具有內置溫度調整的熱電能生成器的製作方法
2023-11-01 04:22:27
專利名稱：具有內置溫度調整的熱電能生成器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電能系統，更具體地講，涉及使用熱電模塊來產生電能。
背景技術：
「熱電效應」就是把在熱電材料的相對表面之間的溫差轉換成電壓，並且反之亦然。，其有被稱為「Peltier效應」或「Seebeck效應」的形式的熱電效應例如是一種在用於可攜式飲料冷卻器和小轎車中的小電冰箱系統中所使用的技術。在熱電模塊上施加電壓，可驅動電流流過熱電模塊的半導體材料。流過熱電模塊的電流致使熱電模塊把熱量從熱電模塊的冷卻側抽吸至該模塊的相對的表面。冷卻側與用作固態冷卻設備的外殼相耦接。
反過來，也可通過布設熱電模塊來利用熱電效應生成電壓，其中，熱電模塊的一個表面暴露在相對熱的溫度下，而將把相對的表面暴露在一個相對冷的溫度下；與電壓產生溫差相反，溫差用於生成電壓。
圖1描述了用於生成電壓的熱電模塊100。熱電模塊100位於熱的熱源(hot thermal source)110和冷的熱源(cold thermal source)120之間，在呈現給熱的熱源110的熱電模塊100的第一表面140和呈現給冷的熱源120的熱電模塊100的第二表面150之間形成溫差ΔH130。由於溫差130，熱電模塊100生成電壓差ΔH160。
使用熱電模塊生成電能引發多方面的關注。首先，熱電模塊的表面之間的溫差越大，由於熱電效應所產生的電壓將越大。因此，最好把熱電模塊的一側布設於比相對的一側熱得多或冷得多的環境中。如果溫差太小，則熱電模塊將不能產生足夠的電壓。其次，溫差方面的變化影響所生成的電壓。因此，如果差小於所預期的差，則熱電模塊將不能產生足夠的電壓。作為選擇，如果差變得大於所預期的或所希望的差，則熱電模塊可能產生過大的電壓，而過大的電壓可能會損壞從熱電模塊接收電壓的設備。第三，當前可得的熱電模塊是相當脆弱的。因此，如果試圖把熱電模塊的一個表面暴露於非常熱的環境，以創建非常高的溫差，則該高熱可能會損壞熱電模塊。
人們日益對使用熱電模塊生成電能感興趣。畢竟，無數的引擎、馬達、熔爐、電燈、電路等設備生成了作為它們操作的副產品的廢熱。而且，必須要消耗能量來冷卻這些引擎及其它設備，以保持它們的正常運行或者防止它們免受損壞。相類似，諸如地熱源的自然熱源也生成熱量，這些熱量代表電能生成的一個浪費了的機會。如果能夠利用熱電模塊來控制廢熱或餘熱，則可以從這些其它未加使用的熱源生成電能。令人感到遣憾的是，維持足夠的溫差、防止過大溫差、或者根本不能調節溫差的問題，削弱了使用熱電模塊生成電能的可行性與效率。
發明內容
本發明的實施例旨在向熱電模塊施加熱調整，以把熱電模塊的操作條件保持在所希望的範圍內。本發明的實施例可以有利地保護熱電模塊免受高熱的損壞，或者把熱電模塊維持在所希望的溫差內。
在一個實施例中，監測熱電模塊的操作條件。確定所監測的操作條件是否超過所希望的範圍。當確定所監測的操作條件超出所希望的範圍時，向所述熱條件施加熱調整，以把操作條件導入所希望的範圍內。所述監測操作條件可以包括測量鄰近熱電模塊的表面的環境的操作溫度、熱電模塊的一部分的表面溫度、熱電模塊的第一表面和第二表面之間的溫差、或者熱電模塊的輸出電壓。所希望的範圍包括溫度範圍，該溫度範圍低於熱電模塊將會遭受熱損壞的水平；或者溫差，該溫差能夠導致熱電模塊生成最小所希望輸出電壓。
以下，將參照下列附圖，詳細描述本發明的實施例。
圖1(背景技術)為熱電模塊的方框圖，該熱電模塊因其布設在溫差環境下而生成輸出電壓。
圖2為熱電模塊的方框圖，該熱電模塊配備有根據本發明的實施例的可控散熱器。
圖3A～3B和圖4A～4B為熱電模塊的方框圖。該熱電模塊經受溫差和熱調整以便調整熱電模塊所生成的電壓差。
圖5A～5B為適合於向基於空氣的或基於其它氣體的冷卻系統中的熱電模塊施加熱調整的散熱器的立體圖。
圖6A是用於向一個或多個熱電模塊的一個表面施加熱調整的基於空氣的或基於氣體的冷卻系統的方框圖。
圖6B是用於向熱電模塊的兩個相對的表面施加熱調整的冷卻系統的方框圖。
圖7是適合於使用基於液體的冷卻系統向熱電模塊施加熱調整的散熱器的方框圖。
圖8是用於向一個或多個熱電模塊施加熱調整的基於液體的冷卻系統的方框圖。
圖9是向熱電模塊施加熱調整以維持熱電模塊的所希望的操作水平的過程的流程圖。
圖10是利用熱電模塊生成電能，同時施加熱調整以維持熱電模塊的所希望的操作水平的過程的流程圖。
具體實施例方式
本發明的實施例涉及調節呈現給熱源的熱電模塊的溫度。通過調節熱電模塊的溫度或者跨越熱電模塊的溫差，可以調節熱電模塊的輸出電壓，從而可以保護熱電模塊免受損壞。
圖2為與本發明的實施例一起使用的熱電模塊200的總示意圖。把熱電模塊200的第一表面210呈現給輸入熱源220。在一種模式下，輸入熱源220為諸如引擎冷卻液管道或引擎排氣裝置的廢熱源。輸入熱源220可以包括輸送來自主熱源的熱量的「熱」散熱器(hot heat sink)。例如，如果主熱源為引擎，則輸入熱源220可以包括輸送來自排氣管道或者來自從引擎部件延伸的冷卻管道的熱量的散熱器。本發明的實施例可以包括可控散熱器或者熱源，從而允許調節輸送於散熱器的熱量，以防止對熱電模塊200的熱損壞。
把熱電模塊200的第二表面230呈現給可控散熱器240。輸入熱源220的溫度H 250和可控散熱器240的溫度C 260之間的差，產生了溫差ΔH 270。跨越熱電模塊200所施加的溫差ΔH 270產生了電壓差ΔV280。電壓差ΔV 280與溫差ΔH 270成比例。
在輸入熱源220為諸如引擎冷卻劑管道或引擎排氣裝置的廢熱源的情況下，溫度H 250通常為變化的。如先前所描述的，如果溫度H 250太低或太高，則溫度H 250的變化可能會引發問題。
考慮到這些變化，可控散熱器240允許溫度C 260變化，以改變溫差ΔH 270。於是，如果溫度H 250相對溫度C 260過低，則可以對可控散熱器240加以冷卻，以降低溫度C 260和增加溫差ΔH 270。另一方面，如果溫度H 250過高，則可以降低可控散熱器H 220的溫度，以保護熱電模塊200免受損壞。作為選擇，如果溫差ΔH 270生成過高的電壓差ΔV280，則可以增加可控散熱器的溫度C 260，以減小溫差ΔH 270，從而減小了電壓差ΔV 280。在一個實施例中，可以把輸入熱源220可控地與可控散熱器240相耦接，以減小跨越熱電模塊200的溫差。相應地，當輸入熱源220包括輸送來自主熱源的熱量的散熱器時，也可以調節從主熱源所輸送的熱量，以控制施加於熱電模塊200的熱量，以及調節跨越熱電模塊200施加的溫差ΔH 270。
圖3A說明了當熱源220所呈現的溫度H 300低於所希望的溫度時的一種示範性的情況。如在這一圖和其它圖中所說明的示範性實施例的情況中那樣，輸入熱源220可以包括可控的或不可控的熱源。由於溫度H 300低於所希望的溫度，所以跨越熱電模塊200的溫度H 300和溫度C320之間的溫差ΔH 310產生作為結果的、低於所希望的電壓差的電壓差ΔV 330。
圖3B使用一個實施例，說明了如何降低可控散熱器240的溫度C350，以在輸入熱源220的溫度H 300無變化的情況下產生增加的溫差ΔH360。增加的溫差ΔH 360產生跨越熱電模塊200的增加的電壓差ΔV 370。
另一方面，圖4A說明了其中熱源220所呈現的溫度H 400高於所希望的溫度的示範性情況。跨越熱電模塊200的溫度H 400和溫度C 420之間的溫差ΔH 4變得高於所設想或所希望的溫差，從而導致電壓差ΔH430也高於所希望的和所設想的電壓差。應該加以注意的是，電壓差的變化不必為作為溫差變化結果的線性響應。因此，所施加的旨在調整溫度H 400的變化的熱調整，應考慮熱電模塊的電壓差到溫差的響應。
圖4B說明了如何提高可控散熱器240的溫度C 450，從而在熱源220的溫度H 400不發生變化的情況下產生減小的溫差ΔH 460。減小的溫差ΔH 460產生跨越熱電模塊200的減小的電壓差ΔV 470。作為選擇，如果熱源220包括輸送來自主熱源的熱量的輸入散熱器，則可以調節從主熱源輸送於散熱器的熱量，如以下進一步加以描述的。於是，調節輸送於輸入熱源220的熱量，可以減少施加於熱電模塊的熱量，從而可以保護熱電模塊免受損壞，或者調整溫差ΔH 460，以導致跨越熱電模塊200的減小的電壓差ΔV 370。
如圖3A～3B和4A～4B的例子中所說明的，考慮到輸入熱源220所呈現的熱量方面的變化，可以調整可控散熱器240的溫度，以改變跨越熱電模塊200的溫差。因此，可以改變溫差，以改變作為結果的電壓差。作為選擇，可以調整可控散熱器240所施加的溫度，以降低熱電模塊200所經受的溫度或溫差，以減輕對熱電模塊的損壞。作為進一步的選擇，也可以調節從主熱源輸送於散熱器的熱量，以降低熱電模塊200所經受的溫度或溫差，從而減輕對熱電模塊的損壞。
可以按多種形式體現可控散熱器，並且可以使用各種系統控制可控散熱器的溫度。冷卻系統可以包括其中流體可以呈氣體或液體形式的流體冷卻的系統。另外，如以下進一步加以描述的，最好使用控制系統引導冷卻系統的操作。控制系統可以監測熱電模塊的操作條件，作為這些條件的結果，調整施加於可控散熱器的冷卻的水平，以調整或維持跨越熱電模塊的溫差。
第一示範性冷卻系統使用空氣冷卻，或者另一種氣體的冷卻，如圖5A和5B以及圖6A中所說明的。圖5A和5B說明了適合於空氣冷卻的或者其它氣體冷卻的系統的散熱器。圖5A說明了散熱器500，該散熱器500包括支持多個冷卻散熱片520的平板510。平板510和冷卻散熱片520均由諸如銅或鋁合金的熱導材料構成。把平板510布設在將加以冷卻的部件上。平板510可以把部件所生成的熱量輸送於散熱片520。呈現了用於分配熱量的增加的表面面積的散熱片520，把熱量輻射於散熱片520周圍的環境中。
圖5B描述了散熱器550，該散熱器550包括平板560，平板560支持分配來自該平板的熱量的一個或多個熱導管570。熱導管570可以在離開平板560的那一端包括多個散熱片580，以進一步促進溫度的傳導。在一個實施例中，熱導管570為中空、封閉的管子，其中封閉了一種冷卻液，例如水、乙醇、或者水銀。當熱導管570利用重力進行操作時，重力把冷卻液抽向鄰近平板560的一端。從平板560所散發的熱量導致冷卻液蒸發，其中在相對的一端對其加以冷卻，其中冷卻液冷凝，並且朝布設在平板560的一端落回。在其中熱導管570將不利用重力進行操作的情況下，使用一種內部芯吸結構把所冷凝的冷卻液抽向布設在所述平板的表面。散熱器500和550為散熱器的兩種示範性的形式。其它類型的散熱器也適合於使用空氣冷卻或氣體冷卻的可控散熱器的實施例。本發明的實施例也可以使用蒸汽室散熱器或任何其它用於把熱調整施加於熱電模塊的所希望類型的散熱器。本發明的實施例不局限於使用任何特定選擇形式的散熱器。
圖6A和6B說明了用於把熱調整施加於熱電模塊，以保護所述模塊免受損壞、控制所述模塊的電壓輸出、或者解決其它人們所關注的操作問題的系統的示範性的實施例。圖6A和6B的系統均包括，但都沒有描述用於形成支持由熱電模塊所利用的熱電效應的溫差的原始熱源。可以使用許多原始熱源。例如，在諸如汽車、飛機、輪船的運載工具或者任何其它類型的運載工具中，啟動運載工具的引擎將因冷卻引擎生成熱量，以及在引擎排氣裝置中生成熱量。可以利用這兩種熱源之一或這兩種熱源提供有助於熱電效應的熱量。相類似，機械的或其它的工業系統，包括引擎、馬達、熔爐、或任何其它類型的機器，生成可用於促進熱電效應的熱量。再者，自然發生的現象，例如從地球或太陽所輻射熱量，或者液體，即流形式的地熱，也可用於促進熱電效應。為了促進熱電效應，可選擇這些熱源中的任何熱源，或者任何其它熱源。
然而，為了清楚起見，未把這些原始熱源包括在圖6A或6B中，就象未把它們包括在圖4A～4B和5A～5B中那樣。如所描述的，所示輸入散熱器或熱源輸送來自原始熱源的熱量，以促進熱電效應。在某些實施例中，控制所輸送的熱量，以把熱調整施加於熱電模塊，或者作為把熱調整施加於熱電模塊的一部分，控制所輸送的熱量。
圖6A說明了適合於傳導來自熱電模塊602的熱量的冷卻系統600，熱電模塊602裝備有可控散熱器604。把可控散熱器604布設於氣體冷卻迴路606中。當在控散熱器604上傳送時，把氣體加熱到提高的溫度C↑608。通過對流、排風扇或者其它啟動力(未在圖中加以顯示)按提高的溫度C↑608循環氣體，直至其暴露於冷卻氣體源612。冷卻氣體源61 2把氣體冷卻到降低的溫度C↓610，其中，降低的溫度C↓610經由冷卻迴路606循環，以從散熱器604抽取熱量。
在一個模式中，冷卻系統600包括與傳感器616相耦接的控制單元614，傳感器616監測熱電模塊602的操作條件。所述控制單元可以包括溫度調節裝置或另一種類型的控制邏輯，可用於根據操作條件，指示冷卻機制618控制施加於冷卻迴路606中的冷卻的水平。例如，傳感器616可以監測熱電模塊602的操作溫度，包括伴隨熱電模塊602的環境溫度，或熱電模塊602的表面溫度。作為選擇，由於熱電模塊602所生成的電壓差與熱電模塊602所經受的溫差成比例，所以傳感器616可以根據把熱電模塊602暴露於其的溫差的指示信息，監測熱電模塊602所生成的電壓。
冷卻機制618可以包括控制單元614響應從傳感器616所讀取的操作條件所指揮的受控埠、排風扇、或者另外的機制。在諸如汽車的系統中，其中熱源620包括來自引擎的冷卻管道或排氣管道，或者輸送來自引擎的冷卻管道或排氣管道的熱量的散熱器，冷卻機制618可以包括機械地嚙合於引擎的排風扇，以利用引擎的操作驅動從冷卻氣體源612到冷卻環路的流。所述排風扇可以包括離合器機制，以根據來自控制單元614的信號，有選擇地增加空氣流。控制單元可以有選擇地嚙合與調整離合器機制，以控制排風扇所施加的熱調整。因此，如果傳感器616指示需要進一步的冷卻，則控制單元614嚙合冷卻機制618，以增加冷卻氣體源612與冷卻環路606的接觸。反過來，如果需要較少的冷卻，則控制單元614可以嚙合冷卻機制618，以減少冷卻環路606的暴露(exposure)。作為選擇，在諸如其中熱源620包括熱噴氣口的噴氣式飛機的系統中，冷卻機制618還可以包括把冷卻環路606暴露於作為冷卻氣體源612的周圍空氣的鑲板。由於噴氣引擎運行在周圍空氣十分冷且內在地以極高速度流動的高海拔位置，所以可以通過有選擇地打開或關閉通向外部空氣的鑲板，來影響對冷卻迴路606暴露於冷卻氣體源612的面積的控制。
也可以把控制單元614與控制器622相耦接，控制器622可用於控制從原始熱源(未在圖中加以顯示)呈現給輸入散熱器或者熱源620的熱量。因此，無論原始熱源來自引擎、自然源還是來自另一種源，控制單元都可以減少施加於熱電模塊的熱量，以及改變施加於輸入散熱器或熱源的溫差。控制器622可以包括能夠用於降低輸送於輸入散熱器或熱源620的熱量的閥或類似的控制裝置。
圖6B說明了另一種冷卻系統650，該冷卻系統650適合於通過控制施加於熱電模塊的每個表面的熱量，控制施加於熱電模塊652的溫差。如在系統600(圖6A)中，冷卻系統650傳導來自熱電模塊652的熱量，熱電模塊652配備有輔助散熱器654。把輔助散熱器654布設在輔助冷卻迴路656中，輔助冷卻迴路656可以包括氣體或液體冷卻迴路。當在輔助散熱器654傳送時，把冷卻的流體，即氣體或液體，加熱到提高的溫度C↑658。通過對流，即排風扇或其它啟動力(未在圖中加以顯示)，按提高的溫度C↑658循環流體，直至其暴露於冷卻源662。冷卻源662把流體冷卻至降低的溫度C↓660，其中，其經由輔助冷卻迴路656循環，以從輔助散熱器654抽取熱量。
冷卻系統650包括與輔助傳感器668相耦接的控制單元664，其中輔助傳感器668監測熱電模塊652的操作條件。控制單元664可以包括溫度調節裝置或另一種類型的控制邏輯，可用於根據操作條件，指示冷卻機制670控制施加於輔助冷卻迴路656中的冷卻的水平。例如，輔助傳感器668可以監測熱電模塊652的操作溫度，包括伴隨熱電模塊652的環境溫度，或熱電模塊652的表面溫度。作為選擇，由於熱電模塊652所生成的電壓差與熱電模塊652所經受的溫差成比例，所以輔助傳感器668可以根據把熱電模塊652暴露於其的溫差的指示信息，監測熱電模塊652所生成的電壓。
冷卻機制670可以包括控制單元664響應從傳感器666所讀取的操作條件加以引導的受控的埠、排風扇、或者另外的機制。在諸如汽車的系統中，其中熱源包括傳輸來自主熱源，例如來自引擎的冷卻管道或排氣管道的熱量的主散熱器680，冷卻機制670可以包括機械地嚙合於引擎，以利用引擎的操作驅動從冷卻氣體源662到冷卻環路的流的排風扇。所述排風扇可以包括離合器機制，以根據來自控制單元664的信號，有選擇地增加空氣流，如先前針對圖6A所描述的。因此，如果傳感器668指示需要進一步的冷卻，則控制單元664嚙合冷卻機制670，以增加冷卻氣體源662與冷卻環路656的接觸。反過來，如果需要較少的冷卻，則控制單元664可以嚙合冷卻機制670，以減少冷卻環路656的暴露。
另外，由於通過輸送來自主熱源的熱量的主散熱器680把熱量施加於熱電模塊652，所以可以通過調整輸送於主散熱器680的熱量調節熱電模塊652經受的操作條件。可以按多種不同的方式調節主散熱器680所輸送的熱量。例如，如果通過流體把熱量輸送於主散熱器680，則可以限制流體流，致使主散熱器680接收較少的熱量。可以通過控制單元664或者另一個控制單元調節所輸送的熱量。把控制單元664與測量主散熱器680的溫度、熱電模塊652的表面溫度、或者有關熱電模塊652的伴隨溫度的主傳感器692適當地相耦接。於是，當熱電模塊652經受的溫度或溫差變得過高時，控制單元664可以限制把熱量輸送於主散熱器680的流體流。
作為選擇，如圖6B中所示，主散熱器680可以輸送來自原始熱源(未在圖中加以顯示)的熱量，另一個主冷卻迴路682冷卻主散熱器680。與主傳感器692相耦接的控制單元664監測熱電模塊652的操作條件，並且控制冷卻機制690調節主散熱器680的冷卻。冷卻機制690可以包括控制單元664響應從傳感器692所讀取的操作條件加以引導的受控的埠、排風扇、或者另外的機制。因此，如果主傳感器692指示需要更多的冷卻，則控制單元664嚙合冷卻機制690，以增加冷卻源668的接觸，冷卻源668可以為輔助冷卻迴路656中所使用的同一冷卻源，也可以為不同的冷卻源。反過來，如果需要較少的冷卻，則控制單元664可以嚙合冷卻機制690，以減少主冷卻環路682的暴露。
當在輔助散熱器680上傳送時，把冷卻的流體，即氣體或液體，加熱到提高的溫度C↑684。通過對流，即排風扇或其它啟動力(未在圖中加以顯示)，按提高的溫度C↑684循環流體，直至其暴露於冷卻源688。冷卻源688把流體冷卻至降低的溫度C↓686，其中，其經由輔助冷卻迴路682循環，以抽取來自輔助散熱器680的熱量。
圖7～8說明了可控散熱器和冷卻系統，其中，把液體冷卻用於冷卻熱電模塊。圖7說明了液體冷卻的散熱器700。散熱器700包括相對將以冷卻的部件布設的平板710，例如熱電模塊。平板710包括一種熱導材料，以把熱量從熱電模塊傳導於冷卻管720的迴路。冷卻管720從平板710接收吸收熱量的冷卻的液體，並且通過結合圖8所描述的冷卻迴路傳送加熱的液體。通常，把這種類型的散熱器稱為冷板熱量交換器。
圖8說明了一種適合於傳導來自熱電模塊810的熱量的液體冷卻系統800，其中，熱電模塊810配備有散熱器820。可控散熱器820可以包括結合圖7所描述的、包括在液體冷卻迴路830中的冷板熱量交換器。當通過散熱器820傳送時，把液體加熱到提高的溫度C↑842。泵870按提高的溫度C↑842循環液體，泵870循環散熱器820和輻射器844之間的冷卻迴路830周圍的液體冷卻液。液體冷卻液通過輻射器844循環液體冷卻液，輻射器844也可以呈圖7的散熱器700的特性。當液體冷卻液通過輻射器844傳送時，其把熱量傳導冷卻源846。在諸如汽車或飛機的系統中，冷卻源846可以為把輻射器844暴露於其的周圍的空氣。作為選擇，當把熱電模塊810包括在輪船或另一個鄰近水體，或者熱噴泉或其它液體地熱源操作的系統中時，冷卻源846還可以包括水體，例如河、湖或海洋。冷卻源846把液體冷卻液冷卻至降低的溫度C↓848，其中，冷卻液經由冷卻迴路830返回，以從散熱器820抽取熱量。
在一種模式下，冷卻系統800包括與傳感器860相耦接的控制單元850，其中，傳感器860監測熱電模塊810的操作條件。控制單元850可以包括溫度調節裝置或可用於根據操作條件，指示諸如泵870的冷卻機制控制施加於冷卻迴路830中的冷卻的水平的另一種類型的控制邏輯。例如，傳感器860可以監測熱電模塊810的操作溫度，包括伴隨熱電模塊810的環境溫度，或熱電模塊810的表面溫度。作為選擇，由於熱電模塊810所生成的電壓差與熱電模塊810所經受的溫差成比例，所以傳感器860可以根據把熱電模塊810暴露於其的溫差的指示信息，監測熱電模塊810所生成的電壓880。
在一個實施例中，泵870為電泵，例如由熱電模塊810所生成的一部分電壓880向其提供電力。作為選擇，泵870也可以包括機械地耦接到引擎，並且由該引擎所驅動的泵，其中，泵870包括控制從冷卻源846傳導於輻射器844的冷卻的水平的離合機制。可以由熱電模塊810所生成的電壓880的一部分向用於控制泵的離合器或其它轉換機制提供電力。
使用先前所描述的示範性系統，或其它溫度調整系統，圖9和圖10說明了調整用於生成電能的熱電模塊的溫度的模式。圖9為把溫度調整施加於熱電模塊的一般化的模式。在910處，監測一個或多個熱電模塊的操作條件。如先前所描述的，例如，操作條件可以包括伴隨熱電模塊的周圍溫度，即熱電模塊的表面溫度。作為選擇，操作條件還可以包括熱電模塊的電壓輸出，其代表了熱電模塊所經受的溫差。
在920處，判斷操作條件是否超出熱電模塊的所希望的範圍。例如，如果熱電模塊的表面溫度過高，或者熱電模塊經受的溫差過高，以致可能損壞熱電模塊，或者產生過量電壓，則可以斷定操作條件超出所希望的範圍。如果情況如此，則在930處，把熱調整施加於熱電模塊。例如，如果將把熱調整施加於熱電模塊，則啟動諸如排風扇、泵或檢查盤的冷卻機制，以施加熱調整，從而使熱電模塊回到所希望的操作範圍內。一旦施加了熱調整，或者如果在920處發現操作條件沒有超出所希望的範圍，則在910處，繼續監測熱電模塊的操作條件。
圖10說明了使用一個或多個熱電模塊生成電能，以及施加熱調整，以有助於熱電模塊所希望的操作的一種模式。在1010處，把熱電模塊或單元的第一表面呈現給用於創建能夠產生熱電效應的溫差的熱源。在1020處，由將存儲或使用電能的系統接收熱電模塊或單元所生成的電能。在1030處，監測一個或多個熱電模塊的操作條件。
在1040處，判斷操作條件是否超出熱電模塊的所希望的操作範圍。如果操作條件超出熱電模塊的所希望的操作範圍，則在1050處，把熱調整施加於熱電模塊。例如，如果將把熱調整施加於熱電模塊，則啟動諸如排風扇、泵、或者檢查盤的冷卻機制，以施加熱調整，從而使熱電模塊回到所希望的操作範圍內。一旦施加了熱調整，或者如果在1040處發現操作條件沒有超出所希望的操作範圍，則在1030處，繼續監測熱電模塊的操作條件。
儘管已經說明和描述了本發明的優選與可選實施例，如以上所提到的，然而在不背離本發明的構思與範圍的情況下，也可以進行諸多的改變。因此本發明的範圍不局限於所公開的優選實施例。取而代之，應參照以下的權利要求，完整地確定本發明。
權利要求
1.一種方法，包括監測至少一個熱電模塊的至少一個操作條件，該熱電模塊具有呈現給熱源的第一表面；確定所監測的操作條件何時超過所希望的範圍；以及當確定所監測的操作條件超出所希望的範圍時，施加熱調整，以便把操作條件導入所希望的範圍內。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，監測操作條件包括下列至少之一測量鄰近熱電模塊的第一表面和第二表面至少之一的環境的操作溫度，該第二表面與第一表面相對；測量熱電模塊的一部分的表面溫度；測量熱電模塊的第一表面和第二表面之間的溫差；以及測量熱電模塊的輸出電壓。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，所希望的範圍包括下列至少之一溫度範圍，該溫度範圍低於熱電模塊將會遭受熱損傷的水平；以及溫差，該溫差能夠導致熱電模塊生成最小所希望輸出電壓。
4.根據權利要求2所述的方法，其中，施加所述熱調整包括下列至少之一把冷卻流體導入鄰近熱電模塊的環境；以及直接把散熱器應用到所述熱電模塊的第一表面和第二表面至少之一，並且把所述冷卻流體導向該散熱器，其中，所述冷卻流體包括氣體和液體至少之一。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述冷卻流體由下列步驟的至少之一來提供從周圍冷卻源抽取冷卻流體；以及使用冷卻迴路來循環冷卻流體，該冷卻迴路與周圍冷卻源和可控冷卻源之一交換熱能。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，該冷卻迴路由推進器得以循環，其中，該推進器由熱電模塊所生成的一部分輸出電壓來供電。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熱源包括輸送來自主熱源的熱量的散熱器。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括調節從所述主熱源輸送到所述散熱器的熱量，以控制呈現給熱電模塊的第一表面的溫度。
9.一種用於生成電壓的方法，包括把熱電模塊的第一表面呈現給熱源，其中，該熱源包括第一散熱器，可以有選擇性地控制輸送於第一散熱器的熱量；把第二散熱器布設在與第一表面相對的第二表面；把可控的冷卻源耦接到所述散熱器；監測至少一個熱電模塊的至少一個操作條件；確定所監測的操作條件何時超過所希望的範圍；以及當確定所監測的操作條件超出所希望的範圍時，向第一散熱器和第二散熱器至少之一施加熱調整，以便把所述操作條件導入所希望的範圍內。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，所述監測操作條件包括下列步驟至少之一測量鄰近熱電模塊的第一表面和第二表面至少之一的環境的操作溫度；測量熱電模塊的一部分的表面溫度；測量第一表面和第二表面之間的溫差；以及測量熱電模塊的輸出電壓。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，所希望的範圍包括下列至少之一溫度範圍，該溫度範圍低於熱電模塊將會遭受熱損傷的水平；以及溫差，該溫差能夠導致熱電模塊生成最小所希望輸出電壓。
12.根據權利要求11所述的方法，其中，施加熱調整包括下列步驟至少之一把冷卻流體導入鄰近熱電模塊的環境；以及把所述冷卻流體導向第一散熱器和第二散熱器至少之一，其中，所述冷卻流體包括氣體和液體至少之一。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述冷卻流體通過下列步驟至少之一來提供從周圍冷卻源抽取冷卻流體；以及使用冷卻迴路來循環冷卻流體，該冷卻迴路與周圍冷卻源和可控冷卻源之一交換熱能。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述冷卻迴路還包括電力驅動的推進器，該推進器與導電體耦接以接收電壓，該電壓的一部分用於驅動該推進器，以使得所述冷卻流體循環通過冷卻迴路。
15.根據權利要求9所述的方法，其中，所述熱源包括輸送來自主熱源的熱量的散熱器。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括調節從所述主熱源輸送到所述散熱器的熱量，以控制呈現給熱電模塊的第一表面的溫度。
17.根據權利要求9所述的方法，其中，所述熱源包括下列至少之廢熱源，包括下列至少之一引擎排氣裝置；引擎冷卻系統；工業排氣裝置；以及工業冷卻系統；以及自然熱源，包括下列至少之一地熱源；以及輻射熱源。
18.一種用於調整至少一個熱電模塊的溫度的系統，該熱電模塊具有第一表面，該第一表面被配置成應用到熱源，該系統包括輔助散熱器，其配置成施加於熱電模塊的第二表面，該第二表面與第一表面相對，其配置成布設到熱源；冷卻系統，與所述熱源耦接，其配置成降低熱電模塊的第二表面的操作溫度；監測設備，其配置成監測熱電模塊的操作條件；以及控制單元，與冷卻系統和監測設備連通，該控制單元配置成確定所監測的操作條件何時超過所希望的範圍，以及當確定所監測的操作條件超過所希望的範圍時，使得冷卻系統工作以把操作條件導入所希望的範圍內。
19.根據權利要求18所述的系統，還包括主散熱器，其配置成把熱量從主熱源輸送到熱電模塊的第一表面，其中，控制單元還配置成當所監測的操作條件超過所希望的範圍時，調節從主熱源輸送到主散熱器的熱量。
20.根據權利要求18所述的系統，其中，所述操作條件包括下列至少之一鄰近熱電模塊的第二表面的環境的操作溫度；鄰近熱電模塊的第一表面的環境的操作溫度；熱電模塊的一部分的表面溫度；第一表面和第二表面之間的溫差；以及熱電模塊的輸出電壓。
全文摘要
在一個實施例中，監測熱電模塊的操作條件。判斷所監測的操作條件何時超過所希望的範圍。當斷定所監測的操作條件超出所希望的範圍時，向熱條件施加熱調整，以把操作條件導入所希望的範圍。監測操作條件可以包括測量鄰近熱電模塊的表面的環境的操作溫度，熱電模塊的一部分的表面溫度，熱電模塊的第一表面和第二表面之間的溫差，以及熱電模塊的輸出電壓。所希望的範圍包括溫度範圍，這一溫度範圍低於熱電模塊將會遭受熱損傷的水平，以及溫差，即能夠導致熱電模塊生成最小所希望輸出電壓的溫差。
文檔編號G05D23/00GK101072004SQ200710103270
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月10日 優先權日2006年5月10日
發明者本·P·休 申請人:波音公司