시키는 것, 열전기 발전기의 표면을 처리하는 것, 열적 스토리지 컨테이너의 표면을 처리하는 것, 특정 물질의 자화, 열 에너지로부터 고립될 영역을 능동적으로 냉각하는 것 또는 이들의 조합을 포함하지만 이들로 한정되는 것은 아닌 다수 개의 적합한 방법으로 달성될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 열 에너지를 열적 스토리지 물질로부터 열전기 발전기의 표면으로 수송, 전도 및/또는 이동시키기 위한 구조는 히트 파이프 내에 유체(예를 들어, 물, 암모니아, 아세톤, 헬륨, 펜탄, 톨루엔, 염화불화탄소(chlorofluorocarbons), 수소염화불화탄소(hydrochlorofluorocarbons), 불화탄소, 프로판, 부탄 이소부탄, 암모니아, 또는 이산화황 또는 이들의 조합)를 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 상변화 물질은 원하는 온도, 온도 또는 원하는 온도 범위를 획득하고 유지하는 수락가능한 물질 또는 물질들의 조합일 수도 있다. 거의 모든 공통적으로 사용되는 상변화 물질은 석유 제품, 염, 또는 물로부터 유도된 화학적 제제이다. 예를 들어, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류, 트리메틸올레탄, 유기 열염류, 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일, 또는 이들의 조합이다. 상변화 물질의 이러한 타입은 온도 범위 옵션, 밀폐(containment) 방법, 열적 사이클 및/또는 잠열 용량에서 제한될 수도 있다.
상변화 물질은 상변화(예를 들어, 응고, 액화, 기화 또는 응결)를 사용하여 상대적으로 일정한 온도에서 잠열의 큰 양을 흡수 또는 방출하는 물질이다. 상변화 물질 잠열의 자연적 성질을 레버리지(leverage)하여 제품 온도를 연장된 시간 기간 동안 유지하는 것을 돕는다. 예시적인 실시예에서, 상변화 물질은 자연적 식물성 상변화 물질과 같은 재생가능 리소스로부터 제조될 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 상변화 물질은 엔트로피 솔루션(Entropy Solutions) 사에 의하여 제조되고 퓨어템프(PureTemp)라는 명칭으로 판매되는 타입일 수도 있다. 예를 들어, 퓨어템프 PT133 및 PT-15 가 사용될 수도 있는데, 여기에서 PT133 은 열 에너지를 저장하기 위하여 사용되는 더 높은 온도 상변화 물질이고 PT-15 는 열 에너지를 저장하기 위하여 사용되는 더 낮은 온도 상변화 물질이다. 다른 예들은 퓨어템프 PT48 및 PT23 을 사용하는 것일 수 있는데, 여기에서 PT48 은 열 에너지를 저장하기 위하여 사용되는 더 높은 온도 상변화 물질이고 PT23 은 열 에너지를 저장하기 위하여 사용되는 더 낮은 온도 상변화 물질이다.
특정 실시예들에서, 상변화 물질은 다수의 애플리케이션에서 사용될 수 있고 따라서 다양한 밀폐 방법(예를 들어, 마이크로 캡슐화(예를 들어, 10 내지 1000 마이크론, 80 내지 85% 코어 이용)(예를 들어, 25, 50, 100, 200, 500, 700, 1000) 마이크론 등), 매크로 캡슐화(예를 들어, 1000+ 마이크론, 80 내지 85% 코어 이용)(예를 들어, 1000, 1500, 2000, 2500, 300, 4000, 5000+ 마이크론 등), 가요성 필름, 금속, 강체 패널, 구 및 다른 것)이 채용될 수도 있다. 당업자들에게 이해될 바와 같이, 적합한 밀폐 옵션은 다수의 인자에 의존한다.
특정 실시예들에서, 상변화 물질이 겪고 여전히 적합한 방식으로 수행할 수도 있는 열적 사이클의 개수는 적어도 400, 1000, 3000, 5,000, 10,000, 30,000, 50,000, 75,000 또는 100,000 개의 열적 사이클일 수도 있다. 특정 실시예들에서, 상변화 물질이 겪고 여전히 적합한 방식으로 수행할 수도 있는 사이클의 개수는 400 내지 100,000, 5000 내지 20,000, 10,000 내지 50,000, 400 내지 2000, 20,000 내지 40,000, 50,000 내지 75,000; 55,000 내지 65,000 개의 열적 사이클 사이일 수도 있다. 퓨어템프 유기 상변화 물질은 자신의 피크 성능을 60,000 개의 열적 사이클보다 더 오래 유지하는 것으로 증명되었다.
예시적인 실시예에서, 고온 및 저온 상변화 물질 사이의 온도 차분은 전력 요구 사항에 적어도 부분적으로 의존하여 1 도의 분수로부터 수백 도까지의 어느 부분에 있을 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 상변화 물질 열 차분(differential)은 예를 들어 5 그램의 상변화 물질로써 1 와트의 전력을 또는 1.3 킬로그램의 물질로써 약 3.5 킬로와트, 50 그램의 물질로써 100 와트를, 200 그램의 물질로써 500 와트를, 380 그램의 물질로써 1 킬로와트를, 22.8 킬로그램의 물질로써 100 킬로와트를, 또는 14 미터톤(metric tons)의 물질로써 1 메가와트를 생성할 수 있을 수도 있다. 열적 스토리지의 질량이 증가함에 따라 그램당 전력 출력도 증가한다. 다른 범위의 킬로와트도 역시 고찰된다. 치수에 대하여, 예시적인 실시예에서 시스템은 셀 폰 배터리의 사이즈(예를 들어, 1 와트에 대하여 22mm x 60mm x 5.6 mm)(예를 들어, 0.7, 0.8, 0.9, 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 등)이거나 더 클 수도 있다(예를 들어, 약 3.5 킬로와트에 대하여 21cm x 21cm x 21cm)(예를 들어, 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4 킬로와트). 다른 차원의 사이즈 및 양들도 고찰되며 어떤 정도까지 애플리케이션 및/또는 시스템의 구성에 의존할 수도 있다.
특정 실시예들에서, 특정 실시예에서 사용될 수도 있는 상변화 물질의 양은 1 gm으로부터 20 kg까지, 0.5 gm 내지 1.5 gm, 20 kg 내지 50 kg, 1 gm 내지 100 gm; 500 gm 내지 2 kg, 250 gm 내지 750 gm, 4 kg 내지 10kg, 10 kg 내지 20 kg, 25 kg 내지 40 kg, 100 kg 내지 500 kg, 500 kg 내지 1 톤 또는 다른 수락가능한 양의 범위를 가질 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 다중 열전기 발전기들이 생산되는 에너지의 양을 증가시키기 위하여 이용될 수도 있다. 예를 들어, 1 내지 10 개의(예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 2 내지 4, 3 내지 5, 4 내지 6 개 등) 발전기가 셀 폰에서 사용될 수도 있는 반면에 더 큰 3.5 킬로와트 디바이스는 300 내지 1000 개의(예를 들어, 300, 400, 500, 600, 200 내지 400, 300 내지 500, 400 내지 600 개 등) 발전기를 사용될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 열전기 발전기들의 개수는 1 내지 10, 15 내지 2000, 5 내지 20, 15 내지 40, 20 내지 100, 50 내지 200, 100 내지 400, 200 내지 1000, 600 내지 1200 개 등의 범위를 가질 수도 있다. 어떤 정도까지는 열전기 발전기들의 개수는 애플리케이션 및/또는 시스템의 구성에 의존할 수도 있다. 특정 실시예들에서, 열전기 발전기(들)는 다른 열적 소스 및/또는 전력원과 결합될 수도 있다.
도 2 는 주변 온도에 저장된 에너지를 이용하는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 2 의 실시예는 절연 베리어(8)가 두 개의 상이한 주변 온도인, 고온측 주변 온도(9) 및 저온측 주변 온도(17)를 유지하기 위하여 사용된다는 것을 제외하고는 도 1 의 실시예와 유사하다. 이러한 배치구성물은 예를 들어, 고온 스토리지(2)가 상대적으로 저온에서 유지되는 경우 유익할 수도 있다. 이러한 경우에, 고온측 주변 온도(9)는 저온 측 주변 온도(17)보다 더 낮은 온도에서 유지될 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 3 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 3 의 실시예는 고온 재생기 대신에, 광발전 직류 전기 에너지(51), 압전 직류 전기 에너지(52), 또는 전자기 전기 에너지(53)를 제공하는 대안적 전력원이 히터(5)에 대하여 제공된다는 것을 제외하고는 도 2 의 실시예와 유사하다. 대안적 전력원은 또한 배터리, 엔진 등과 같은 종래의 전력원일 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 간접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 4 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 4 의 실시예는 저온 재생기 대신에, 광발전 직류 전기 에너지(51), 압전 직류 전기 에너지(52), 또는 전자기 전기 에너지(53)를 제공하는 대안적 전력원이 냉각기(7)에 대하여 제공된다는 것을 제외하고는 도 2 의 실시예와 유사하다. 다시 말하건대, 대안적 전력원은 또한 배터리, 엔진 등과 같은 종래의 전력원일 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 5 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 5 의 실시예는 고온 재생기 및 저온 재생기 대신에, 이들 모두가 히터(5) 및 냉각기(7)에 대하여 광발전 직류 전기 에너지(51), 압전 직류 전기 에너지(52), 또는 전자기 전기 에너지(53)를 제공하는 대안적 전력원으로써 대체된다는 것을 제외하고는 도 2 의 실시예와 유사하다. 전력원은 또한 배터리, 엔진, 태양, 지열, 전자기 등과 같은 종래의 전력원일 수도 있다. 이러한 실시예는 양자의 에너지 소스가 이용가능한 인위적 폐 열 에너지 소스를 가질 경우에는 유용할 수도 있다. 이러한 경우에서, 시스템 내에 재생 성능을 포함시키는 것이 필요하지 않을 수도 있다. 이러한 실시예는 하나 이상의 에너지 소스가 이용가능한 인위적 폐 열 에너지 소스를 가질 경우에는 유용할 수도 있다. 이러한 경우에서, 시스템 내에 재생 성능을 포함시키는 것이 필요하지 않을 수도 있고 또는 상변화 물질을 적합한 온도에서 유지하기 위하여 필요한 열 에너지의 재생을 위한 감소된 용량을 포함시키는 것만이 필요할 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 6 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 6 에서, 고온 소스는 대안적 고온 열원(48)으로 대체된다. 예시적인 실시예에서, 고온 열원(48)은 예를 들어 핵 연료봉으로부터의 열, 활화산으로부터의 용암, 노(furnace)로부터의 열, 체열 등일 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 7 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 7 에서, 저온 소스는 대안적 냉원(50)으로 대체된다. 예시적인 실시예에서, 저온 소스는 예를 들어 빙하, 바다 등으로부터 얻은 것일 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 8 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 8 은 고온 스토리지(2)가 대안적 고온 열원(48)으로의 집적 접속으로 대체된다는 것을 제외하고는 도 7 과 유사하다. 예시적인 실시예에서, 고온 열원(48)은 예를 들어 핵 연료봉으로부터의 열, 활화산으로부터의 용암, 노(furnace)로부터의 열, 체열 등일 수도 있다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 9 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 9 는 저온 스토리지(3)가 대안적 냉원(50)으로의 직접 접속으로 대체된다는 것을 제외하고는 도 6 과 유사하다. 위에서 설명된 바와 같이, 다양한 대안적 소스들이 이용가능하다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 10 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 10 에서 고온 스토리지(2)는 대안적 고온 열원(48)으로의 접속으로 대체되고 저온 스토리지(3)는 대안적 냉원(50)으로의 직접 접속으로 대체된다. 위에서 설명된 바와 같이, 다양한 대안적 소스들이 이용가능하다. 고온측 온도 및/또는 저온측 온도는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 6 내지 도 9 는 대안적 소스가 간헐적이거나 온도에 있어서 요동이 발생하는 경우에 상변화 물질이 역시 존재한다는 것을 제외하고는 도 10 의 실시예와 유사하다.
도 11 은 열전기 발전기, 가열 및 냉각 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 11 은 도 1 에서 예시된 실시예와 유사한데, 하지만 수요에 따라 가열 및/또는 냉각을 제공하기 위한 열 교환기(10)를 역시 포함한다. 이러한 예시적인 실시예들에서, 제공된 고온 입구(12) 및 저온 입구(11)는 고온 스토리지(2) 또는 저온 스토리지(3)에 의하여 가열되거나 냉각되는 액체 또는 증기를 열 교환기(10)까지 사용하는데, 이것이 저온 입구(11)로부터 수신된 액체 또는 증기를 냉각하거나 고온 입구(12)로부터 수신된 액체 또는 증기를 더 가열한다. 그러면 액체 또는 증기는 고온 출구(13), 또는 저온 출구(14)를 통하여 열 교환기를 떠나 플리넘(plenum) 또는 탱크(15)로 가는데, 여기에서 이것은 펌프 또는 팬(16)을 사용하는 전통적인 방법에 의하여 파이프 또는 덕트를 통해 원하는 위치로 분배된다. 이것은 자신의 열 에너지를 가열되거나 냉각될 주변으로 방출하고, 이제 고온 리턴(18) 또는 저온 리턴(19), 플리넘 또는 탱크(15) 및 열 교환기(10)를 통하여 고온 스토리지(2) 또는 저온 스토리지(3)로 복귀된다. 이러한 실시예에서 열전기 발전기(1) 로부터의 전기 에너지는 다른 디바이스에 대한 전기 전력을 생성하기 위하여 사용될 수도 있다. 고온측 온도(들) 및/또는 저온측 온도(들)는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 12 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 12 는 도 11 에서 예시된 실시예와 유사하지만, 원하는 경우에는 펌프 또는 팬(16)을 제외하고 열전기 발전기(1)로부터 전력 보조 디바이스를 포함하지 않을 수도 있다. 고온측 온도(들) 및/또는 저온측 온도(들)는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
도 13 은 열전기 발전, 가열 및 냉각 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 이러한 실시예에서는, 재생기가 없다; 두 개의 열전기 발전기(1)가 존재하는데 하나는 고온 스토리지(2) 및 고온측 주변 온도(9)를 사용하여 냉각기(7)에 전력공급하고, 저온측 주변 온도(17) 및 저온 스토리지(3) 사이의 다른 열전기 발전기(1)는 히터(5) 및 펌프 또는 팬(16)에 전력공급한다. 고온측 온도(들) 및/또는 저온측 온도(들)는 열전기 발전기와 직접적 콘택에 있거나, 직접적 콘택에 있거나, 또는 열적 통신하는 상태일 수도 있다.
비록 위에서 설명된 예시적인 실시예들 중 많은 것들이 도 2 의 예시적인 실시예에 대한 단일 변형예들이지만, 동일한 또는 유사한 변형이 예를 들어 도 1 에도 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 용이하게 이해되어야 한다. 추가적으로, 다양한 예시적인 변경이 서로 조합되어 이루어져서 추가적인 예시적 실시예를 생성할 수 있다.
도 14 는 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 전개도이다. 예시적인 실시예에서, 더 효율적 열전기 디바이스가 일반적인 규격품 디바이스 대신에 사용될 수도 있다.
도 14 에서 설명된 예시적인 실시예의 추가적 세부사항이 도 15 내지 도 20 에서 발견될 수 있다. 도 15 는 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 등각 투상도이다. 도 16 은 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 평면도이다. 도 17 은 예시적인 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 단면도이다. 도 18 은 열전기 디바이스 내에서 이용될 수도 있는 반도체 포스트의 예시적인 실시예의 등각 투상도이다. 도 19 는 열전기 디바이스 내에서 이용될 수도 있는 반도체 포스트의 예시적인 실시예의 평면도이다. 도 20 은 열전기 디바이스 내에서 이용될 수도 있는 반도체 포스트의 예시적인 실시예의 단면도이다;
열전기 디바이스(39, 43, 45)는 모듈의 양단부를 실링하여 진공처리된(evacuated) 또는 지속가능하게 진공처리된 챔버를 생성하는 진공 시일 호일(22)을 포함할 수도 있다. 챔버는 히트 파이프 작동 유체(23), (예를 들어 물, 아세톤, 부탄, 또는 다른 적합한 물질)의 양을 포함할 수도 있다. 진공 시일 호일(22)이 챔버에 매칭할 컷아웃(cutouts)을 가지는 두 개의 최외곽 열전도성 열가소성 탄성중합체 전기적 절연 스킨(24) 상에 진공 실링되는 경우, 이것은 위킹(wicking) 홈(32)을 가지는 공백 영역(31) 보다 다소 더 작은 열전도성이지만 전기적으로 절연성인 에폭시, 전기적 도체층(25) 및 전기적 입력/출력(I/O) 층(28)을 사용하여 부착되어, 열적으로 및 전도성 에폭시를 사용하여 전기적 도체층(25) 및 전기적 입력 / 출력층(28)에 부착된 반도체 포스트(26, 27) 내에서 모듈의 범용 지향을 허용한다. 내부 히트 파이프를 반도체 포스트를 관통하여 효과적으로 추가함으로써, 다양한 이점들이 실현될 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 포스트 내의 더 적은 질량은 효율을 증가시키는 더 적은 열저항(thermal resistivity)으로 인도하고; 포스트 내의 홀은 표면적을 추가하여 더 많은 전자가 흐르게 하며; 그리고/또는 히트 파이프 잠재 에너지는 포스트의 열저항을 감소시킬 수도 있는데, 이것이 효율을 증가시킨다. 예를 들어, 홀이 각각의 포스트에 배치되어 자신의 열저항을 약 30% 만큼 감소시키고 또한 표면적을 증가시켜 약 40% 의 더 많은 전자 흐름을 허용한다면, 이와 같이 하는 것이 열전기 모듈의 효율을 82 퍼센트까지 증가시킬 수도 있다. 본 명세서에서 개시되는 열적 전기적 디바이스의 어떤 실시예들은 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 약 9 내지 15 퍼센트의 효율을 가질 수도 있다. 그러나, 이러한 효율은 열을 수확(harvest)으로부터가 아니라 연료로부터 생성해야 한다는 것에 기초한다. 다른 효율 범위도 역시 고찰된다.
예시적인 실시예에서, 개개의 반도체 포스트(26, 27)는 상단 또는 "핫" 측 층으로부터 시작하여 전기적으로 직렬로 및 열적으로 병렬로 정렬될 수도 있다. 시리즈는 상단으로부터 볼 때 층의 우측 하단 상의 양의 전기적 도체 I/O 탭(29)로부터 시작하여, 반도체 n-타입 포스트(26)로 연결하고, 상단으로부터 볼 때 하단 좌측의 음의 전기적 도체 I/O 탭(30)에 연결된 반도체 p-타입 포스트(27)에서 끝날 때까지 반도체 포스트 타입(26, 27)들 사이에서 교번한다. I/O 탭(30)은 상단으로부터 볼 때 이러한 층의 하단 좌측에 있는 다음 층의 양의 전기적 도체 I/O 탭(29)에 연결될 수도 있는데, 이것은 그 층의 하단 우측의 음의 전기적 도체 I/O 탭(30)에 연결된 반도체 포스트 p-타입(27)에서 끝날 때까지 반도체 포스트 타입(27, 26)들 사이에서 교번하며 반도체 n-타입 포스트(26)에 연결된다. 이러한 구조는 원하는 개수의 층이 획득될 때까지 층마다 계속하여 교번할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 최하단 층은 적층의 하단 우측의 음의 전기적 도체 I/O 탭(30)에 연결되는 반도체 p-타입 포스트(27)와 함께 끝난다. 최종 전기적 입력 / 출력(I/O) 층(28)은 예를 들어 열적 및 전도성인 에폭시를 사용하여 최종 하단 또는 "콜드"측의 진공 시일 호일(22)을 사용하여 실링되는 열전도성 열가소성 탄성중합체 전기적 절연 스킨(24)으로 부착될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 층의 개수는 고온 및 저온 사이의 열적 차분에 의존하여 2 내지 5, 5 내지 10, 10 내지 50, 40 내지 100 개 사이 등일 수도 있다. 층의 개수는 특정 실시예의 구성에 크게 의존하여 변동할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 이러한 예시적인 모듈은 시스템 내에서 다수 개의 상이한 방식 또는 이들의 조합으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 열전기 디바이스는 (i) 높은 열 에너지가 상단면에 인가되고 낮은 열 에너지가 하단면에 인가되며 양극 출력 전기적 흐름(47)이 획득되는 열전기 발전기 모듈 적층(39) (ii) 수확 소스(44) 로부터의 양극 입력 전기적 흐름이 인가되는 경우의 열전기 히터 모듈 적층(43) 및 (iii) 수확 소스(46) 로부터의 음극 입력 전기적 흐름이 인가되는 경우의 열전기 냉각기 모듈 적층(45)과 같은 구성에서 에너지 컨버터로서 사용될 수도 있다.
도 21 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 21 의 예시적인 실시예는, 예시적인 실시예에서 원하는 양극 출력 전기적 흐름(47)을 획득하기 위하여 척도변경가능한 크기 및 개수를 가질 수도 있는 열전기 발전기(39)를 사용한다. 열전기 발전기(39)는 "핫" 측에 열전도성이지만 전기적으로 절연성인 에폭시를 사용하여 고온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(38)의 평평하고 평활한 표면에 부착될 수도 있고, "콜드" 측에 열전도성이지만 전기적으로 절연 에폭시를 사용하여 저온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(40)의 평평하고 평활한 표면에 부착될 수도 있다. 마이크로 보이드를 피하거나 실질적으로 감소시키는 이러한 케이싱의 실질적으로 완전한 접착은 몇 가지 실시예들에서 에너지 변환의 성능에 유용할 수도 있다. 고온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(38) 및 저온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(40) 모두는, 중공 튜브 형상의 저장된 열 에너지 매스(mass)로 연장할 수도 있는데, 이것들 각각은 히트 파이프 작동 유체(36)에 대한 내부 윅(wick)으로서 역할하는 소결층(sintered layer)(37)을 가질 수도 있다. 히트 파이프는 열역학의 주지된 방법을 사용하여 설계될 수도 있고 열 전송 산업의 다수 개의 소스로부터 구매될 수도 있다. 고온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(38) 튜브는 좁은 온도 범위에서 열을 저장하는 고밀도 에너지 스토리지 및 180 J/g 보다 큰 잠열을 가진 고온 상변화 물질(42)의 잠열 열 에너지 매스 로 연장할 수도 있다. 저온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(40) 튜브는 좁은 온도 범위에서 열을 저장하는 고밀도 에너지 스토리지 및 180 J/g 보다 큰 잠열을 가진 저온 상변화 물질(42)의 잠열 열 에너지 매스 로 연장할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 상변화 물질은 표 1 에서 식별되는 성질들의 조합을 가질 수도 있다:
Figure pct00001
표 1 상변화 물질 성질
예시적인 실시예에서, 저장된 에너지는 다음 수학식을 사용하여 계산될 수 있다;
Figure pct00002
여기에서 저장된 잠열 에너지(kW/h)는 상변화 물질(cm3)의 체적 곱하기 상변화 물질 밀도(g/cm3)와 같다; 그러면 이것의 합이 상변화 물질 잠열 스토리지 능력(J/g)으로 승산되고 이제 총 줄수(J)는 3,600,000 으로 나눔으로써 kW/h로 변환된다.
고온 상변화 물질(34) 및/또는 저온 상변화 물질(42) 모두는 그들의 온도가 유지되거나 실질적으로 유지되도록 보장하기 위하여 임베딩된 추가적 히트 파이프를 가질 수도 있다.
튜브 부분이 고온 상변화 물질(34) 내로 임베딩된 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(35)은 히트 파이프 작동 유체(36)를 위킹(wick)하도록 설계되는 소결층(37)을 포함할 수도 있고 또한 동일한 고온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(34)의 평평하고 평활한 표면을 포함할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 히트 파이프는 절연 케스켓(casket)(33)을 넘어 연장할 수도 있다. 이와 유사하게, 튜브 부분이 저온 상변화 물질(42) 내로 임베딩된 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)은 히트 파이프 작동 유체(36)를 위킹(wick)하도록 설계되는 소결층(37)을 포함할 수도 있고 또한 동일한 저온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)의 평평하고 평활한 표면을 포함할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 히트 파이프는 열 에너지를 원격 소스로부터 디바이스 내로 전도시키는 것을 도울 수도 있는 절연 케스켓(33)을 넘어 연장할 수도 있다.
고온 상변화 물질(34) 및 저온 상변화 물질(42) 모두의 온도를 결정할 때, 자연적으로 발생하고 및/또는 일차 액션으로부터의 이차 폐기물로서 발생하는 뜨겁거나 차가운 로컬 온도가 활용될 수도 있다. 예를 들어, 시스템을 높은 평균 주간 온도를 가지고 하루 동안 공장에서 이루어진 작업의 부산물로서 발생하는 다른 열원이 존재하는, 사막의 공장에 시스템을 설치한다면, 이러한 열은 고온 상변화 물질(34)의 고온을 유지 및/또는 증가시키기 위하여 사용될 수도 있고 이를 통하여 큰 열적 거리를 획득하고 유지하는 것을 더 용이하게 한다. 어떤 애플리케이션에서는, 다중 제 1 및 제 2 온가 활용되도록 이용가능할 수도 있는데 이것이 다중 적합한 상변화 물질을 이용하여 다중 온도 차분을 사용하는 시스템을 허용할 수도 있다.
예를 들어, 도 21 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 21 에 도시된 바와 같이, 열전기 히터 모듈 스택(43)은 열전도성이지만 전기적으로 절연성인 에폭시를 사용하여 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(35)에, 이것의 평평하고 평활한 외부면에 부착할 수도 있다. 열은 수확 소스(44)로부터 양극 입력 전기적 흐름을 추가함으로써 생성될 수도 있다. 또한, 열전기 냉각기 모듈 스택(45)은 열전도성이지만 전기적으로 절연성인 에폭시를 사용하여 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)에, 이것의 평평하고 평활한 외부면에 부착된다. 냉각은 수확 소스(46)로부터 음극 입력 전기적 흐름을 추가함으로써 생성될 수도 있다.
도 22 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 22 를 참조하면, 수확될 수 있는 열원(48)이 존재한다면, 도 21 에서 참조된 열전기 히터 모듈 스택(43)은 제거되거나 감소될 수도 있고, 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(35)은 고온 열 에너지의 폐 소스(waste source)에 부착되거나 및/또는 이와 열적통신할 수 있다. 열원(48)에 연결되지 않는 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(35)의 면적은 열적으로 비-전도성 물질(49)로 실링될 수도 있다.
도 23 은 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 23 을 참조하면, 수확될 수 있는 냉온 소스(50)가 존재한다면, 도 21 에서 참조된 열전기 냉각기 모듈 스택(45)은 제거되거나 감소될 수도 있고, 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)은 저온 열 에너지의 폐 소스에 부착되거나 및/또는 이와 열적통신할 수 있다. 냉온 소스(50)에 연결되지 않는 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)의 면적은 열적으로 비-전도성 물질(49)로 실링될 수도 있다.
도 24 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 24 를 참조하면, 수확될 수 있는 열원(48) 및 냉원(50)이 존재한다면, 열전기 히터 모듈 스택(43) 및 열전기 냉각기 모듈 스택(45)은 제거되거나 감소될 수 있고, 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(35) 및 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)은 고온 열 에너지의 폐 소스 및 저온 열 에너지의 폐 소스 각각에 부착되거나 및/또는 이와 열적통신할 수 있다. 저온 소스(50)에 연결되지 않는 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(35)의 면적 및 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱(41)의 면적은 열적으로 비-전도성 물질(49)로 실링될 수도 있다.
도 25 는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 25 를 참조하면, 일정하고 안정한 전기적 서플라이를 획득하기 위하여 매스(mass) 및 열적 차분을 유지하기 위한 추가적 에너지를 수확하고 변환할 필요성이 다양한 애플리케이션에서 어느 정도로 존재할 수도 있다. 수확된 광전지 직류 전기 에너지(51), 수확된 압전 직류 전기 에너지(52), 및 수확된 전자기 에너지(53)와 다른 타입과 같은 공지된 방법을 사용한 에너지 수확은 열전기 히터(33)에 전력공급할 수 있다. 이러한 방식으로, 히터(54)는 자신의 열을 고온 열적 스토리지(59)내의 저온을 향하여 흐름 경로(57)를 이동할 때 전달하는 고온 히트 파이프(56) 내에서 작동 유체를 작동 유체 증기(55)로 비등시키도록 가열할 수도 있고, 이렇게 하는 동안 응결된 작동 유체가 복귀할 때(58) 냉각하고 위킹된다(wicked). 예시적인 실시예에서, 이것은 열전기 냉각기(61)가 액체 저온 작동 유체를 외부 히트 파이프 벽(64)을 따라 저온 열적 스토리지(66)를 향해 이동하는 저온 히트 파이프(63) 내에서 냉각된 작동 유체(62)로 냉각하도록 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있고, 이렇게 하는 동안 액체로부터 증기로 변화하면서 가열되고 가열된 작동 유체(65)로서 도시된 바와 같이 열전기 냉각기(61)를 향해 다시 위킹된다. 예시적인 실시예에서, 이러한 프로세스는 열전기 발전기 모듈(68)의 대항 측면들과 접촉하는 실질적으로 고온 전송(60) 및 저온 전송(67)을 유지하며, 직류 전기적 출력의 구성가능하고 척도변경가능하며, 일정하고 및/또는 신뢰가능한 재생가능 소스를 생성한다.
도 26 은 사용후 핵 연료봉을 수확된 열원(harvested heat source)으로서 이용하는 열전기 에너지 발전 시스템의 다른 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 26 에서 사용후 핵 연료봉 수확된 에너지 컨버터는 열 에너지를 다중 변환 에너지 변환층에서 흡수하여 전기 에너지를 생성한다. 실시예들에서, 이것은 현재 사용 중인 고비용 능동 물 및 에어 냉각 방법을 제거하거나 실질적으로 감소시키고, 사중 리던던시 안전성 케스켓을 제공한다. 도 26 은 스테인레스 강철 내부 라이너(liner)(71)가 있는 최외곽 강화 콘크리트(70)(예를 들어, 14,500 psi) 외부 벽으로부터 시작하는 여러 층들을 도시한다. 예시적인 실시예는 또한 지중(subterranean) 구조에 대한 표준 타입의 비투신(bituthene) 저온 자착형 고무 아스팔트/폴리에틸렌 방수막 시스템을 가진 이차 강화된 8,000 psi 콘크리트 외부 벽이 있는 최외곽 강화 콘크리트 외부 벽(70) 상의 납탑재 비닐 외부 라이너 코팅을 포함할 수도 있다. 스테인레스 강철 내부 라이너(71)가 있는 최외곽 강화 콘크리트 외부 벽(70)은 저온 상변화 물질(72)의 큰 체적을 구조의 상단 및 하단을 포함하는 어셈블리의 전체 또는 실질적 부분 주위에 캡슐화한다. 상변화 물질은 저온 작동 유체(예를 들어, 암모니아, 아세톤)(73)가 있는 히트 파이프(예를 들어, Cu 히트 파이프)와 통합될 수도 있는데, 이것은 제 1 열전기층에 대한 열전기 콜드 전송 위치에서 가장 낮은(또는 적어도 낮은) 온도를 유지하기 위하여, 최외곽 강화 콘크리트(70) 외부 벽 및 스테인레스 강철 내부 라이너(71)를 통과하고 주위의 충진재(예를 들어, 흙, 모래, 재 및/또는 진흙) 내로 지나가면서 저온 상변화 물질(72)을 통해 전송 대역 상하로 연장한다. 열전기층은 SiC 세라믹 외부 시일 플러그(75)와 접속되어 외부 캡슐화된 챔버를 생성하는, 예를 들어 도 14 에서 설명된 타입의 저온 열전기 발전기 모듈 스택(74)의 다중층으로 구성될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, He 가스(76)가 추가될 수도 있고, 이것은 HgCdTe:B 및 HgCdTe:P의 SiC 분리된 교번하는 챔버의 액체-증기 열전기 링(77)으로 구성된 제 1 열전기층의 "핫" 측 및 제 2 열전기층의 "쿨" 측을 이룰 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 이것은 외부 진공처리된 챔버(He 가스(76)를 포함할 수도 있음) 내의 좁은 공백 영역에 의하여 분리될 수도 있고, 이것은 SiC:Se 및 SiC:Sb(79)의 분리된 교번 포스트의 고온 열전기 링(78)으로 이루어진 제 2 열전기층의 "핫" 측 및 제 3 및 최종 열전기층의 "쿨" 측을 이루며, 이것은 고온 작동 유체(80)에 대하여 액체 CO2 를 사용하여 집적된 소결된 히트 파이프가 있는 이차 SiC 흡수 벽으로 열적으로 결합되고, 이것은 실링된 리드(sealed lid) 및 SiC 세라믹 플레이트의 바닥을 통해, 그리고 저온 상변화 물질(72)의 분리된 상부 및 하부 영역을 통하여 지나감으로써 전송 대역의 상하로 연장할 수도 있으며, 여기에서 이들이 네 개의 비-인접한 그룹으로서 서로 결합하고 스테인레스 강철 내부 라이너(71) 및/또는 지중 구조에 대한 표준 타입의 비투신 저온 자착형, 고무 아스팔트/폴리에틸렌 방수막 시스템의 외부 보호층을 가진 이차 강화된 8,000 psi 콘크리트 벽으로 코팅된 납탑재 비닐 외부 라이너가 있는 최외곽 강화 콘크리트(70) 외부 벽과 동일한 방식으로 구성된 상단 캐비티 내로 상부 케이싱을 관통함으로써, 최대 전기 발전을 연장하기 위하여 상이한 작동 유체가 중심 쿨(cool)에서 연료봉으로서 사용되도록 이네이블한다. 챔버는 표준 방법을 사용하여 연료봉을 제거, 추가, 또는 교체하기 위하여 듀얼 보호 해치를 가지도록 설계될 수도 있다. 실시예들에서, 이것은 수직 티타늄 시일 플러그(81)와 연결된 캡슐화 중간 진공처리된 챔버를 캡슐화하여 액체 이산화탄소 작동 유체(83)를 사용하는 집적된 히트 파이프와 함께 일차 SiC 흡수 벽(82)을 캡슐화할 수도 있는데, 이것은 실링된 리드(sealed lid) 및 SiC 세라믹 플레이트의 바닥을 통해, 그리고 저온 상변화 물질(72)의 분리된 상부 및 하부 영역을 통하여 지나감으로써 전송 대역의 상하로 연장할 수도 있으며, 여기에서 이들이 네 개의 비-인접한 그룹으로서 서로 결합하고 스테인레스 강철 내부 라이너(71) 및/또는 지중 구조에 대한 표준 타입의 비투신 저온 자착형, 고무 아스팔트/폴리에틸렌 방수막 시스템의 외부 보호층을 가진 이차 강화된 8,000 psi 콘크리트 벽으로 코팅된 납탑재 비닐 외부 라이너가 있는 최외곽 강화 콘크리트(70) 벽과 동일한 방식으로 구성된 상단 캐비티 내로 상부 케이싱을 관통함으로써, 최대 전기 발전을 연장하여 He 가스(76)가 추가된 대면적 내부 진공 챔버를 형성하고, 내부에 하우징된 사용후 핵 연료봉(84)의 열 복사를 균일하게 분산시키기 위하여 상이한 작동 유체가 중심 쿨(cool)에서 연료봉으로서 사용되도록 이네이블한다. 예시적인 실시예에서, 추가적 전기 에너지가 후속하는 방식으로 수확될 수도 있다. 일차 SiC 흡수 벽(82)은 알파 복사의 존재를 이용하도록 설계된 인듐 갈륨 인화물(InGaP)로써 코팅된 깊은 우물이 있는 알파 볼타(Voltaic) 변환층 SiC 타일 및 / 또는 베타 복사의 존재를 이용하도록 설계된 티타늄(T)으로써 코팅된 깊은 우물이 있는 베타 볼타 변환층 SiC 타일 및 / 또는 방사성 감쇄 열 에너지를 이용하기 위한 SiC 열적 방출기 및 갈륨 안티몬화물(GaSb) 광발전 다이오드 셀의 열광발전 변환층을 포함할 수도 있다.
도 27 은 열전기 에너지 발전의 다른 예시적인 실시예의 개략적인 도면이다. 도 27 에서 볼 수 있는 바와 같이, 디바이스는 열전기 발전기 모듈(68)의 대항 측면에서 교번하며 열전도성 접착제와 함께 결합되어 열전기 발전기 코어(87)를 이루는, 집적된 히트 파이프가 있는 고온 열판(85) 및 집적된 히트 파이프가 있는 저온 열판(86)을 포함한다. 그들로 부착된 열전기 발전기 모듈(68)을 가지지 않는 고온 열판(85)의 단부들은 고온을 각각의 열전기 발전기 모듈(68)의 원하는 "핫" 측에 유지하기 위하여 고온 상변화 물질(34) 내에 임베딩된다. 그들로 부착된 열전기 발전기 모듈(68)을 가지지 않는 저온 열판(86)의 단부들은 저온을 각각의 열전기 발전기 모듈(68)의 원하는 "콜드" 측에 유지하기 위하여 저온 상변화 물질(42) 내에 임베딩된다. 디바이스는 또한 고온 상변화 물질(34) 내에 임베딩되며 추가적 열전기 발전기 모듈(68)에 의하여 전력공급될 수도 있는 Ni-크롬 코일 히터(88)를 포함하는데, 그들의 "콜드 측"은 저온 상변화 물질(42)에 연결되고 그들의 "핫 측"은 임의의 전도성 표면에 부착될 수도 있는 전도성 연결 마운트(91)에 연결되어 고온측 주변 온도(9)를 수확하고 열적 차분을 전기 에너지로 변환한다. 고온 상변화 물질(34) 및 저온 상변화 물질(42) 모두는 열적으로 절연된 외부 케이싱(92) 내에 캡슐화된다. 추가적으로, 디바이스는 저온 상변화 물질(42) 내에 임베딩되며 추가적 열전기 발전기 모듈(68)에 의하여 전력공급될 수도 있는 열전기 냉각기 모듈(90)을 포함하는데, 그들의 "핫 측"은 고온 상변화 물질(34)에 연결되고 그들의 "콜드 측"은 임의의 전도성 표면에 부착될 수도 있는 전도성 연결 마운트(91)에 연결되어 저온측 주변 온도(17)를 수확하고 열적 차분을 전기 에너지로 변환한다. 전도성 연결 마운트(91)는 열전도성 외부 쉘 스트랩(89)을 사용하여 추가적 열전기 발전기 모듈(68)로의 양의 열적 접속을 유지한다. 이러한 실시예에 대한 대안은 전도성 연결 마운트(91)를 이용하여 디바이스를 외부 폐기된(wasted) 또는 주변 열원(들)에 연결할 것이다. 열전기 발전기 코어(87)에 의하여 발전된 전기 에너지는 집적된 전압/전류 핀-아웃 보드(93)를 사용하여 원하는 전압 및 암페어의 구성가능한 출력으로 견인될 수도 있다.
도 28 은 빌딩 또는 다른 구조에 열전기 전기, 온수, 쾌적 난방, 쾌적 냉방 또는 이들의 조합을 제공하기 위한 태양열 및 광발전 에너지 수확 시스템의 개략도이다. 도 28 을 참조하면, 태양광 및 열을 받아들이지만 이것을 내보내지는 않기 위하여(또는 적어도 그 손실을 감소시키기 위하여) 태양에 대향하며 단-방향 미러로써 자신의 외향면 상에 코팅될 수도 있는 유리 패널(96)에 의하여 밀폐될 수도 있는 반사면(95)이 있는 도 29 및 도 30 에서 더 설명되는 하나 이상의 포물선 트로프(trough)(들)(94)는 태양의 광선(97)을 수집하고 태양의 열을 대류 루프(99) 내의 파이프를 통하여 흐르는 오일로 충진된 파이프(98) 상에 포커싱하여 액체 133 ℃에서 액체가 되는 유기 상변화 물질(100)의 저장소를 가열한다. 유기 상변화 물질(100)의 가열된 저장소는 태양광이 거의 없거나 존재하지 않는 시간 동안에 열을 유지하거나 또는 실질적으로 유지하기 위하여 높은 R-값 절연체로써 절연된다. 물 가열을 제공하기 위하여, 콜드 수관(101)은 충진되며 도 31 에서 더 설명되는 물 스토리지 탱크(102)를 공급하고 유지함으로써, 열 루프 입구(103)가 전기적으로 전력공급되면 물 펌프(104)를 사용함으로써 물 스토리지 탱크(102)로부터 물을 견인하게 한다. 물은, 물이 유기 상변화 물질(100)의 가열된 저장소를 통해 흐르고 이제 이것이 열 루프 출구(106)를 빠져나가는 물 스토리지 탱크(102)로까지 다시 돌아갈 때 물을 가열하는 단일 또는 승산 루프에서, 유기 상변화 물질(100)의 가열된 저장소를 통과하는 수관 루프(105)를 통해 펌핑된다. 물 스토리지 탱크(102)는 온수 공급 라인(들)(107)을 통하여 건물 전체에 분배되는 온수를 유지하거나 실질적으로 유지하기 위하여 높은 R-값 절연체로써 절연된다. 쾌적 난방을 제공하기 위하여, 절연된 전송 파이프(108)는 유기 상변화 물질(100)의 저장소 내에 저장된 액체 상변화 물질 및 유기 상변화 물질(109)의 이차 저장소 내에 저장된 액체 상변화 물질을 대류에 의하여 루프 내에 흐르게 한다. 온도 잠금 밸브가 루프에 배치되어 태양광이 거의 없거나 아예 없는 경우에 흐름을 중단시킬 수도 있다. 유기 상변화 물질(109)의 이차 저장소는 가열된 액체 유기 상 변화 물질을 유지하거나 또는 실질적으로 유지하기 위하여 높은 R-값 절연체로써 절연된다. 가열된 에어가 소망되는 경우에는, 온도조절기 또는 제어 스위치(110)가 전기적으로 전력공급되고 에어(112)를 컨디셔닝된 공간으로부터 필터링된 리턴 에어 그릴(113)을 통해 견인하고 에어를 열적으로-전도성 물질로 제조되며 이것이 지날 때에 에어를 가열하면서 유기 상변화 물질(109)의 이차 저장소를 통해서 진행하는 열 덕트(114)를 통해 송풍하는 송풍기(111)를 시동시키고, 그 이후에 이것이 절연된 플리넘(115)을 통해서 그리고 절연된 분배 덕트 내로 송풍하고, 원하는 컨디셔닝된 영역(116)으로 송풍한다. 쾌적 냉방을 제공하기 위하여, 광전지 패널(들)(117) 또는 풍력 또는 열전기와 같은 다른 재생가능 에너지 소스가 커패시터 어레이(21) 내에 저장되어 안정한 출력을 -15 ℃에서 유기 상변화 물질(118)의 3차 저장소 내에서 고체가 되는 유기 상변화 물질을 냉각시키는 저온 열판(86)에 부착되는 열전기 냉각기 모듈(90)로 제공하는 전기 에너지를 생성한다. 냉각된 에어가 소망되는 경우에는, 온도조절기 또는 제어 스위치(110)가 전기적으로 전력공급되고 에어(112)를 컨디셔닝된 공간으로부터 필터링된 리턴 에어 그릴(113)을 통해 견인하며 에어를 열적으로-전도성 물질로 제조되며 이것이 지날 때에 에어를 냉각하면서 유기 상변화 물질(118)의 삼차 저장소를 통해서 진행하는 냉각 덕트(119)를 통해 송풍하는 송풍기(111)를 시동시키고, 그 이후에 이것은 절연된 플리넘(115)을 통해서 그리고 절연된 분배 덕트 내로 송풍하고, 원하는 컨디셔닝된 영역(116)으로 송풍한다. 쾌적 난방 및 냉각에 대한 추가적인 세부사항들은 도 32 내지 도 35 에서 설명된다. 전기적 전력 발전을 위하여, 도 27 에서 설명된 바와 같은 열전기 발전기 코어(87)가, 전기적 배선(120)을 통하여 전기가 전기적 배선(120)을 통해 전기적 부하로 분배될 수 있는 DC 전기적 서브-패널(121)로 연결될 수도 있는 전기 에너지를 생성하기에 충분한 온도 차분을 유지하기 위하여, 유기 상변화 물질(118)의 냉각된 3차 저장소 및 유기 상변화 물질(109)의 가열된 이차 저장소 사이에 설정된다.
도 28 에서 설명된 예시적인 실시예의 추가적 세부사항이 도 29 내지 도 35 에서 발견될 수 있다. 도 29 는 예시적인 열전기 에너지 생성, 온수 가열, 쾌적 난방, 냉각 시스템 또는 이들의 조합에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 태양열 수집 시스템의 평면도 및 대응하는 입면도 및 등각 투상도이다. 도 30 은 예시적인 열전기 에너지 생성, 온수 가열, 쾌적 난방, 냉각 시스템 또는 이들의 조합에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 태양열 수집 시스템의 대응하는 단면도가 있는 다른 평면도 이다. 도 31 은 예시적인 온수 가열 시스템에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 태양열 온수 탱크의 평면도 및 대응하는 입면도, 단면도 및 등각 투상도이다. 도 32 는 예시적인 열전기 에너지 생성, 쾌적 난방 및/또는 냉각 시스템에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 평면도 및 대응하는 입면도이다. 도 33 은 예시적인 열전기 에너지 생성, 쾌적 난방 및/또는 냉각 시스템에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 다른 평면도 및 대응하는 등각 투상도이다. 도 34 는 예시적인 열전기 에너지 생성, 쾌적 난방 및/또는 냉각 시스템에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 다른 평면도 및 대응하는 단면도이다. 도 35 는 예시적인 열전기 에너지 생성, 쾌적 난방 및/또는 냉각 시스템에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 열전기 쾌적 난방 및/또는 쾌적 냉방 시스템의 등각 투상도 및 대응하는 상세도이다.
도 36 및 도 37 은 열전기 냉각 시스템의 예시적인 실시예의 평면도 및 대응하는 입면도, 단면도 등각 투상도, 및 상세도이다. 도 36 및 도 37 에서 설명되는 바와 같은 열전기 냉각 시스템의 시스템, 방법 및/또는 장치의 예시적인 실시예에서, 광전지 패널(들)(117) 또는 풍력 또는 열전기와 같은 다른 재생가능 에너지 소스가 커패시터 어레이(21) 또는 DC 전력으로 변환된 빌딩 그리드 전력에 저장되어 안정한 출력을 -15 ℃에서 유기 상변화 물질(118)의 3차 저장소 내에서 고체가 되는 유기 상변화 물질을 냉각시키는 저온 열판(86)에 부착되는 열전기 냉각기 모듈(90)로 제공하는 전기 에너지를 생성한다. 냉각된 에어가 소망되는 경우에는, 전기적으로 전력공급되는 온도조절기 또는 제어 스위치(110)가 에어(112)를 컨디셔닝된 공간으로부터 필터링된 리턴 에어 그릴(113)을 통해 견인하며 에어를 열적으로-전도성 물질로 제조되며 이것이 지날 때에 에어를 냉각하면서 유기 상변화 물질(118)의 삼차 저장소를 통해서 진행하는 냉각 덕트(119)를 통해 송풍하는 송풍기(111)를 시동시키고, 그 이후에 이것은 절연된 플리넘(115)을 통해서 그리고 절연된 분배 덕트 내로 송풍하고, 원하는 컨디셔닝된 영역(116)으로 송풍한다.
도 38 및 도 39 는 휴대용 열전기 가열, 냉각 및/또는 전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 대응하는 입면도, 단면도 및 등각 투상도가 있는 평면도이다. 도 38 을 참조하면, 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한-타입의 팬 유닛이, 이것이 냉각 모드에 있을 경우 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한-타입 팬 유닛의 에어 입력 개구에 대해 적합한 공기흐름을 제공하도록 설계된 착탈식 냉각 저장소(135)의 다이슨 에어 멀티플라이어(134)의 에어 입력 개구를 수용하도록 설계되는 하우징 내에 설정된다. 추가적으로, 동일한 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한 타입 팬 유닛은 또한 이것이 가열 모드에 있을 경우 착탈식 열 저장소의 다이슨 에어 멀티플라이어(134)의 에어 입력 개구를 수용하도록 설계된 하우징 내에 설정될 수도 있다. 커패시터 어레이(21) 배선 체이스(chases)(138), 히트 싱크(124) 및 열전기 발전기 코어(87)와 함께 제어 박스(127)는 열전기 발전기 코어(87)의 일측에 착탈식 냉각 저장소(135) 및 타측에 착탈식 열 저장소(136)가 있는 유닛의 중앙에 위치한다. 시스템의 이러한 부분은 전기 전력을 시스템의 가열, 냉각 및 에어 이동 요구에 따라 공급하는 광전지 스커트(137)로 래핑된 자신의 베이스(139) 내에서 어느 일측(핫 또는 콜드)이 위로 가도록 배치될 수도 있다. 추가적으로, 도 39 에서 설명되는 바와 같이, 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한-타입의 팬 유닛이, 이것이 냉각 모드에 있을 경우 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한-타입 팬 유닛의 에어 입력 개구에 대해 적합한 공기흐름을 제공하도록 설계된 통합된 냉각 덕트(119)가 있으며 저온 상 변화 물질(42)로써 충진된 착탈식 냉각 저장소(135)의 다이슨 에어 멀티플라이어(134)의 에어 입력 개구를 수용하도록 설계되는 하우징 내에 설정된다. 냉각 동작 도중에 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한 타입 팬은 에어를 로컬 환경으로부터 이것이 저온 상변화 물질(42)로 열을 배출할 때 냉각되는 통합된 냉각 덕트(119)를 통하여 견인하고, 냉각된 에어를 다시 로컬 환경으로 송풍한다. 저온 상변화 물질(42)은 광전지 스커트(137)에 의하여 획득된 전력을 사용하여 원하는 온도에서 유지되고, 필요할 때까지 컨디셔닝되고 커패시터 어레이(21) 내에 저장되어 저온 열판(86) 양단에 배치된 열전기 냉각기 모듈(90)을 구동하는데, 여기에서 열전기 냉각기 모듈(90)의 "콜드" 측은 저온 열판(86) 내로 대향하고, 그들의 "핫" 측은 저온 상변화 물질(42)로써 충진되는 착탈식 냉각 저장소(135)의 그들의 출구 주위에서 부분적으로 임베딩되고 실링되는 히트 싱크(124)에 연결된다. 추가적으로, 동일한 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한-타입의 팬 유닛이, 이것이 가열 모드에 있을 경우 다이슨 에어 멀티플라이어(134) 또는 유사한 타입 팬 유닛의 에어 입력 개구에 대해 적합한 공기흐름을 제공하도록 설계된 통합된 가열 덕트(114)가 있으며 고온 상 변화 물질(34)로써 충진된 착탈식 냉각 저장소(136)의 다이슨 에어 멀티플라이어(134)의 에어 입력 개구를 수용하도록 설계되는 하우징 내에 설정된다. 가열 동작 도중에 다이슨 에어 멀티플라이어(134), 팬 또는 유사한 타입 팬은 에어를 로컬 환경으로부터 이것이 고온 상변화 물질(34)로부터 열을 견인할 때 가열되는 통합된 열 덕트(114)를 통하여 견인하고, 가열된 에어를 다시 로컬 환경으로 송풍한다. 고온 상변화 물질(34)은 광전지 스커트(137)에 의하여 획득된 전력을 사용하여 원하는 온도에서 유지되고, 필요할 때까지 컨디셔닝되고 커패시터 어레이(21) 내에 저장되어 고온 열판(85) 양단에 배치된 열전기 히터(122)를 구동하는데, 여기에서 열전기 히터(122)의 "핫" 측은 고온 히트 파이프(85) 내로 대향하고, "콜드" 측은 고온 상변화 물질(34)로써 충진되는 착탈식 냉각 저장소(136)의 그들의 출구 주위에서 부분적으로 임베딩되고 실링되는 히트 싱크(124)에 연결된다. 착탈식 열 저장소(136) 및 착탈식 냉각 저장소(135) 사이에서 유지되는 실질적 열적 차분의 결과로서, 각각의 저장소의 열전도성 스킨(149)에 직접적 접촉하는 열전기 발전기 코어(87)는 필요에 따라 사용되거나 추후 사용을 위하여 커패시터 어레이(21) 내에 저장되는 전기 에너지를 생성한다.
도 40 및 도 41 은 열전기 고상 냉동 시스템의 예시적인 실시예의 입면도 및 대응하는 다른 입면도, 평면도, 단면도, 상세도 및 등각 투상도이다. 도 40 을 참조하면, 냉장고 챔버(145) 및 냉동기(freezer) 챔버(145)는 내부 챔버에 대향하는 열전도성 스킨(149) 및 주변 온도로 외향으로 대향하는 열적으로 절연된 외부 케이싱(92)과 나란하게 된 저장된 음식 또는 다른 상하는 것을 냉장 및/또는 냉동하는 저온을 유지할 것이다. 열전도성 스킨(149) 및 열적으로 절연된 외부 케이싱(92) 사이에 생성된 캐비티는 저온 상변화 물질(42)로써 충진될 수도 있다. 강체 발포 절연체(foam insulation)와 같은 절연 베리어(8)의 추가 층이 캐비티의 온도를 더 유지하기 위하여 사용될 수도 있다. 냉장고 챔버(145) 및 냉동기 챔버(146)를 원하는 온도로 만들고 그러한 온도를 유지하기 위하여, 저온 히트 파이프(63)는 일부가 열적으로-절연된 외부 케이싱(92) 외부로 돌출하여 그들의 "콜드" 측이 저온 히트 파이프(63)에 그리고 그들의 "핫" 측이 히트 싱크(124)에 부착되는 열전기 냉각기 모듈(90)과 맞춤하고 부착하는 저온 상변화 물질(42) 내에 임베딩될 수도 있다. 열전기 냉각기 모듈(90)은 이용가능한 임의의 DC 전력원을 사용하여 전력공급될 수도 있다. 냉각하도록 전력공급되지 않는 동안에, 열전기 냉각기 모듈(90)은 그들의 "콜드" 측 및 "핫" 측 사이에 열적 차분을 가져서, 이들이 외부 주변 온도로부터 저온 상변화 물질(42)로 천천히 유출시키기 때문에 이들을 실효적으로 열전기 발전기(1)로 만든다. 이러한 전기 에너지는 커패시터 어레이(21)에 저장되어 냉장고 챔버(145) 또는 냉동기 챔버(146) 중 어느 것의 절연된 문(141)이 열리는 경우 재-냉각하는 것 또는 전등에 전력공급하는 것을 도울 수도 있다. 시스템은 또한 레벨링(leveling) 목적을 위한 조절가능한 피트(feet)(143) 및 저장 목적을 위한 적합한 개방된 하드웨어 및 선반 및 빈 랙(bin racks)(147)이 있는 문 핸들(142), 문 패널 프레임(144)을 포함할 수도 있다.
도 42 는 열전기 수확 구성의 예시적인 실시예의 개략적인 단면도이다. 도 27 에서 설명되는 바와 같고 차량 내의 전기적 모터(들)에 전력공급하기 위하여 사용되는 열전기 에너지 변환의 시스템, 방법 및/또는 장치의 예시적인 실시예는 도 42 에 도시된 바와 같이 차량의 외부 쉘을 구성하는 외부 열전도성 스킨(149)의 하측(underside)에 부착되고 및/또는 이와 열적 통신하는 열전기 발전기(1)로 구성된 열전기 수확 구성을 사용하는 열적 재생 시스템을 가질 수도 있는데, 이것은 위치 및 하루의 시간 및/또는 한 해에 상대적인 기본적인 대기 온도 차분에 노출되고 열 에너지를 흡수하거나 배출한다. 열전기 발전기(1)의 반대면은 간단히 지향에 의하여 위치 및 하루의 시간 및/또는 한 해에 상대적인 기본적인 대기 온도 차분에 대해 차폐되는 열적 흡수체 / 배출체로서 역할을 할 수도 있는 알루미늄 발포재(foam) 또는 탄소 발포재와 같은 열전도성 발포재(150)에 연결되고 및/또는 이와 열적 통신 할 수도 있어서 열전기 발전기(1)의 양측 사이에 열적 차분을 야기하고 전기 에너지를 생성한다. 전기적 수확은 위치, 날씨 및/또는 속력, 그 차량이 어디에서 이동했는지에 기초하여 변동할 것이다. 어떤 실시예에 대하여, 열적 재생 시스템에 대한 다른 수확 기회는 브레이킹 시스템 내의 마찰에 의하여 야기되는 열로부터 이용가능해질 수도 있다. 도 42 에 도시된 바와 같이, 후면 브레이킹 디스크(151)에 부착되고 및/또는 열적 통신하는 열전기 발전기(1)는 드라이버가 감속하거나 정지하기 위하여 브레이크를 사용할 때 열을 흡수한다. 열전기 발전기(1)의 반대면은 열적 흡수체 / 배출체로서 역할을 할 수도 있는 알루미늄 발포재(foam) 또는 탄소 발포재와 같은 열전도성 발포재(150)에 연결되고 및/또는 이와 열적 통신 할 수도 있어서 열전기 발전기(1)의 양측 사이에 열적 차분을 야기하고 전기 에너지를 생성한다. 열적 재생 시스템의 다른 수확 기회는 도 42 에 도시된 바와 같은 쾌적 난방 시스템 폐기물(waste)로부터 이용가능해질 수도 있고, 덕트 벽 및 환기 판(152)과 같이 차량 승객에 대하여 의도되는 열을 통상적으로 "유출"하는 영역에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는 열전기 발전기(1)는 폐 열 에너지를 흡수한다. 열전기 발전기(1)의 반대면은 열적 배출체로서 역할을 할 알루미늄 발포재(foam) 또는 탄소 발포재와 같은 열전도성 발포재(150)에 연결되고 및/또는 이와 열적 통신 할 수도 있어서 열전기 발전기(1)의 양측 사이에 열적 차분을 야기하고 전기 에너지를 생성한다. 열적 재생 시스템의 다른 수확 기회는 도 42 에 도시된 바와 같은 쾌적 냉방 시스템 폐기물로부터 이용가능해질 수도 있고, 덕트 벽 및 환기 판(152)과 같이 차량 승객에 대하여 의도되는 냉기를 통상적으로 "유출"하는 영역에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는 열전기 발전기(1)는 폐 열 에너지를 배출한다. 열전기 발전기(1)의 반대면은 열적 흡수체로서 역할을 할 알루미늄 발포재(foam) 또는 탄소 발포재와 같은 열전도성 발포재(150)에 연결되고 및/또는 이와 열적 통신 할 수도 있어서 열전기 발전기(1)의 양측 사이에 열적 차분을 야기하고 전기 에너지를 생성한다.
도 43 은 육지 차량에서 사용되기 위한 여러 개의 열적 재생 방법을 이용하는 열전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 블록도이다. 이제 도 43 을 참조하면, 도 27 에서 설명된 열전기 발전기의 열전기 발전기 코어(87)는 유기 상변화 물질(Organic Phase Change Materials; OPCM)(34 및 42) 두 개의 열적으로 분리된 탱크 내에 저장된 열적 차분을 사용하여 차량의 전기적 모터에 전력공급하거나 또는 이것의 전력을 보충하기에 충분한 전기 에너지를 생성한다. 차량이 동작되는 중인지 여부와 무관하게, 그러한 열 에너지 탱크를 재생하기 위해서는 후속하는 재생 실시예가 채용될 수도 있다. 우선, 일측에서 OPCM들(34 및 42)의 두 개의 열적으로 분리된 탱크의 외부에, 그리고 타측으로부터 열 에너지를, 그리고 본 명세서에서 개시된 수확 방법들: 외부 스킨(155)으로부터의 수확, 브레이킹(156)으로부터의 수확, 폐 쾌적 열(157)로부터의 수확, 폐 쾌적 냉각(158)으로부터의 수확, 및 브레이킹 임펄스 에너지(159) 로부터의 수확으로부터 전기 에너지를 흡수하거나 배출하면서 차량의 새시(154)의 매스에 부착되는 히트 파이프 플레이트(153)에 부착되고 및/또는 열적 통신하는 전기 에너지는 전기적으로 연결되어 산출된 전기적 전류를 극성 바이어스 없이 커패시터 어레이(21)로 전달한다. 커패시터 어레이(21)는, 하나는 설계된 높은 상변화 온도를 가지고 또 하나는 설계된 낮은 상변화 온도를 가지는 OPCM들(2 및 3)의 두 개의 열적으로 분리된 탱크를 도 27 에 도시된 바와 같이 그들의 원하는 온도에서 유지하기 위하여, 본 명세서에서 설명되는 저장된 수확된 전기 에너지를 사용하여 히터(5) 또는 쿨러(7) 중 하나를 구동시키도록 설계될 수도 있다.
도 44 는 육상 차량 내에서 햇볕이 있는 동안 그리고 따스한 온도로부터 더운 온도로까지 사용되기 위한 열전기 재생 시스템 열 에너지 수확기의 예시적인 실시예의 개략도이다. 이제 도 44 를 참조하면, 차량에 전력공급하기 위하여 사용되는 도 27 에서 설명된 열전기 발전기는 차량의 위치의 대기 조건을 이용하여 이전에 도 43 에서 설명된 열전기 재생 시스템에 전력공급하기 위한 열 에너지를 수확할 수도 있다. 태양(148)으로부터의 열 및 태양의 복사(97)는 열 에너지를 도 42 에서 설명된 바와 같은 열전기 수확 구성의 열전도성 스킨(149)으로 전달하는 고온측 주변 온도(9)를 생성한다. 차량의 새시(154)는 열 에너지를 도 42 에 도시된 바와 같은 열전도성 스킨(149)으로부터 멀어지게 저온측 주변 온도로 배출하는데, 이것은 열 배출 방향(160)으로서 채워진 화살표에 의하여 도시된다.
도 45 는 육상 차량 내에서 태양광이 없는 낮, 밤, 및 서늘한 것으로부터 추운 온도로까지 사용되기 위한 열전기 재생 시스템 열 에너지 수확기의 예시적인 실시예의 개략도이다. 이제 도 45 를 참조하면, 차량에 전력공급하기 위하여 사용되는 도 27 에서 설명된 열전기 발전기는 차량의 위치의 대기 조건을 이용하여 이전에 도 43 에서 설명된 열전기 재생 시스템에 전력공급하기 위한 열 에너지를 수확할 수도 있다. 차량 내부로부터의 열은 이것이 열전도성 발포재(150), 열전기 발전기(1) 및 도 42 에서 설명된 바와 같은 열전기 수확 구성의 열전도성 스킨(149)을 지날 때에 주변 온도(9)로 탈출한다. 차량의 새시(154)는 열 에너지를 도로로부터 도 42 에 도시된 바와 같은 열전도성 발포재(150)로 견인하는데, 이것은 열 배출 방향(160)으로서 채워진 화살표에 의하여 도시된다.
도 46 은 해양 선박에서 사용되기 위한 열전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 46 을 참조하면, 재충전하기 위하여 사용되기 위하여, 해양 선박은 정의된 열적 용량의 저장을 유지하기 위한 적어도 두 개의 열전기 재생 시스템을 가질 수도 있다. 제 1 열전기 재생 시스템은 열전도성 스킨(149)에 부착되고 및/또는 열적 통신하는 일측 및 열을 선박 내부 주변 온도(162)로부터 그 선박이 부유하는 수괴(body of water)(123) 내로 배출하는 열적 흡수체/배출체로서 역할을 할 알루미늄 발포 또는 탄소 발포와 같은 열전도성 발포재(150)에 부착되고 및/또는 이와 열적 통신하는 타측을 가지는 열전기 모듈(68)로서 구성된다. 이러한 열적 차분에 기인하여 열전기 모듈(68)에 의하여 생성된 전기 에너지는 극성 바이어스없이 커패시터 어레이(21) 내에 저장되어 히터(5) 및/또는 냉각기(7)에 전력공급하여, 선박에 전력공급하는 데에서 사용하기 위한 열전기 에너지 발전을 위한 열적 차분을 가지기 위하여, 필요할 경우 도 27 에서 설명된 열전기 발전기의 열전기 발전기 코어(87)의 고온 열적 스토리지(58) 및 저온 열적 스토리지(66)를 재생할 수도 있다. 이러한 열전도성 스킨(149)은 선박의 수관(123) 아래에서 시작하도록 설계된다. 제 2 열전기 재생 시스템은 열전도성 스킨(149)에 부착되고 및/또는 열적 통신하는 일측 및 열을 선박 내부 주변 온도(162)로부터 선박 외부 주변 온도(163)로 배출하는 열적 흡수체/배출체로서 역할을 할 알루미늄 발포 또는 탄소 발포와 같은 열전도성 발포재(150)에 부착되고 및/또는 이와 열적 통신하는 타측을 가지는 열전기 모듈(68)로서 구성된다. 이러한 열적 차분에 기인하여 열전기 모듈(68)에 의하여 생성된 전기 에너지는 극성 바이어스없이 커패시터 어레이(21) 내에 저장되어 히터(5) 및/또는 냉각기(7)에 전력공급하여, 선박에 전력공급하는 데에서 사용하기 위한 열전기 에너지 발전을 위한 열적 차분을 가지기 위하여, 필요할 경우 도 27 에서 설명된 열전기 발전기의 열전기 발전기 코어(87)의 고온 열적 스토리지(58) 및 저온 열적 스토리지(66)를 재생할 수도 있다. 추가적으로, 광발전 패널(117)이 시스템에 추가되어 히터(5) 및/또는 냉각기(7)에 전력공급함으로써 필요한 경우, 선박이 물 속에 있고 주변 온도가 열적 차분이 거의 없거나 아예 없다면, 선박에 전력공급하는 데에 사용되기 위한 열전기 에너지 발전을 위하여 열적 차분을 가지기 위하여, 도 27 에서 설명된 열전기 발전기의 열전기 발전기 코어(87)의 고온 열적 스토리지(58) 및 저온 열적 스토리지(66)를 재생할 수도 있다.
도 47 은 전기분해에 의하여 물로부터 수소 가스를 생성하기 위하여 사용되기 위한 열전기 발전 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 47 을 참조하면, 도 27 에서 설명된 열전기 발전기(1) 로부터의 전기 에너지는 전기분해 단자(165)로 전송된다. 양극(166)에 접속된 양의 리드 및 음극(167)에 접속된 음의 리드는 전기분해의 공정을 위해 최적인 물 용액(168) 내에 잠긴다. 부유 밸브(169), 물 입구(170), 및 에어 또는 화합물 입구(171)와 같은 리필 장치를 가질 수도 있는 물 스토리지 탱크(102) 내에 저장된 물 용액(168)은 공통 입구(173)를 통하여 전기분해 챔버(172)로 공급된다. 전기적 전하가 물 분자로 인가되고 이것이 가스 탱크(176)에 포획되는 수소(174) 및 산소(175) 가스로 분할된다. 그러면 추출된 가스는 레귤레이터(177)를 통하여 이것이 원하는 연소 연료(179)로 혼합하는 믹싱 챔버(178)로 디렉팅될 수도 있다. 연소 연료(179)는 오븐 또는 오븐의 난로(fireplace) 밸브(180) 또는 난로 버너(181)를 통해서 공급되고, 오븐 또는 난로 제어 스위치(183) 또는 다른 종래의 방법에 의하여 켜지는 글로우 플러그(182)를 사용하여 점화될 수도 있다.
도 48 은 질소 가스를 평균 주변 온도로부터 액체로 냉각시키는 목적을 위한 열전기 고상 냉각기 시스템의 예시적인 실시예의 개략적인 단면이다. 어떤 양태에서, 이것은 조용하게 또는 감소된 소음 및/또는 진동으로써 수행될 수도 있다. 도 48 을 참조하면, 질소의 챔버를 기체로부터 액체 상태로 감소되거나 거의 없는 노이즈와 함께 및/또는 거의 없거나 또는 감소된 진동과 함께 냉각하기 위하여 사용되는 것은, 최소 섭씨 28 도의 열 차분을 방출할 수 있는 열전기 발전기(1)로 구성되는데, 이것은 히트 싱크(124)에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는 자신의 "핫" 측 및, 절연된 4 개의 다른 면들을 가지는 제 1 열적 챔버(185)의 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)에 부착되고 및/또는 이와 열적 통신하는 열전기 발전기(1)의 콜드 측을 가지는데, 이러한 면들 중 하나는 제 1 열적 챔버(185)가 섭씨 4 도에서 냉각되는 유기 상변화 물질(187)로 충진되도록 하는 필러 캡(186)을 가지고, 제 6 측면은 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)이다. 제 1 열적 챔버(185)의 제 6 측 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)은 최소 섭씨 41 도의 열 차분을 배출할 수 있는 개별 열전기 발전기(1)의 "핫" 측에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하고, 열전기 발전기(1)의 "콜드" 측은 절연된 4 개의 다른 면들을 가지는 제 2 열적 챔버(185)의 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는데, 그러한 면들 중 하나는 제 2 열적 챔버(185)가 섭씨 37 도에서 냉각되도록 하는 유기 상변화 물질(187)로써 충진되도록 하는 충진 캡186)을 가지고 제 6 측면은 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184) 이다. 제 2 열적 챔버(185)의 제 6 측 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)은 최소 섭씨 70 도의 열 차분을 배출할 수 있는 개별 열전기 발전기(1)의 "핫" 측에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하고, 열전기 발전기(1)의 콜드 측은 절연된 4 개의 다른 면들을 가지는 제 3 열적 챔버(185)의 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는데, 그러한 면들 중 하나는 제 3 열적 챔버(185)가 섭씨 -107 도에서 액체가 되는 제논 가스(188)로써 충진되도록 하는 충진 캡(186)을 가지고 제 6 측면은 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184) 이다. 제 3 열적 챔버(185)의 제 6 측 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)은 최소 섭씨 45 도의 열 차분을 배출할 수 있는 개별 열전기 발전기(1)의 "핫" 측에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하고, 열전기 발전기(1)의 "콜드" 측은 절연된 4 개의 다른 면들을 가지는 제 4 열적 챔버(185)의 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는데, 그러한 면들 중 하나는 제 4 열적 챔버(185)가 섭씨 -152 도에서 액체가 되는 크립톤 가스(189)로써 충진되도록 하는 충진 캡(186)을 가지고 제 4 열적 챔버(185)의 제 6 측면은 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184) 이다. 제 4 열적 챔버(185)의 제 6 측 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)은 최소 섭씨 33 도의 열 차분을 배출할 수 있는 개별 열전기 발전기(1)의 "핫" 측에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하고, 열전기 발전기(1)의 "콜드" 측은 절연된 4 개의 다른 면들을 가지는 제 5 열적 챔버(185)의 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는데, 그러한 면들 중 하나는 제 4 열적 챔버(185)가 섭씨 -185 도에서 액체가 되는 아르곤 가스(190)로써 충진되도록 하는 충진 캡(186)을 가지고 제 6 측면은 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184) 이다. 제 5 열적 챔버(185)의 제 6 측 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)은 최소 섭씨 10 도의 열 차분을 배출할 수 있는 개별 열전기 발전기(1)의 "핫" 측에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하고, 열전기 발전기(1)의 "콜드" 측은 절연된 4 개의 다른 면들을 가지는 열적인 제 6 챔버(185)의 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)에 부착되거나 및/또는 이와 열적 통신하는데, 그러한 면들 중 하나는 제 6 열적 챔버(185)가 섭씨 -195 도에서 액체가 되는 질소 가스(191)로써 충진되도록 하는 충진 캡(186)을 가지고 제 6 측면은 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184) 이다. 제 6 열적 챔버(185)의 제 6 측 실링된(또는 실질적으로 실링된) 열전도성 멤브레인(184)은 냉각이 필요한 원하는 오브젝트에 부착될 수도 있는 냉각 플레이트(192)에 부착된다.
도 49 는 고립된, 충분히 고립된, 및/또는 실질적으로 고립된 고온 및 저온 스토리지가 있는 열전기 발전기의 예시적인 실시예의 개략적인 단면이다. 도 49 를 참조하면, 고온 스토리지(2) 로부터의 열 에너지가 열 흐름 방향(193)에서 고온 히트 파이프(56)로 이동하는 동안 고온 스토리지(2) 및 저온 스토리지(3)를 최소의 누설 상태에서 유지하는 것이 열전기 시스템의 효율에 바람직한데, 여기에서 이것은 쿨러 열전기 발전기 모듈(68)로 진행하고, 이것은 이제 열전기 발전기 모듈(68)을 통과하면서 전기 에너지를 생성하며, 이제 이것이 저온 스토리지(3) 내의 물질을 향하여 견인되는 열전기 발전기의 반대면 상의 저온 히트 파이프(63)의 쿨러 온도로 견인된다.
도 50 은 모바일 폰 및/또는 핸드헬드 디바이스에서 사용되기 위한 전자기 및 또는 열 에너지 수확 전력 공급부의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 51 은 모바일 폰, 컴퓨팅 태블릿, 및/또는 핸드헬드 디바이스에서 사용되기 위한 도 50 의 예시적인 전력 공급부의 단면 A의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 52 는 모바일 폰, 컴퓨팅 태블릿, 및/또는 핸드헬드 디바이스에서 사용되기 위한 도 50 의 예시적인 전력 공급부의 단면 B의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 53 은 모바일 폰, 및/또는 핸드헬드 디바이스에서 사용되기 위한 도 50 의 예시적인 전력 공급부의 단면 C 의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 50 을 참조하면, 선택되는 디바이스(예를 들어, 모바일 폰, 컴퓨팅 태블릿, 및/또는 핸드헬드 디바이스)에서 사용되기 위한 전자기 및 열 에너지 수확 전력 공급부의 예시적인 실시예의 개략도가 도시된다. 예시적인 실시예에서, 전력 공급부는 디바이스의 입력 전력 요구 사항이 설명된 전력 공급부의 출력 전력과 매칭(또는 실질적으로 매칭)하는 한 디바이스에 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있다. 특정 실시예들에서, 열 에너지 전력 공급부는 배터리와 결합하여 배터리에 의하여 제공되는 전압을 보완하고 및/또는 배터리를 재충전할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 주변 전자기 복사는 상이한 사이즈의 전도성 샤프트(예를 들어, 원통형 페라이트 코어(205)) 주위의 일련의 에나멜화된(또는 그렇지 않으면 절연된) 와이어 코일을 사용하여 수확될 수도 있고, 래핑되어(wraps) 다중 파장 및 주파수에서 에너지를 수확하기 위하여 다중 주파수에 매칭(또는 실질적으로 매칭) 하는데, 여기에서 이것은 이제 정류 회로(206) 내의 차단 다이오드에 의하여 직류로 변환되고 열전기 냉각기(33) 및 니크롬 코일 열 엘리먼트(204)의 입력의 출력 전력 매칭을 위하여 설계되는 울트라 커패시터 어레이(202)를 충진하기 위하여 사용된다. 예시적인 실시예에서, 코일은 전도성 샤프트 없이 구현될 수도 있다. 전자기 수확은 원하는 경우에는, 선택된 디바이스가 동작되는 중인지 여부에 무관하게 일정할 수도 있다. 추가적으로, 압전 물질(207)이 외부 하우징(197)에 추가될 수도 있고 저장된 전기 에너지는 열전기 냉각기(33) 및 니크롬 코일 열 엘리먼트(204)의 입력의 출력 전력 매칭을 위하여 설계되는 울트라 커패시터 어레이(202) 내에 저장될 수도 있다. 니크롬 코일 열 엘리먼트(204)는 열전기 발전기(1)의 열전기 발전기 기판("핫 측")(194)과 접촉하고 및/또는 이와 열적 통신한다. 열전기 냉각기(33)는 도 51 에 도시된 바와 같은 저온 상변화 물질(72)과 접촉하고 및/또는 이와 열적 통신하는데, 이것은 도 50 의 수직 단면 개략도이다. 이것은 도 50 의 수평 단면 개략도인 도 52 및 도 53 과 함께 열전기 디바이스를 계산된 상수(또는 실질적으로 상수) 온도에 유지시킨다. 도 51, 도 52 및 도 53 을 참조하면, 열전기 발전기(1)의 열전기 발전기 기판("콜드 측")(195)은 저온 상변화 물질(72)과 접촉하고 및/또는 이와 열적 통신한다. 열전기 발전기(1)의 열전기 발전기 기판("핫 측")(194)은 니크롬 코일 열 엘리먼트(204)와 접촉하고 및/또는 이와 열적 통신하는데, 이것은 열전기 발전기(1)의 양측 사이에 열 에너지를 선택된 디바이스에 전력공급할 수 있는 계산가능한 전기 에너지로 변환하는 열적 차분을 야기한다. 전기적 디바이스가 동작하는 시간 동안, 하나 이상의 컴포넌트로부터의 폐 열은 열전기 발전기(1)의 열전기 발전기 기판("핫 측")(194)으로 라우팅되어 그러한 컴포넌트로의 수동 냉각을 제공하고 열 에너지를 수확할 수도 있다. 전기적 디바이스가 동작하지 않는 시간 동안, 주변 온도 및 저온 상변화 물질(72)은 계산가능한 열적 차분을 열 에너지를 저온 상변화 물질(33)의 냉각을 위하여 열전기 냉각기(33)에 전력공급할 수 있는 계산가능한 전기 에너지로 변환하는 열전기 발전기(1)의 양측 사이에 야기한다. 저온 상변화 물질(33)은 열전기 발전기(1)의 그리고 열전기 냉각기(33)의 낮은 열전기 발전기 기판("콜드 측")(195)과 접촉한다. 저온 상변화 물질(72)의 다른 영역은 통상적으로, 폴리프로필렌 케이스 벽(201)으로써 분리되어 예를 들어 저온 상변화 펠릿 절연체(200)로써 절연된다. 그러면 전체 전력 공급부는 선택된 외부 하우징(197)(예를 들어, 유리섬유, 플라스틱 및/또는 금속) 내에 실링될 수도 있다.
도 54 는 현재 열 에너지를 캡쳐하고 이것을 다른 사용을 위하여(예를 들어 공장에서의 냉각을 위하여) 전기 에너지로 변환하기 위하여 재활용 및/또는 폐 열 에너지의 저장의 방법을 거의 사용하지 않거나 아예 사용하지 않으면서 냉각 및/또는 가열하는 데에 엄청난 양의 에너지를 사용할 수도 있는, 산업 설비에서 이용될 수도 있는 열전기 수확 디바이스 및 발전기의 예시적인 실시예의 개략도이다. 도 54 를 참조하면, 산업적 목적을 위하여 연소 연료(179)에 의하여 생성된, 산업적 노(209) 로부터의 열 에너지는 도시된 바와 같이 고온 히트 파이프(56)를 통하여 고온 열적 스토리지로 열 흐름 방향(193)에서 전달될 수도 있다. 노의 동작 측은 고온 상변화 절연체(214)로 계층화되어 복사로부터의 열이 작업-공간으로 들어가는 것을 방지하거나 감소시킬 수도 있다. 열 에너지는 추가적 고온 히트 파이프(56)를 통하여 계속하여 열전기 발전기 코어(87)의 핫 측으로 계속 진행하는데, 여기에서 이것은 열전기 발전기 코어(87) 내의 열전기 모듈을 통해 지나가면서 전기 에너지를 생성하고, 이것이 저온 히트 파이프 내로 지나가면서, 설비' 파운데이션(211)에 통합될 수도 있는 터빈 환기 캡(208) 및 냉각 우물(212)을 포함할 수도 있는 냉각 스택(213) 내부에 저장되는 저온 상변화 물질(72)의 저온 열적 스토리지(66) 내의 매쓰를 향해 견인된다. 생성된 전기 에너지는 전기적 출력을 평활하게 하기 위하여 울트라 커패시터 어레이로 전달되어 이것이 소망될 경우 사용될 수도 있게 할 수도 있다.
도 55 는 도심형 수직 경작에서 사용되기 위한 열전기 발전기, 히터 및 쿨러의 예시적인 실시예의 등각 투상 단면도이다. 도 55 를 참조하면, 열전기 발전기, 히터 및/또는 쿨러의 예시적인 실시예는, 전통적인 경작의 통상적인 병충해 및 환경적 우려로부터 실질적으로 고립되는 실링된 고상 도심형 수직 농장 생태구(biosphere) 내에서 사용되기 위한 것이다. 생장 챔버(219)는 보호를 위하여 선박 컨테이너(230) 내에 하우징되고 측면 또는 측면의 일부에서 상변화 절연체(214)로써 래핑되어 외부 환경으로부터 농장 생태구로의 열적 전송이 없거나 또는 감소되는 것을 보장할 수도 있다. 유닛의 3 차원의 성질 때문에, 하나의 40-피트 선박 컨테이너는 한 해 당 가능한 15 회의 생장 사이클이 있으면 많게는 3 에이커의 콩 또는 딸기를 생장시킬 수도 있다. 특정 실시예들에서, 단일한 40-피트 선박 컨테이너는 많게는 1 내지 2, 2.5 내지 4, 2.75 내지 3.25, 3 내지 5 에이커의 곡물을 한 해 당 적어도 1, 3, 5, 7, 9, 10, 12, 15 회 또는 더 큰 생장 사이클에서 생장시킬 수도 있다. 시스템은 다이슨 에어 멀티플라이어 또는 광전지 스커트가 없이, 도 38 및 도 39 에서 설명되는 휴대용 시스템과 유사한 열전기 발전기/히터/냉각기(215)의 예시적인 실시예를 이용한다. 도 38 및 도 39 에서 설명된 바와 같은 다이슨 에어 멀티플라이어 대신에, 가열 또는 냉각을 위하여 핫 또는 콜드 챔버를 통해서 에어를 견인하기 위하여, 질소 및 이산화탄소 가스 탱크는 온도가 조절될 필요가 있을 때에 현재 생장하고 있는 식물(들)의 특정한 종에 대한 센서 세트에 기초하여 유닛의 핫 또는 콜드 챔버를 통하여 자신의 압축된 가스를 밀어낸다. 추가적으로, 농장 생태구는 영양소가 풍부한 물 탱크(218)에 저장되며 산소 탱크(217) 내에 저장된 압축된 산소에 의하여 분무 파이프(223)를 통해 전달되는 물 및 영양소를 식물의 뿌리로 전달하기 위하여 수기경재배(aeroponic) 방법을 사용한다. 열전기 발전기/히터/냉각기(215) 의하여 생성되는 전기 에너지는 생장 사이클 동안에 센서, 타이머, 솔레노이드 및 고효율 LED 생장 광을 작동시키기 위하여 사용된다. 열전기 발전기/히터/냉각기(215)의 "핫" 측 및 "콜드" 측은 생태구 내부 및 외부 주변 온도 사이의 열적 차분에 의하여 및/또는 그 위치에서 이용가능할 수도 있는 다른 재생가능 에너지 소스의 사용에 의하여 재생될 수도 있다.
도 56 은 열전기 발전기, 히터 및/또는 쿨러에 의해 전력공급되는 도심형 수직 경작 생장 셀(grow cell)의 예시적인 실시예의 등각 투상 단면도이다. 도 56 을 참조하면, 이 도면은, 재활용된 플라스틱 또는 다른 열적으로 비-전도성인 물질로 제작될 수도 있는 상변화 절연체(214) 및 격리 바닥(229)에 의하여 병충해 및/또는 열적 전송으로부터 실질적으로 고립되며 또한 명확화 목적을 위하여 등각 투상도 섹션 밖에 남겨진 내향(inward-facing) 미러링된(mirrored) 필름으로써 실링되는 생장 셀 내에 랙 표준(227)의 사용에 의하여 적층된 5 개의 생장 챔버(219)를 도시한다. 각각의 생장 챔버는 다음 편의시설: 생장 되는 종이 성공적 종이 되는 종의 환경의 자연적 발광과 유사하거나 실질적으로 매칭하는 광 스펙트럼을 발광하도록 설계되는 LED 생장 광(221)에 전력을 전달하기 위한 전기적 도관(220); LED 생장 광(221) 으로부터의 광이 그 식물로 디렉팅되는 것을 보장하기 위한 반사성 후드(222); 예를 들어, 통상적 농장의 그것보다 더 적은 물을 사용하면서(예를 들어, 어떤 애플리케이션에서는 통상적 실외 농장보다 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 96%, 또는 98% 더 적은 물을 사용함) 사이즈에 있어서 예를 들어 5 미크론 아래의 미스트로서 영양소가 풍부한 물을 루트 챔버(224)로 전달할 수 있는 분무 노즐 이 있는 분무 파이프(223); 뿌리에 의해 흡수되지 않으며 재활용될 물을 수집하기 위한 배수 골; 가열되거나 냉각된 가스를 질소 및 이산화탄소 가스 탱크(216)로부터 전달하기 위한 대기 공급 라인(228); 및 식물을 제자리에 유지하고 뿌리를 그 식물의 잎이 있는 부분으로부터 고립시키기 위한, 뿌리 챔버(224) 상단에 펼쳐진 안정화 섬유(225)를 가진다. 이러한 방법을 사용하면, 도심형 수직 농장은 가뭄, 홍수, 냉해 및/또는 병충해에 기인한 날씨에 관련된 또는 다른 타입의 곡물 경작 실패에 대해 더욱 면역력이 있으면서도 비용 감소(예를 들어, 어떤 애플리케이션에서는 80%, 70%, 60%, 50%, 또는 40% 까지의 비용 감소)에서 연중 내내의 곡물 생산, 상이한 기후 지역, 거의 모든 종류의 곡물의 생산이라는 이익을 볼 수도 있다. 이러한 방법은 또한 제초제, 유해생물방제제(pesticides) 또는 비료를 사용하지 않는 유기 경작의 장점을 누릴 수도 있고 다양한 감염성 질병 또는 농업 경계면에서의 교차-오염을 크게 감소시킬 수도 있다.
도 57 은 특정 열전기 에너지 발전 시스템 내에서 이용될 수도 있는 열전기 디바이스의 예시적인 실시예의 등각 투상도이다. 이러한 예시적인 실시예에서, 더 효율적 열전기 디바이스가 일반적인 규격품 디바이스 대신에 사용될 수도 있다. 도 57 은 진공처리된 챔버 또는 보이드(31)가 앞서 언급된 도면에서 설명되고 또한 본 명세서에서 설명된 바와 같은 작동 유체(23) 대신에 열적으로 비-전도성 물질(49)로써 충진된다는 것을 제외하고는 도 14 내지 도 20 에 유사하다. 추가적으로, 각각의 포스트 주변의 영역도 역시 열적으로 비-전도성 물질(49)로써 충진될 수도 있다. 예를 들어, 물질은 발포 폴리머, 폴리스티렌, 실리카 에어로겔 및/또는 아르곤 가스일 수도 있다. 진공 시일 호일(22)이 챔버 또는 보이드(31)에 실질적으로 매칭할 컷아웃(cutouts)을 가질 수도 있는 두 개의 최외곽 열전도성 열가소성 탄성중합체 전기적 절연 스킨(24) 상에 진공 실링되거나 실질적으로 진공 실링되는 경우, 이것은, 이제 열적으로 비-전도성 물질(49)로써 충분히 충진되거나 실질적으로 충진되는 위킹(wicking) 홈(32)을 가지는 공백 영역(31) 보다 다소 더 작은 열전도성이지만 전기적으로 절연성인 에폭시, 전기적 도체층(25) 및 전기적 입력/출력(I/O) 층(28)을 사용하여 부착되어, 이제 열적으로 및 전기적으로 도전성 에폭시, 전기적 도체층(25) 및 전기적 입력 / 출력층(28)을 사용하여 부착되는 반도체 포스트(26, 27) 내에서 더 많은 표면적을 추가한다. 반도체 포스트의 중심을 통하여 그리고 이것의 외부 주위에서 효과적으로 열을 차단하거나 열을 감소시킴으로써, 다양한 이점들이 실현될 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 포스트 내의 더 적은 질량은 효율을 증가시키는 더 적은 열저항(thermal resistivity)으로 인도하고; 포스트 내의 홀은 표면적을 추가하여 더 많은 전자가 흐르게 하며; 그리고/또는 열이 그 반도체 물질만을 통해서 주로 지나가도록 강제함으로써 전압에서의 증가가 얻어질 수도 있다. 예를 들어, 만일 홀이 각각의 포스트에서 배치되어 이것의 열저항을 30% 만큼 감소시키고, 표면적을 확장시켜 40% 의 더 많은 전자 흐름을 얻고, 대부분의 열 에너지가 그 반도체 물질을 통해 흐르게 강제하여 5% 만큼의 전압을 증가시키면, 이와 같이 함으로써 열전기 모듈의 효율을 예를 들어 91% 까지 증가시킬 수도 있다. 특정 실시예들에서, 열전기 모듈의 효율은 적어도 60%, 75%, 85%, 90%, 또는 91% 일 수도 있다. 특정 실시예들에서, 열전기 모듈의 효율은 50% 내지 95%, 60% 내지 90%, 70% 내지 85%, 75% 내지 90%, 88% 내지 94% 또는 85% 내지 91% 일 수도 있다.
도 58 은 물 및 화학물질 기초 상변화 물질을 사용하여 열전기 에너지 생성을 테스트하도록 제작된 장치의 개략도이다. 하나는 고온 상변화 물질(34)(100℃의 끓는 물)로써 충진되고 다른 것은 저온 상변화 물질(42)(-15℃의 액체 알콜)로써 충진되는 두 개의 8 개의 온스 컨테이너는, 고온 열판(85)이 고온 상변화 물질(34) 내에 부분적으로 삽입되고 저온 열판(86)이 저온 상변화 물질(42) 내에 부분적으로 삽입된 이후에 발포 절연체의 두 개의 인치 두께의 절연 베리어(8)로써 래핑되었다. 열판(85 및 86)은 전력 팬(16)에 전기적으로 접속되었던 열전기 발전기(1)를 샌드위치할 수도 있었던 방식으로 형성되었다. 팬은 0.5 와트의 저 전력 레벨에서 동작할 수 있었다. 턴온 될 때 115℃의 열적 차분을 수신하는 열전기 발전기(1)와 함께 시작된 테스트는 계속하여 진행했지만, 두 개의 상변화 물질(34 및 42) 사이의 온도가 안정화되면서 속도가 느려졌으며, 최종적으로 23 분의 총 지속기간 이후에 정지했다. 도 59 는 도 58 에 대해서 제작되었던 것과 동일한 장치의 개략도이다. 그러나, 유기 상변화 물질을 사용하는 열전기 에너지 생성을 테스트하도록 변경되었다. 하나는 고온 상변화 물질(34)(OPCM 55℃)로써 충진되고 다른 것은 저온 상변화 물질(42)(OPCM -15℃)로써 충진되는 두 개의 8 개의 온스 컨테이너는, 고온 열판(85)이 고온 상변화 물질(34) 내에 부분적으로 삽입되고 저온 열판(86)이 저온 상변화 물질(42) 내에 부분적으로 삽입된 이후에 발포 절연체의 두 개의 인치 두께의 절연 베리어(8)로써 래핑되었다. 열판(85 및 86)은 전력 팬(16)에 전기적으로 접속되었던 열전기 발전기(1)를 샌드위치할 수도 있었던 방식으로 형성되었다. 팬은 0.5 와트의 저 전력 레벨에서 동작할 수 있었다. 추가적 부담이 이 테스트에 추가되었는데, 첫 번째는 열판(85 및 86) 외부에 부착되고 직렬로 전기적으로 연결되며 전압 출력을 테스트하기 위하여 멀티미터에 연결되는 두 개의 추가적 열전기 발전기(1)의 추가였다. 큰 알루미늄 히트 싱크(124)가 각각의 열전기 발전기(1) 외부에 연결되어 열 에너지를 이러한 추가적 열전기 발전기(1)로부터 견인하거나 배출하였다. 마지막으로, 고온 히트 파이프(56)가 고온 측에서 히트 싱크(124)에 추가되었고, 저온 히트 파이프(63)가 저온 측에서 히트 싱크(124)에 추가되었다. 이것은, 열적 변화에 대한 유기 상변화 물질 저항이 매우 크다는 것을 증명했던 몇몇 예비 테스팅에 기인하여 온도에 있어서 두 개의 컨테이너들이 등화할 속도를 증가시키기 위하여 수행되었다. 턴온 될 때 70℃의 열적 차분을 수신하는 열전기 발전기(1)와 함께 시작된 테스트는 계속하여 진행했지만, 두 개의 상변화 물질(34 및 42) 사이의 온도가 안정화되면서 속도가 느려졌으며, 최종적으로 5 시간 45 분의 총 지속기간 이후에 정지했다. 추가적으로, 직렬로 연결되며 멀티미터에 연결되는 두 개의 가산된 열전기 발전기(1)들은 5 시간 45 분의 코스 동안에 천천히 감소했던 2 볼트가 넘는 출력 전압을 가졌다. 테스트 결론: 더 낮은 열적 차분(45℃ 미만), 두 개의 추가적 열전기 발전기의 가산된 부하 및 가산된 히트 싱크 및 히트 파이프에 의한 등화 효율에서의 증가가 있으면, 유기 상변화 물질은 약 15 배만큼 물 및 화학물질 기초 상변화 물질을 능가했다. 각각의 상변화 물질을 테스트 온도의 그들의 시작점으로 만들기 위해서 소모되는 에너지의 양은 조심스럽게 동일한 것으로 관찰되었는데, 이것이 고온 유기 상변화 물질이 물이 그랬던 것처럼 100℃에서 테스트를 시작하는 대신에 55℃의 온도에서 테스트를 시작하는 이유이다.
예시적인 실시예에서, 이 기술에 대한 다른 애플리케이션은 인체보다 다소 더 낮은 상변화 물질로써 충진된 단일 및/또는 멀티-벽(walled) 탄소 나노튜브로 제작된 나노-라디오(radios) 및 전달물질(transmitters)을 주입하는 것일 수도 있는데, 나노-스케일 열전기 디바이스는 의학적 애플리케이션(예를 들어, 셀 레벨에서의 약물 전달, 암 세포에 대한 성장 억제재, 임베딩된 마이크로-시스템 분석기 및 송신기)을 위한 매우 작지만 필요한 전기 에너지를 생성하기 위하여 상변화 물질 및 인체 사이에 설정된다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 열 및 주변 온도를 수확하기 위하여 모바일 디바이스(셀 폰, 컴퓨터, 디스플레이 등) 내에서 사용될 수도 있고 또한 상변화 물질을 사용하여 상반된 열 에너지로서 저장할 주변 전자기 복사 및 진동을 수확하고, 이제 실시예에서 설명된 열전기 방법들을 통해서 변환할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 또한 수확된 열 및 주변 온도를 사용하여 모바일 디바이스(셀 폰, 컴퓨터, 디스플레이 등) 내에서 사용될 수도 있고 또한 상변화 물질을 사용하여 상반된 열 에너지로서 저장할 주변 전자기 복사 및 진동을 수확하고, 이제 예시적인 실시예에서 설명된 열전기 방법들을 통해서 변환하여 전자제품을 더 긴 수명 및 더 양호한 효율을 위하여 냉각할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 전자 장난감에 전력공급하기 위하여 이들 내에서 사용될 수 있고, 수확된 열 및 주변 온도를 사용하며, 모바일 디바이스(셀 폰, 컴퓨터, 디스플레이 등) 내에서 사용될 수도 있고 또한 상변화 물질을 사용하여 상반된 열 에너지로서 저장할 주변 전자기 복사 및 진동을 수확하고, 이제 실시예에서 설명된 열전기 방법들을 통해서 변환할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 손 툴(예를 들어, 드릴, 라우터, 톱, 또는 다른 통상적 배터리 또는 메인(mains)에 의하여 작동되는 디바이스)에 전력공급하기 위하여 사용될 수도 있다. 수확된 열 및 주변 온도도 역시 상변화 물질을 사용하여 상반된 열 에너지로서 저장할 주변 전자기 복사 및 진동을 수확하고, 이제 예시적인 실시예에서 설명된 열전기 방법들을 통해서 변환하며 및/또는 전자제품을 실시예에서 설명된 바와 같이 더 긴 수명 및 더 양호한 효율을 위하여 냉각할 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 유선 연결되거나 배터리를 요구할 필요성이 없는 것으로부터 이익을 얻을 수도 있는 응급, 보안 및 감시 시스템을 위하여 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 페이스메이커(pacemakers), 보청기, 인슐린 주입 장치 및 전기 에너지의 일정한 소스를 가지는 것으로부터 이득을 볼 수도 있는 모니터링 및 외래 진료(ambulatory) 장비와 같은 건강 치료 애플리케이션을 위하여 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 디바이스는 기기(냉동, 가열, 세정)에 의하여 디바이스에 전력공급을 공급하고 예시적인 실시예에서 설명된 방법을 위하여 그 기계가 설계되고 이 방법에 의하여 달성되는 태스크를 완료하기 위하여 요구되는 필요한 온도를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 차량(예를 들어, 자동차, 항공기, 선박, 보트, 열차, 위성, 설치 차량, 모터사이클 및 다른 전원 공급되는 수송 방법)은 차량 및/또는 이것의 보조 시스템에 연료공급을 위하여 멈출 필요가 없이 오랜 시간으로부터 부한대 범위까지의 시간 동안 전력공급하기 위하여 이 방법/디바이스를 사용할 수 있다. 신체 또는 피부를 열전기 전송 포인트로서 사용하는 것은 교통 산업에 더욱 유용할 수도 있는데, 이것은 선박 및 항공기와 같은 탈것은 통상적으로 더 추운 분위기에서 이동하기 때문이다.
주거용, 상업용 또는 산업용인 건물에서는 이러한 변환 방법 및 디바이스는 즉시적인 오프-그리드 사용을 허용할 것이고 또한 점유자들의 가열 및 냉각 및 물 수요를 폐 에너지 중 수확된 것을 사용하여 제공할 것이며, 이것은 열 에너지로 변환되고 열 에너지로서 저장되며, 이제 전기 에너지로 변환될 때 수요에 따라 사용된다.
예시적인 실시예에서, 기술 및/또는 컴퓨팅 센터들은 통상적으로 고-에너지 사용자들이며, 실시예에서 이 방법을 사용하는 것은 즉시적 오프-그리드 사용을 허용하며 또한 센터의 장비의 냉각을 제공한다.
예시적인 실시예에서, 본 실시예에서 수확, 저장 및 변환 방법을 사용하는 작은 발전기 스토리지가 설비의 각각 또는 회로에 부착되었다면, 조명은 무선일 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 이러한 변환 방법을 사용하여 도심형 경작이 실현될 수도 있고 즉시적인 오프-그리드 사용을 허용할 것이며, 또한 농업용 에어-컨디셔닝의 난방 및 냉방 및 물 수요를 폐 에너지 중 수확된 것을 사용하여 제공할 것이며, 이것은 열 에너지로 변환되고 열 에너지로서 저장되며, 이제 전기 에너지로 변환될 때 수요에 따라 사용된다.
물은 에어의 큰 양의 섭취를 허용하고 이것을 응축 챔버 내에서 압축하여 수분을 추출하는 저비용의 청정 에너지 솔루션이 존재하는 경우에는 건조한 기후에서 용이하게 수확될 수 있다. 추출 방법이 현재 수행될 수 있는 반면에, 오늘날의 에너지 비용은 이것을 실행가능하게 하기에는 너무 높다.
예시적인 실시예에서, 폐 열 에너지를 재활용하는 방법이 없이 냉각 및 가열하는 데에 에너지의 큰 양을 현재 사용하는 산업용 설비에서, 디바이스는 에너지를 저장하고 이것을 전기적으로 공장 내로 이동시키기 위하여 이용될 수도 있다.
예시적인 실시예에서, 해양의 육괴(landmass) 빌딩은 전류를 해양 밑으로 강하시킨 와이어 프레임을 통하여 흘리고, 바다 생물의 골격 잔해를 끌어당김으로써 획득될 수 있다. 잔해들은 와이어 프레임 주위에 부착되고 누적되어 석회암을 형성한다. 이러한 방법이 현재 수행될 수 있는 반면에, 오늘날의 에너지 비용은 이것을 실행가능하게 하기에는 너무 높다.
본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예에서, 후속하는 참조 번호들은 식별된 라벨/구조/동작을 가진다:
1. 열전기 발전기
2. 고온 스토리지
3. 저온 스토리지
4. 고온 재생기
5. 히터
6. 저온 재생기
7. 냉각기
8. 절연 베리어
9. 고온측 주변 온도
10. 열 교환기
11. 저온 입구
12. 고온 입구
13. 고온 출구
14. 저온 출구
15. 플리넘 또는 탱크
16. 펌프 또는 팬
17. 저온측 주변 온도
18. 고온 리턴
19. 저온 리턴
20. 직류
21. 커패시터 어레이
22. 진공 시일 호일
23. 작동 유체
24. 열전도성 열가소성 탄성중합체 절연 스킨
25. 전기적 도체층
26. 반도체 포스트(음극)
27. 반도체 포스트(양극)
28. 전기적 입력 /출력층
29. 양의 전기적 도체 I/O 탭
30. 음의 전기적 도체 I/O 탭
31. 공백(Voided) 영역
32. 위킹(Wicking) 홈
33. 절연 케스켓
34. 고온 상변화 물질
35. 고온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱
36. 히트 파이프 작동 유체
37. 소결층
38. 고온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱
39. 열전기 발전기 스택
40. 저온 출력 열전도성 히트 파이프 케이싱
41. 저온 입력 열전도성 히트 파이프 케이싱
42. 저온 상변화 물질
43. 열전기 히터 모듈 스택
44. 수확 소스로부터의 양극 입력 전기적 흐름
45. 열전기 냉각기 모듈 스택
46. 수확 소스로부터의 음극 입력 전기적 흐름
47. 수확 소스로부터의 양극 출력 전기적 흐름
48. 열원
49. 열적으로 비-전도성 물질
50. 냉온 소스
51. 광전지 직류 전기 에너지
52. 압전 직류 전기 에너지
53. 전자기 전기 에너지
54. 열전기 히터
55. 작동 유체 증기
56. 고온 히트 파이프
57. 흐름 경로
58. 고온 열적 스토리지
59. 응축된 작동 유체 리턴
60. 고온 전송
61. 열전기 냉각기
62. 냉각된 작동 유체
63. 저온 히트 파이프
64. 외부 히트 파이프 벽
65. 가열된 작동 유체
66. 저온 열적 스토리지
67. 저온 전송
68. 열전기 발전기 모듈
69. 직류 출력
70. 강화 콘크리트 외부 벽
71. 내부 라이너
72. 저온 상변화 물질
73. 저온 작동 유체가 있는 히트 파이프
74. 저온 열전기 발전기 모듈 스택
75. 외부 시일 플러그
76. 헬륨(He) 가스
77. 액체-증기 열전기 링
78. 고온 열전기 링
79. SiC:Se 및 SiC:Sb의 교번 포스트
80. 고온 작동 유체
81. 티타늄 시일 플러그
82. 일차 SiC 흡수 벽
83. 이산화탄소 작동 유체
84. 사용후 핵 연료봉
85. 고온 열판
86. 저온 열판
87. 열전기 발전기 코어
88. 코일 히터
89. 열전도성 스트랩
90. 열전기 냉각기 모듈
91. 전도성 연결 마운트
92. 열적으로 절연된 외부 케이싱
93. 전압 / 전류 핀-아웃 보드
94. 포물선 트로프(trough)
95. 반사면
96. 유리 패널
97. 태양의 복사
98. 오일 충진 파이프
99. 대류 루프
100. 유기 상변화 물질의 저장소
101. 냉 수관
102. 물 스토리지 탱크
103. 열 루프 입구
104. 물 펌프
105. 수관 루프
106. 열 루프 출구
107. 온수 서플라이 라인
108. 절연된 전송 파이프
109. 유기 상변화 물질의 이차 저장소
110. 온도조절기 또는 제어 스위치
111. 송풍기
112. 에어
113. 필터링된 리턴 에어 그릴
114. 히트 덕트
115. 절연된 플리넘
116. 컨디셔닝된 영역
117. 광전지 패널
118. 유기 상변화 물질의 3차 저장소
119. 냉각 덕트
120. 전기적 배선
121. DC 전기적 서브-패널
122. 열전기 히터
123. 물
124. 히트 싱크
125. 송풍기 챔버
126. 댐퍼 챔버
127. 제어 박스
128. 지지 베이스
129. 저장소 안정화 하니스(harness)
130. 댐퍼
131. 댐퍼 스위칭 축
132. 유기 상변화 물질 낙아웃(knockout)의 이차 저장소
133. 유기 상변화 물질 낙아웃의 3차 저장소
134. 다이슨 에어-멀티플라이어
135. 착탈식 냉각 저장소
136. 착탈식 열 저장소
137. 광전지 스커트
138. 배선 체이스(chases)
139. 베이스
140. 베이스 플러그
141. 절연된 문
142. 문 핸들
143. 조절가능한 피트
144. 문 패널 프레임
145. 냉장고 챔버
146. 냉동기 챔버
147. 선반 및 빈 랙(bin rack)
148. 태양
149. 열전도성 스킨
150. 열전도성 발포재
151. 브레이킹 디스크
152. 덕트 벽 및 환기 플레이트
153. 히트 파이프 플레이트
154. 새시
155. 외측 스킨으로부터 수확
156. 브레이킹으로부터 수확
157. 폐 쾌적 열로부터 수확
158. 폐 쾌적 냉각으로부터의 수확
159. 브레이킹 임펄스 에너지로부터의 수확
160. 열 배출 방향
161. 클라우드 또는 다른 쉐이딩 디바이스
162. 선박 내부 주변 온도
163. 선박 외부 주변 온도
164. 열전기 발전 쉘
165. 전기분해 단자
166. 양극
167. 음극
168. 물 용액
169. 부유 밸브
170. 물 입구
171. 에어 또는 화합물 입구
172. 전기분해 챔버
173. 공통 입구
174. 수소
175. 산소
176. 가스 탱크
177. 레귤레이터
178. 믹싱 챔버
179. 연소 연료
180. 오븐 또는 난로 밸브
181. 오븐 또는 난로 버너
182. 글로우 플러그
183. 제어 스위치
184. 열전도성 멤브레인
185. 열적 챔버
186. 필러 캡
187. 유기 상변화 물질
188. 제논 가스
189. 크립톤 가스
190. 아르곤 가스
191. 질소 가스
192. 냉각 플레이트
193. 열흐름 방향
194. 열전기 발전기 기판(핫 측)
195. 열전기 발전기 기판(콜드 측)
196. 열전도성 수직 경로 채널
197. 외부 하우징
198. DC 양의 리드
199. DC 음의 리드
200. 저온 상변화 펠릿 절연체
201. 폴리프로필렌 케이스 벽
202. 울트라 커패시터 어레이
203. 바이메탈 스트립 스위치
204. 니크롬 코일 열 엘리먼트
205. 원통형 페라이트 코어 주위의 에나멜화 와이어 코일
206. 정류 회로
207. 압전 물질
208. 터빈 환기장치 캡
209. 노
210. 굴뚝 스택
211. 파운데이션
212. 냉각 우물
213. 냉각 적층
214. 상변화 절연체
215. 열전기 발전기 / 히터 / 냉각기
216. 질소 및 이산화탄소 가스 탱크
217. 산소 탱크
218. 영양소가 풍부한 물 탱크
219. 생장 챔버
220. 전기적 도관
221. LED 생장 광
222. 반사성 후드
223. 분무 파이프
224. 뿌리 챔버
225. 안정화 섬유
226. 배수 골
227. 랙 표준
228. 대기 공급 라인
229. 격리 바닥
230. 선박 컨테이너
예
예 1A. 열 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 시스템으로서, 시스템은: 열전기 발전기; 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 접촉하는 더 높은 온도 스토리지; 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 접촉하는 더 낮은 온도 스토리지; 적어도 부분적으로 고온 스토리지를 더 높은 온도에서 유지하기 위한 더 높은 온도 재생기; 적어도 부분적으로 저온 스토리지 저온에서 유지하기 위한 더 낮은 온도 재생기를 포함하고; 여기에서, 더 높은 온도 스토리지 및 더 낮은 온도 스토리지의 온도에서의 차분은 열전기 발전기의 양측 사이에 열적 차분을 생성하고, 이것이 전기 에너지를 생성하는, 시스템.
2A. 예 1A에서, 더 높은 온도 스토리지 및 더 낮은 온도 스토리지는 상변화 물질인, 시스템.
3A. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 전기 에너지는 DC 전류인, 시스템.
4A. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 열적으로 저장된 에너지는 다른 애플리케이션, 예를 들어, 물 가열, 에어 컨디셔닝을 가열하거나 냉각하기 위하여 사용되는, 시스템.
5A. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 더 높은 온도 재생기는:
일측에서 더 높은 온도 스토리지 및 타측에서 주변 온도를 사용하여 열전기 발전기 양단에 온도 차분을 생성하는 열전기 발전기를 포함하는데; 여기에서, 열전기 발전기 양단의 열적 차분은 전기 에너지를 생성한다.
6A. 예 5A에 있어서, 더 높은 온도 재생기의 전기 에너지는 고온 스토리지를 고온에서 유지하기 위하여 히터에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
7A. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 더 낮은 온도 재생기는: 일측에서 더 낮은 온도 스토리지 및 타측에서 주변 온도를 사용하여 열전기 발전기 양단에 온도 차분을 생성하는 열전기 발전기를 포함하는데; 여기에서, 열전기 발전기 양단의 열적 차분은 전기 에너지를 생성한다.
8A. 예 6A에 있어서, 더 낮은 온도 재생기의 전기 에너지는 더 낮은 온도 스토리지를 저온에서 유지하기 위하여 냉각기에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
예 1B. 시스템으로서, 적어도 하나의 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질; 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질; 적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 1 온도 재생기; 및 적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 2 온도 재생기를 포함하고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분이 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 부분 사이의 열적 차분을 생성하고; 그리고 상기 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 제 1 온도 재생기, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기, 또는 이들 모두에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
2B. 예 1B에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분은 상기 발전기의 제 1 면인, 시스템.
3B. 예 1B 또는 예 2B에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분은 상기 발전기의 제 2 면인, 시스템.
4B. 예 1B, 예 2B, 또는 예 3B에 있어서, 상기 시스템은 수직으로 적층될 수도 있는 열전기 모듈인, 시스템.
예 5B에 있어서, 상기 적층은 상기 열전기 모듈의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 또는 100 개를 포함하는, 시스템.
6B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 시스템은 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 80% 내지 100% 사이에서 자립 방식으로 동작할 수 있는, 시스템.
7B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 시스템은 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공하는, 시스템.
8B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 시스템은, 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공하는, 시스템.
9B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관(heat conduit)의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
10B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
11B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
12B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 서로 및/또는 상기 적어도 하나의 열전기 발전기로부터 부분적으로 또는 실질적으로 열적으로 절연되고, 여전히 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
13B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 열적으로 저장된 에너지는 다른 애플리케이션, (예를 들어, 물 가열, 물 냉각, 쾌적 난방(comfort), 쾌적 냉방, 에어 컨디셔닝 또는 이들의 조합)을 가열 또는 냉각하기 위하여 사용되는, 시스템.
14B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 다음: 에어, 주변 에어, 가스, 시멘트와 같은 고체, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류(esters), 트리메틸올레탄(trimethylolethane), 유기 열염류(thermal salts), 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일 중 하나 이상으로부터 선택되는, 시스템.
15B. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 식물성 지방 또는 오일로부터 선택되는, 시스템.
예 1C. 시스템으로서, 적어도 하나의 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질; 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질; 및 적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한, 또는 적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 온도 재생기를 포함하고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분이 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 부분 사이의 열적 차분을 생성하며; 그리고 상기 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 적어도 하나의 온도 재생기에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
2C. 예 1C에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분은 상기 발전기의 제 1 면인, 시스템.
3C. 예 1C 또는 예 2C에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분은 상기 발전기의 일측인, 시스템.
4C. 예 1C, 예 2C, 또는 예 3C에 있어서, 상기 시스템은 수직으로 적층될 수도 있는 열전기 모듈인, 시스템.
5C. 예 4C에 있어서, 상기 적층은 상기 열전기 모듈의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 또는 100 개를 포함하는, 시스템.
6C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 시스템은 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 80% 내지 100% 사이에서 자립 방식으로 동작할 수 있는, 시스템.
7C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 시스템은 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공하는, 시스템.
8C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 시스템은, 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공하는, 시스템.
9C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관(heat conduit)의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
10C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
11C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
12C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 서로 및/또는 상기 적어도 하나의 열전기 발전기로부터 부분적으로 또는 실질적으로 열적으로 절연되고, 여전히 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
13C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 열적으로 저장된 에너지는 다른 애플리케이션, (예를 들어, 물 가열, 물 냉각, 쾌적 난방(comfort), 쾌적 냉방, 에어 컨디셔닝 또는 이들의 조합)을 가열 또는 냉각하기 위하여 사용되는, 시스템.
14C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 다음: 에어, 주변 에어, 가스, 시멘트와 같은 고체, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류(esters), 트리메틸올레탄(trimethylolethane), 유기 열염류(thermal salts), 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일 중 하나 이상으로부터 선택되는, 시스템.
15C. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 식물성 지방 또는 오일로부터 선택되는, 시스템.
예 1D. 시스템으로서, a) 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질; 상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질; b) 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 상기 제 1 온도 스토리지 물질; 및 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질; c) 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 4 온도 스토리지 물질; 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질; 적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 1 온도 재생기; 및 적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 2 온도 재생기를 포함하고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며; 상기 제 1 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 두 개의 면들 사이에서 열적 차분을 생성하고; 상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 4 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며; 그리고 상기 적어도 하나의 제 1, 제 2 및/또는 제 3 열적 발전기의 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 제 1 온도 재생기, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기, 또는 이들 모두에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
예 2D. 시스템으로서, a) 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질; 상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질; b) 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 상기 제 1 온도 스토리지 물질; 및 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질; c) 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 4 온도 스토리지 물질; 및 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질; 적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 또는 적어도 부분적으로 상기 제 3 온도 스토리지 물질을 제 3 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 온도 재생기를 포함하고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며; 상기 제 1 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 두 개의 면들 사이에서 열적 차분을 생성하고; 상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 4 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며; 그리고 상기 적어도 하나의 제 1, 제 2 및/또는 제 3 열적 발전기의 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 온도 재생기에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
예 1E. 앞선 A, B, C, 또는 D 예들의 시스템 중 하나 이상을 사용하는 방법.
2E. 앞선 A, B, C, 또는 D 예들의 시스템 중 하나 이상을 사용하는 발전 방법.
3E. 앞선 A, B, C, 또는 D 예들의 시스템 중 하나 이상을 사용하는, 다음: 전기, 물 가열, 물 냉각, 쾌적 난방, 쾌적 냉방, 에어 컨디셔닝 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 생성하는 방법.
1F. 디바이스로서, 적어도 하나의 열전기 발전기; 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질; 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질; 적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 1 온도 재생기; 및 적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 2 온도 재생기를 포함하고, 상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분이 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 부분 사이의 열적 차분을 생성하고; 상기 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 제 1 온도 재생기, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기, 또는 이들 모두에 전력공급하기 위하여 사용되는, 디바이스.
2F. 예 1F에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분은 상기 발전기의 제 1 면인, 디바이스.
3F. 예 1F 또는 예 2F에 있어서, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분은 상기 발전기의 제 2 면인, 디바이스.
4F. 예 1F, 예 2F, 또는 예 3F에 있어서, 상기 디바이스는 수직으로 적층될 수도 있는 열전기 모듈인, 디바이스.
5F. 예 4F에 있어서, 상기 적층은 상기 열전기 모듈의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 또는 100 개를 포함하는, 디바이스.
6F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 디바이스는 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 80% 내지 100% 사이에서 자립 방식으로 동작할 수 있는, 디바이스.
7F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 디바이스는 상기 디바이스가 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공하는, 디바이스.
8F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 디바이스는, 상기 디바이스가 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공하는, 디바이스.
9F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관(heat conduit)의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 디바이스.
10F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 면의 표면과 열적 통신하는, 디바이스.
11F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 면의 표면과 열적 통신하는, 디바이스.
12F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 서로 및/또는 상기 적어도 하나의 열전기 발전기로부터 부분적으로 또는 실질적으로 열적으로 절연되고, 여전히 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 디바이스.
13F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 다음: 에어, 주변 에어, 가스, 시멘트와 같은 고체, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류(esters), 트리메틸올레탄(trimethylolethane), 유기 열염류(thermal salts), 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일 중 하나 이상으로부터 선택되는, 디바이스.
14F. 앞선 예들 중 임의의 것에서, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 식물성 지방 또는 오일로부터 선택되는, 디바이스.
본 개시물의 예시적인 실시예의 설명에서, 본 개시물을 간소화하고 다양한 개시된 양태 중 하나 이상의 이해를 돕기 위한 목적을 위하여, 다양한 피쳐들은 가끔 단일 실시예, 도면 또는 그것의 설명에서 함께 그루핑된다. 그러나, 개시물의 이러한 방법은 청구된 발명들이 각각의 청구항에서 명백하게 진술된 것보다 더 많은 피쳐를 요구한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 후속하는 청구항들이 반영하는 것과 같이, 진보적 양태들은 하나의 앞선 개시된 실시예의 모든 피쳐보다 더 적은 것에 있을 수도 있다. 따라서, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 후속하는 청구항은 본 명세서에서 이러한 설명에 통합되며, 각각의 청구항은 본 개시물의 별개의 실시예로서 독립적으로 존재한다.
더욱이, 본 명세서에서 설명되는 몇몇 실시예가 다른 실시예들에 포함된 일부이지만 다른 것이 아닌 피쳐를 포함하지만, 상이한 실시예의 피쳐의 조합은 본 개시물의 범위 내에 있도록 의도되고, 당업자에 의하여 이해될 바와 같이 상이한 실시예를 형성한다.
비록 본 개시물이 그것의 예시적인 실시예를 특정하게 참조하지만, 변형예 및 변경예는 후속하는 청구항의 사상 및 범위 내에서 영향받을 수 있다.

Claims (49)

  1. 시스템으로서,
    적어도 하나의 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질;
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질;
    적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 1 온도 재생기; 및
    적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 2 온도 재생기를 포함하고,
    상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분이 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 부분 사이의 열적 차분을 생성하고; 그리고
    상기 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 제 1 온도 재생기, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기, 또는 이들 모두에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분은 상기 발전기의 제 1 면인, 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분은 상기 발전기의 제 2 면인, 시스템.
  4. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 시스템은 수직으로 적층될 수도 있는 열전기 모듈인, 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적층은 상기 열전기 모듈의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 또는 100 개를 포함하는, 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 80% 내지 100% 사이에서 자립 방식으로 동작할 수 있는, 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공하는, 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공하는, 시스템,
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관(heat conduit)의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 서로 및/또는 상기 적어도 하나의 열전기 발전기로부터 부분적으로 또는 실질적으로 열적으로 절연되고, 여전히 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열적으로 저장된 에너지는 다른 애플리케이션, (예를 들어, 물 가열, 물 냉각, 쾌적 난방(comfort), 쾌적 냉방, 에어 컨디셔닝 또는 이들의 조합)을 가열 또는 냉각하기 위하여 사용되는, 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 다음: 에어, 주변 에어, 가스, 시멘트와 같은 고체, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류(esters), 트리메틸올레탄(trimethylolethane), 유기 열염류(thermal salts), 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일 중 하나 이상으로부터 선택되는, 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 식물성 지방 또는 오일로부터 선택되는, 시스템.
  16. 시스템으로서,
    적어도 하나의 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질;
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질; 및
    적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한, 또는 적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 온도 재생기를 포함하고,
    상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분이 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 부분 사이의 열적 차분을 생성하며; 그리고
    상기 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 적어도 하나의 온도 재생기에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분은 상기 발전기의 제 1 면인, 시스템.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분은 상기 발전기의 일측인, 시스템.
  19. 제 15 항, 제 16 항, 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 시스템은 수직으로 적층될 수도 있는 열전기 모듈인, 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 적층은 상기 열전기 모듈의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 또는 100 개를 포함하는, 시스템.
  21. 제 16 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 80% 내지 100% 사이에서 자립 방식으로 동작할 수 있는, 시스템.
  22. 제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공하는, 시스템.
  23. 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은, 상기 시스템이 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공하는, 시스템,
  24. 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관(heat conduit)의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
  25. 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
  26. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 면의 표면과 열적 통신하는, 시스템.
  27. 제 16 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 서로 및/또는 상기 적어도 하나의 열전기 발전기로부터 부분적으로 또는 실질적으로 열적으로 절연되고, 여전히 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 시스템.
  28. 제 16 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열적으로 저장된 에너지는 다른 애플리케이션, (예를 들어, 물 가열, 물 냉각, 쾌적 난방(comfort), 쾌적 냉방, 에어 컨디셔닝 또는 이들의 조합)을 가열 또는 냉각하기 위하여 사용되는, 시스템.
  29. 제 16 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 다음: 에어, 주변 에어, 가스, 고체 시멘트와 같은 고체, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류(esters), 트리메틸올레탄(trimethylolethane), 유기 열염류(thermal salts), 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일 중 하나 이상으로부터 선택되는, 시스템.
  30. 제 16 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 식물성 지방 또는 오일로부터 선택되는, 시스템.
  31. 시스템으로서,
    a) 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질;
    상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질;
    b) 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 상기 제 1 온도 스토리지 물질; 및
    상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질;
    c) 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 4 온도 스토리지 물질;
    상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질;
    적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 1 온도 재생기; 및
    적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 2 온도 재생기를 포함하고,
    상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며;
    상기 제 1 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 두 개의 면들 사이에서 열적 차분을 생성하고;
    상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 4 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며; 그리고
    상기 적어도 하나의 제 1, 제 2 및/또는 제 3 열적 발전기의 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 제 1 온도 재생기, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기, 또는 이들 모두에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
  32. 시스템으로서,
    a) 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질;
    상기 적어도 하나의 제 1 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질;
    b) 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 상기 제 1 온도 스토리지 물질; 및
    상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질;
    c) 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 1 면과 열적 통신하는 제 4 온도 스토리지 물질; 및
    상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 제 2 면과 열적 통신하는 제 3 온도 스토리지 물질;
    적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 또는 적어도 부분적으로 상기 제 3 온도 스토리지 물질을 제 3 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 온도 재생기를 포함하고,
    상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며;
    상기 제 1 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 2 열전기 발전기의 두 개의 면들 사이에서 열적 차분을 생성하고;
    상기 제 4 온도는 상기 제 3 온도보다 더 높고, 상기 제 4 온도 스토리지 물질 및 제 3 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분은, 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 제 3 열전기 발전기의 두 개의 면들(sides) 사이에서 열적 차분을 생성하며; 그리고
    상기 적어도 하나의 제 1, 제 2 및/또는 제 3 열적 발전기의 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 온도 재생기에 전력공급하기 위하여 사용되는, 시스템.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 따르는 시스템 중 하나 이상을 사용하는 방법.
  34. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 따르는 시스템 중 하나 이상을 사용하는 발전 방법.
  35. 본 명세서에서 개시된 시스템 및 또는 디바이스 중 하나 이상을 사용하는, 다음: 전기, 물 가열, 물 냉각, 쾌적 난방, 쾌적 냉방, 에어 컨디셔닝 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 생성하는 방법.
  36. 디바이스로서,
    적어도 하나의 열전기 발전기;
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분과 열적 통신하는 제 1 온도 스토리지 물질;
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분과 열적 통신하는 제 2 온도 스토리지 물질;
    적어도 부분적으로 상기 제 1 온도 스토리지 물질을 제 1 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 1 온도 재생기; 및
    적어도 부분적으로 상기 제 2 온도 스토리지 물질을 제 2 온도 범위에서 유지하기 위한 적어도 하나의 제 2 온도 재생기를 포함하고,
    상기 제 1 온도는 상기 제 2 온도보다 더 높고, 상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질의 온도에서의 차분이 전기적 출력을 생성하는, 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 두 개의 부분 사이의 열적 차분을 생성하고;
    상기 전기적 출력의 일부가 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 제 1 온도 재생기, 적어도 하나의 제 2 온도 재생기, 또는 이들 모두에 전력공급하기 위하여 사용되는, 디바이스.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 부분은 상기 발전기의 제 1 면인, 디바이스.
  38. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 부분은 상기 발전기의 제 2 면인, 디바이스.
  39. 제 35 항, 제 36 항, 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 디바이스는 수직으로 적층될 수도 있는 열전기 모듈인, 디바이스.
  40. 제 38 항에 있어서,
    상기 적층은 상기 열전기 모듈의 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 15, 20, 30, 40, 또는 100 개를 포함하는, 디바이스.
  41. 제 36 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스는 원하는 동작 기간의 30% 내지 50%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 80% 내지 100% 사이에서 자립 방식으로 동작할 수 있는, 디바이스.
  42. 제 36 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스는 상기 디바이스가 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 80% 내지 98%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기를 제공하는, 디바이스.
  43. 제 36 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 상기 디바이스가 동작하는 시간의 30% 내지 50%, 40% 내지 60%, 50% 내지 70%, 30% 내지 95%, 50% 내지 100%, 70% 내지 95%, 80% 내지 98%, 90% 내지 99.5%, 95% 내지 100%, 또는 80% 내지 100% 사이에서 충분한 전기, 가열 및/또는 냉각을 제공하는, 디바이스,
  44. 제 36 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관(heat conduit)의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 디바이스.
  45. 제 36 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 1 면의 표면과 열적 통신하는, 디바이스.
  46. 제 36 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기의 제 2 면의 표면과 열적 통신하는, 디바이스.
  47. 제 36 항 내지 제 46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 적어도 하나는 서로 및/또는 상기 적어도 하나의 열전기 발전기로부터 부분적으로 또는 실질적으로 열적으로 절연되고, 여전히 적어도 하나의 히트 파이프 또는 열도관의 사용에 의하여 상기 적어도 하나의 열전기 발전기와 열적 통신하는, 디바이스.
  48. 제 36 항 내지 제 47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 다음: 에어, 주변 에어, 가스, 시멘트와 같은 고체, 물, 수성 염수화물, 다양한 형태의 파라핀, 지방산 및 에스테르류(esters), 트리메틸올레탄(trimethylolethane), 유기 열염류(thermal salts), 무기 열염류, 이온성 액체, 열적 합성물, 식물성 지방 또는 오일 중 하나 이상으로부터 선택되는, 디바이스.
  49. 제 36 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 스토리지 물질 및 제 2 온도 스토리지 물질 중 하나 이상은 식물성 지방 또는 오일로부터 선택되는, 디바이스.
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