[发明专利]约翰逊环境能量转换器

说明书

一种环境能量转换器包含具有上部及下部的外壳。所述外壳下部具有疏水材料部分。所述上部具有与环境流体连通的通气开口。所述外壳在所述外壳下部中容纳与所述疏水材料部分流体连通的一定质量的吸湿。离子导电膜电极组合件经耦合到所述外壳以允许离子水或水蒸气行进通过所述离子导电膜电极并与所述吸湿溶液接触。空气导管可经耦合到所述外壳以将气流提供到所述离子导电膜电极及/或疏水材料部分。

相关申请案的参考

申请人主张2020年2月12日申请且题为“约翰逊环境能量转换器(JohnsonAmbient Energy Converter)”的第62/975,502号美国临时专利申请案的权利。

技术领域

本发明大体上涉及一种用于将热能转换为电能的系统。

背景技术

长期以来，一直存在开发一种可收获可在周围环境中自由获得的热能的发动机的目标。在常规热电转换器及依热力循环操作的常规装置中，采用并同时出现热源及热汇。它们需要同时温度差来操作。已试图利用热绝缘材料及热汇来施加所需温度差。转换器的一个区段与环境热绝缘及/或耦合到高热容材料，以便延迟其温度相对于其环境中的温度变化的变化。相对于暴露及热耦合到环境的区段的温度变化的滞后产生热电转换器操作所需的必要温度差。然而，包含热容材料及热绝缘的需要限制这种转换器的实用性。此外，随着通过装置结构的寄生热传导因装置的尺寸减小而变得越来越巨大，转换有效性降低。

因此，可看出，仍然存在对可在用于发电的环境中操作的能量转换器的需要。因此，本发明主要涉及对这些的提供。

附图说明

图1A是用作呈本发明的优选形式的能量转换器的一部分的环境水冷凝器的示意性横截面图。

图1是说明随机选择的位置及30天周期的温度及湿度变动的代表曲线图。

图2是说明环境水蒸气压、温度、相对湿度及每单位体积空气中的水克数之间的关系的曲线图。

图3是饱和温度及蒸气压对水溶液中的溴化锂的质量百分比的曲线图。

图4是说明图1中表示的坐标3,6到坐标2,5瞬态的焓对温度及水溶液中的溴化锂的质量百分比的曲线图。

图5是说明图1中表示的坐标11,16到坐标13,17瞬态的焓对温度及水溶液中的溴化锂的质量百分比的曲线图。

图5A是说明水的压力对焓及温度的曲线图。

图6是呈本发明的优选形式的环境能量转换器的示意性横截面图。

图7是图6的环境能量转换器的膜电极装配体(membrane electrode assemble)组件的一部分的示意性横截面图，其展示将水电解到吸湿溶液中。

图8是图6的环境能量转换器的膜电极装配体组件的一部分的示意性横截面图，其展示将水电解出吸湿溶液。

图9是呈本发明的另一优选形式的环境能量转换器的示意性横截面图。

图10是呈本发明的另一优选形式的环境能量转换器的示意性横截面图。

图11是呈本发明的另一优选形式的环境能量转换器的示意性横截面图。

图12是说明燃料电池膜电极组合件中的水电解及还原反应的电池电压对电流密度的曲线图。

具体实施方式

本发明可由周围环境中自然发生的正常温度及湿度瞬态来驱动。其操作原理是基于热电偶效应，其中电化学电池的电压直接依据其温度及反应物浓度差而变化。根据任何热力循环的要求，采用热源及热汇；然而，与典型的热力发动机不同，热源及热汇不是同时发生的。在理想情况下，当以环境能量操作时，整个环境能量转换器维持与其环境的热平衡状态。