TWI448618B - 發電機 - Google Patents

Description

發電機

本發明係關於產生電位之發電機。

從流體產生電位之各類型發電機係為人已知。例如示範及描述於美國專利第4,248,386與3,666,976號及在此等專利內引用之參考中的系統。使用流體流動以產生電位的各類型的發電機亦為人已知。其係例如示範及描述於美國專利第4,574,092；4,498,631；4,433,003；4,020,393；3,991,710；3,791,579；3,673,463；及3,651,354號(大體上係電子氣體動力電位供應)的裝置；及美國專利第4,290,091及4,219,865號(大體上係壓縮氣體渦輪驅動發電機/反向器/變壓器/倍增器供應及交流發電機/變壓器/倍增器供應)。亦有示範及描述於http：//www.hi-z.com/index.html及http：//www.amasci.com/wirbel.txt中之裝置。如本文所使用，字詞氣體包括氣體之混合物，例如空氣。此等參考之揭露書係藉由引用併入本文。所列係無意於表示已完全搜尋所有相關技術，或除了現存所列外再無相關技術，或所列技術係針對專利性之材料。亦不應推斷任何此種表示。

根據本發明之一態樣，一相對較冷氣流之來源及一相對較熱氣流的來源係耦接至一熱電電位發電機，其具有耦接至該熱氣源之熱氣入口，一耦接至該冷氣源之冷氣入口，及一熱電元件，其係以導熱關係在該冷氣入口及該熱氣入口間耦接。

根據本發明之此態樣的例示，該相對較冷氣流之來源及該相對較熱氣流的來源一起包含一渦動管，其具有一氣體入口，一包含該相對較冷氣流之來源的冷氣出口及一包含該相對較熱氣流之來源的熱氣出口。

根據本發明之另一態樣，一壓縮氣體之來源，一膨脹噴嘴及一具有第一及第二側之熱電元件係按串聯方式耦接。該膨脹噴嘴係在該壓縮氣源及該第一側間耦接。該熱電元件包括一電輸出口。

說明性地，該熱電元件包含一賽貝克(Seebeck)效應元件。

說明性地，一輸出電位係藉由通過該熱電元件之該熱的流動橫越該輸出口建立。該組合更包含一耦接至該電輸出口用於利用該輸出電位之利用裝置。

另外說明性地，一輸出電流係藉由通過該熱電元件之該熱的流動透過該輸出口建立。該組合更包含一耦接至該電輸出口用於利用該輸出電流之利用裝置。

說明性地，該利用裝置包含一靜電輔助塗布材料霧化器。

說明性地，該利用裝置包含一流量控制器。

說明性地，該利用裝置包含一流量計。

說明性地，該利用裝置包含一其中導電體之存在係不符合需求的環境。

說明性地，該利用裝置包含一反向器。

說明性地，該利用裝置包含一變壓器。

說明性地，該利用裝置包含一整流器。

說明性地，該利用裝置包含一電位倍增器。

首先參考第1至3圖，一具有少數或無移動部分之熱電電位發電機20，在一其中壓縮氣體可用且需要電力之應用中產生電力。例如，第1及4圖顯示一靜電輔助塗布材料霧化器22，(第2至3圖)係一自供電流量控制器24、流量計26或類似者，且第1圖顯示一其中壓縮氣體(例如空氣)可用，且一段電纜及/或電供電電力供應之出現不符合需求之生產環境28。參考第4至5圖，熱電電位發電機20可分別自一Ranque-Hilsch渦動管34之熱及冷輸出口30、32供電。參見(例如)以上所引用之http：//www.amasci.com/wirbel.txt。在某些具體實施例中，熱電發電機20包含一賽貝克(反轉帕耳帖(Peltier))效應裝置。參見(例如)以上所引用的http：//www.hi-z.com/index.html。

渦動管34在其一入口36處將一進入壓縮氣流分離成二氣流，其中之一被導向一熱氣出口30且另一者導向一冷氣出口32。熱氣出口30係配有一環形槽閥38(如針閥)，其係例示可調整地軸向向內進入出口30及自出口30軸向向外，以控制自口30、32流動之氣體流量及溫差。

參考第6至7圖，所示之熱電發電機20更包括一或多數熱電模組48。熱電發電機20包括一熱氣入口42、一冷氣歧管44、一外罩46、一熱電模組48、及一散熱器50。渦動管34之熱氣出口30係耦接至熱氣入口42，且渦動管34之冷氣出口32耦接至冷氣體歧管44。

來自出口30之熱氣進入熱氣入口42且流過一盤管(以增加有效熱傳遞表面積)熱傳遞通道52。熱係從自入口42供應之熱氣傳遞至下熱電模組48－l 及上熱電模組48－u。空氣接著透過排放出口56排放。

冷氣歧管44提供冷氣流進入入口58－u及58－l 。該等流分別流過盤管熱傳遞通道59－u及59－l 。流過通道59－u之該流將熱從與通道52相對的上熱電模組48－u之該側移走，且流過通道59－l 之該流將熱從與通道52相對的下熱電模組48－l 之該側移走。在傳遞通過外罩46後，氣體係透過排放口60－u及60－l 排放。例如模組48－u、48－l 的多模組可並列或按串聯方式耦接，以針對欲橫跨熱電發電機20之輸出端子來耦接的負載，提供需求之電位及/或電流。

環形槽閥38可用來等化通過熱電發電機20之口56及60－u、60－l 的流量及/或促進及/或穩定來自鄰近渦動管34之內壁的流動。

散熱器50係從適當之導熱材料(例如銅)構成。外罩46及鄰近外罩46的通道59－u、59－l 之該等側可由絕熱及/或電絕緣材料構成。渦動管34亦可由絕熱材料製成(諸如某些抗熱及/或抗冷、填充及/未填充樹脂及聚合物)，以減低自入口42、58－u、58－l 向上之熱損失/增益。

在第8圖所示之渦動管的一具體實施例中，該渦動管134係稍微U形以盡力使熱電發電機120稍微更緊密。

再次參考第4圖，熱電發電機20或120之電輸出端子150＋及150－可耦接至適合功率調節設備170的輸入端子，如反向器152(第9a圖)及/或變壓器154(第9b圖)及/或整流器156(第9c圖)及/或倍增器158(第9d圖)及類似者，其調節來自熱電發電機20或120之輸出電氣信號，以用於一例如靜電輔助塗布材料霧化器22、自供電氣流控制器24、流量計26或類似者的利用裝置。此功率調節設備170可(例如)為任何上列參考中，或在美國專利第4,331,298；4,165,022；3,731,145；3,687,368及3,608,823號中任何文獻中所例示及描述之類型的設備。所列係無意於表示已完全搜尋所有相關技術，或除了現存所列外再無相關技術，或所列技術係針對專利性之材料。亦不應推斷任何此種表示。

在第10圖中所示之另一具體實施例中，來自一來源200之壓縮氣體的膨脹產生一用來產生電力之冷流，同時其沿熱電單元流動。此具體實施例係有用於(例如)太空及類似應用，其中壓縮氣體流經膨脹噴嘴。由於壓縮氣體流經該膨脹噴嘴202，氣體會膨脹及冷卻。氣流之膨脹及冷流橫跨一熱電發電機220的一側218，其另一側222係曝露至(例如)室溫空氣或類似者。橫跨熱電發電機220之溫差造成電流在一橫跨熱電發電機220之電輸出口的端子250＋、250－耦接之電路224中流動。

20．．．熱電電位發電機

22．．．靜電輔助塗布材料霧化器

24．．．自供電流量控制器

26．．．流量計

28．．．生產環境

30．．．熱氣輸出口

32．．．冷氣輸出口

34．．．渦動管

36．．．入口

38．．．環形槽閥

42．．．熱氣入口

44．．．冷氣歧管

46．．．外罩

48．．．熱電模組

48－l．．．下熱電模組

48－u．．．上熱電模組

50．．．散熱器

52．．．熱傳遞通道

56．．．排放出口

58－l．．．冷氣流進入入口

58－u．．．冷氣流進入入口

59－l．．．盤管熱傳遞通道

59－u．．．盤管熱傳遞通道

60－l．．．排放口

60－u．．．排放口

120．．．熱電發電機

134．．．渦動管

150．．．電輸出端子

152．．．反向器

154．．．變壓器

156．．．整流器156

158．．．倍增器

170．．．功率調節設備

200．．．來源

202．．．膨脹噴嘴

218．．．熱電發電機一側

220．．．熱電發電機

222．．．熱電發電機另一側

224．．．電路

250．．．端子

本發明可藉由參考例示本發明之以上下詳述及以下附圖更加理解。圖式中：第1圖顯示併入依據本發明之設備的系統之部分示意圖；第2圖顯示併入依據本發明之設備的系統之示意圖；第3圖顯示併入依據本發明之設備的系統之示意圖；第4圖顯示併入依據本發明之設備的系統之示意性部分透視圖；第5圖顯示第4圖中所示系統大體上沿其斷面線5－5取得的詳細斷面圖；第6圖顯示第4圖中所示系統之詳細透視圖；第7圖顯示第6圖中所示系統大體上沿其斷面線7－7取得的詳細斷面圖；第8圖顯示本發明之另一具體實施例的某些細節之平面圖；第9a－d圖顯示第4圖中所示之系統的示意性細節；及第10圖顯示併入依據本發明之設備的另一系統之極簡圖。

20．．．熱電電位發電機

22．．．靜電輔助塗布材料霧化器

30．．．熱氣輸出口

32．．．冷氣輸出口

34．．．渦動管

36．．．入口

38．．．環形槽閥

42．．．熱氣入口

44．．．冷氣歧管

56．．．排放出口

60－l ．．．排放口

60－u．．．排放口

150．．．電輸出端子

170．．．功率調節設備

Claims (5)

1. 一種系統，包括一渦動管，該渦動管具有一氣體入口、一第一冷氣出口及一第一熱氣出口，一熱電電位發電機，該熱電電位發電機具有耦接至該渦動管之該第一熱氣出口的一熱氣入口、耦接至該渦動管之該第一冷氣出口的一冷氣入口；及一第二熱氣出口、一第二冷氣出口及一混合氣體出口的至少一者，用以將熱氣、冷氣及混合氣體之至少一者，從該熱電位發電機排出，一(或多個)熱電元件，其係以導熱關係耦接在該冷氣入口及該熱氣入口間，該熱電元件進一步包括一電輸出口，藉由通過該熱電元件的該熱/冷流而建立經過該電輸出口的一輸出電流，及一靜電輔助塗布材料霧化器，該靜電輔助塗布材料霧化器耦接至該電輸出口，以利用該輸出電流，並耦接至該第二熱氣出口、該第二冷氣出口及該混合氣體出口的至少一者，以將自該些出口排出的氣體使用作為供應至該靜電輔助塗布材料霧化器之一氣動霧化氣體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包括一高幅度靜電電位倍增器，用以將該靜電輔助塗布材料霧化器耦接至該電輸出口。
3. 一種塗布材料分配系統，包括一靜電輔助塗布材料霧化器、一渦動管及一熱電電位發電機，該靜電輔助塗布材 料霧化器包含用於電壓供應之一第一塗布材料霧化器輸入口、用於壓縮氣體的一第二塗布材料霧化器輸入口及用於待藉由該靜電輔助塗布材料霧化器而分配之塗布材料的一第三塗布材料霧化器輸入口，該渦動管包含用於壓縮氣體的一渦動管輸入口、用於熱壓縮氣體的一第一渦動管輸出口及用於冷壓縮氣體的一第二渦動管輸出口，該熱電電位發電機包含用於熱壓縮氣體的一第一熱電電位發電機輸入口、用於冷壓縮氣體的一第二熱電電位發電機輸入口、用於供應電壓的一第一熱電電位發電機輸出口及用於供應熱壓縮氣體、冷壓縮氣體及混合壓縮氣體之至少一者的一第二熱電電位發電機輸出口，該渦動管輸入口係耦接至一壓縮氣體源，該第一渦動管輸出口係耦接至該第一熱電電位發電機輸入口，該第二渦動管輸出口係耦接至該第二熱電電位發電機輸入口，該第一熱電電位發電機輸出口係耦接至該第一塗布材料霧化器輸入口，且該第二熱電電位發電機輸出口係耦接至該第二塗布材料霧化器輸入口。
4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該靜電輔助塗布材料霧化器更包括一高幅度靜電電位倍增器，該高幅度靜電電位倍增器耦接至該第一塗布材料霧化器輸入口，以倍增供應至該第一塗布材料霧化器輸入口的電壓。
5. 一種系統，包括一渦動管，該渦動管具有一氣體入口、一第一冷氣出口及一第一熱氣出口，其中一圓錐形的環形槽閥係設置於該渦動管的該第一熱氣出口，以加速該氣體，而增加該氣體的溫度，及一反向圓錐形的通道係設置於該第一冷氣出口，以減速該氣體，而降低該氣體的溫度；一熱電電位發電機，該熱電電位發電機具有耦接至該渦動管之該第一熱氣出口的一熱氣入口、耦接至該渦動管之該第一冷氣出口的一冷氣入口；及一第二熱氣出口、一第二冷氣出口及一混合氣體出口的至少一者，用以將熱氣、冷氣及混合氣體之至少一者，從該熱電位發電機排出，其中該熱電電位發電機具有兩個冷氣通道及一個熱氣通道於其中；多個熱電元件，其係以導熱關係耦接在該冷氣入口及該熱氣入口間並在該冷氣通道和熱氣通道間，該熱電元件進一步包括一電輸出口，藉由通過該熱電元件的該熱/冷流而建立經過該電輸出口的一輸出電流，及一靜電輔助塗布材料霧化器，該靜電輔助塗布材料霧化器耦接至該電輸出口，以利用該輸出電流，並耦接至該第二熱氣出口、該第二冷氣出口及該混合氣體出口的至少一者，以將自該些出口排出的氣體使用作為供應至該靜電輔助塗布材料霧化器之一氣動霧化氣體。