[发明专利]带有热存储单元的集成式热发电机

说明书

优先权

本申请基于同一发明人于2009年6月19日提交、发明名称为“带有热存储系统的集成式热发电机”、美国临时专利申请号为“61/218,578”的申请要求该优先权的权益，在此将其作为参照引入。

技术领域

本发明各实施例的技术领域涉及发电。具体而言，本发明各实施例涉及将热能转换为电能。

背景技术

随着对能量需求的增加，化石燃料之外的替代能源成为未来能量供应的关键方向。热-电能量是能够转换(比如将热能转换为电能)的替代能源。传统的热发电机在两种介质之间存在有温差时能够产生电能。一旦在媒介内存在有温度梯度，充电载体比如电子就从一个温度区扩散或迁移至另一个温度区。

传统热-电发电机(下称为“TEG”)设备收集来自热能源比如太阳能的热能以加热水产生蒸汽，其中该蒸汽随后激励机械涡轮机产生电能。通常，各TEG单元(cell)对维护有较高的要求，且具有许多运动部件。由于传统TEG单元的尺寸较大且功率输出较低，所以作为替代功率源是没有吸引力的。

与该传统TEG单元相关的一个问题是，由热能源提供的热量可能不具有一贯性。例如，由于太阳落山或多云天气而导致热量减少，则功率输出会突然降低。在晴朗艳阳天后的多云天里，由于缺少持续的热量供应，通常难以维持TEG单元的同样水平的功率输出。此外，TEG系统产生的输出功率可能会降低，而且在把热源去除(例如夜晚)时TEG系统产生的输出功率最终会停止。为了矫正此种缺陷，传统的方法是使用外部电池来存储白天产生的过量能量，在夜晚时取回该存储的电能。外部电池能够增加额外的复杂性和整体系统成本。

发明内容

本发明公开一种由热能产生电能的方法和多层固态热-电发电机(”MSTEG”)系统。MSTEG系统包括热层、调节层以及存储层。在一个实施方式中，该热层包括多个集成式热-电发电机(“ITEG”)设备，其中该集成式热-电发电机(“ITEG”)设备被构型为响应一定的热条件而产生电能。取决于所使用的ITEG设备类型，该热条件能够是从200℃(摄氏度)或更低至1200℃或更高之间的温度范围。该调节层包括淀积在热层上的多个热调节器，其中该热调节器调节温度。该存储层包括淀积在调节层上的一个或多个热存储槽，其中每个热存储槽能够存储热量。

从下面所述的详细描述、附图、权利要求书中可显而易见地看到本发明示例性实施例的附加特点和优点。

附图说明

从下面针对本发明各种实施例的详细描述以及本发明所附的附图中可以更为完全地理解本发明的示例性实施例，但是，这些描述和附图不应该被用来将本发明限制于具体的实施例，相反仅仅是用于说明和理解。

图1是示出根据本发明的一个实施例使用ITEG设备的MSTEG系统的方框图；

图2是示出根据本发明的一个实施例使用ITEG设备、能在不同温度区运行的MSTEG系统的方框图；

图3是示出根据本发明的一个实施例，使用ITEG设备具有多个热存储层的MSTEG系统的方框图；

图4是示出根据本发明的一个实施例，使用ITEG设备、具有能在不同温度区运行的多个热存储槽的MSTEG系统的方框图；

图5是示出根据本发明的一个实施例，使用ITEG设备和多个热腔室的MSTEG系统的方框图；

图6是示出根据本发明的一个实施例，使用ITEG设备、带有监测层与层之间温度的热传感器的MSTEG系统的方框图；

图7是示出根据本发明的一个实施例，使用ITEG设备的MSTEG系统的三维框图；

图8是示出根据本发明的一个实施例，使用多个热发电机(”TEG”)设备的ITEG布局的方框图；

图9是示出根据本发明的一个实施例，通过串联与并联相结合而连接的TEG单元阵列的方框图；

图10是示出根据本发明的一个实施例通过MSTEG系统经由热能产生电能的工艺的流程图；以及

图11是示出根据本发明的一个实施例装配MSTEG系统的工艺流程图。

具体实施方式

在使用采用ITEG设备的多层固态热-电发电机用热能产生电能的方法、系统和设备的上下文中，描述了本发明的示例性实施例。

本领域的技术人员会认识到，下面对示例性实施例的详细描述仅仅是示意性的，而绝不是用于限制目的。其它的实施例本身会易于启示获知本披露内容的技术人员。现在详细地参照如图所示的示例性实施例的实施。在整个附图和下面的详细描述中使用相同的附图标记来标示相同或类似部分。