專利名稱：包括熱電發(fā)電機(jī)的伴熱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于加熱和循環(huán)流體的系統(tǒng)，更具體而言，涉及如下這些系統(tǒng) 用于使用催化加熱器既加熱流體也向泵供電以用于通過管道環(huán)路循環(huán)流體，如，以用于伴 熱。
背景技術(shù)：
如下內(nèi)容是公知的使用來自催化加熱器(如，Cata-Dyne 加熱器，加拿大， 艾伯塔，Edmonton的CCI Thermal Technologies公司制造)的熱量以用于通過伴熱環(huán) 路進(jìn)行循環(huán)，以用于諸如在寒冷氣候下進(jìn)行解凍或者防止井口結(jié)冰的目的。美國專利 No. 6，776，227 (Beida 等人)、No. 7，138，093 (McKay 等人)、以及 No. 7，293，606 (Benoit 等 人)中可以找到這些應(yīng)用的實(shí)例。這些系統(tǒng)需要泵以通過伴熱環(huán)路循環(huán)加熱的流體。然而， 由于伴熱系統(tǒng)一般安裝在遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)(例如，加拿大北部的井場)，所以使用電驅(qū)動的泵常 常并非實(shí)踐性的選擇，因?yàn)樽罱碾娋W(wǎng)會非常遠(yuǎn)。太陽能電能不是對此問題的理想解決方 案，因?yàn)樵诜浅＠涞臈l件下即使并非連續(xù)地也需要大范圍地操作泵，并且在這些時段中可 用太陽光會最少(特別是在很北的地方)。相應(yīng)地，使用由太陽能面板供電的電泵通常意味 著配備大量電池備份以用于太陽不發(fā)光的時候。由于以上原因，需要更實(shí)踐性的如下這些方法和系統(tǒng)用于為與使用催化加熱器 的伴熱系統(tǒng)相結(jié)合的電泵提供電能。本發(fā)明針對此需要。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，本發(fā)明是用于加熱循環(huán)流體的系統(tǒng)和設(shè)備，使用來自加熱器(如，以天 然氣或丙烷為燃料的催化加熱器)的熱量既加熱流體也發(fā)電以向泵供電以用于通過管道 系統(tǒng)(如，伴熱環(huán)路)循環(huán)流體。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)產(chǎn)生足夠的電以用于循環(huán)泵的電能需要。按照本發(fā)明，電能以熱電方式生成，使用來自合適加熱器(優(yōu)選地，催化加熱器) 的熱量。熱電發(fā)電的原理已經(jīng)被理解和應(yīng)用了許多年。已知(按照稱為“塞貝克效應(yīng)”的 科學(xué)原理)通過把熱量從熱電偶的一端(“熱端”或“熱結(jié)”)輸送另一端(“冷端”或“冷 結(jié)”)，在包括電串聯(lián)并且熱并聯(lián)的“P型”(即，“正”)和“η型”(即，“負(fù)”)熱電元件或模 塊的熱電偶中可以產(chǎn)生電能。這將會生成與熱電偶上(即，熱端與冷端之間)的溫度梯度 成比例的電流。在本發(fā)明中，在吸熱盤與熱沉之間加置或“夾置”一個或更多個熱電生成模塊(一 般稱作“TEG模塊”)。為了此專利文件的目的，將會把吸熱盤、一個或更多個TEG模塊、以及 熱沉中的任何裝備均稱作“TEG板”。把TEG板放置成其吸熱盤靠近(優(yōu)選地，一般平行于) 散熱加熱器，在吸熱盤與加熱器之間存在空氣空間。靠近吸熱盤的TEG模塊端因而將會是 熱端，TEG模塊的其它端(即，靠近熱沉)將會是冷端。管道環(huán)路穿過熱沉，以使得將會通 過從加熱器抽取到熱沉中的熱量加熱通過管道循環(huán)的流體。通過電泵循環(huán)流體。由于TEG模塊的熱端與冷端之間的溫差(因從熱沉到循環(huán)流體中的熱量傳送而增強(qiáng))，TEG模塊產(chǎn)生 電能，以用于向泵供電，以及根據(jù)系統(tǒng)的總電能輸出而用于其它應(yīng)用。相應(yīng)地，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，一種用于發(fā)電的設(shè)備，所述設(shè)備包括催化加熱 器以及各自具有熱端和冷端的多個熱電模塊，其中，熱電模塊的熱端裸露于來自催化加熱 器的熱量，熱電模塊的冷端鄰近熱沉進(jìn)行導(dǎo)熱，以使得熱電模塊產(chǎn)生用于向用來在伴熱管 道回路內(nèi)循環(huán)加熱流體的泵供電的電流，以及其中，伴熱管道回路穿過熱沉以消散來自其 的熱量。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于發(fā)電的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括第一吸熱 盤；具有第一端和第二端的熱沉；以及各自具有熱端和冷端的第一多個熱電模塊，所述模 塊電互連、并且夾置在吸熱盤與熱沉的第一端之間，它們的熱端靠近吸熱盤。當(dāng)把所述設(shè)備 放置得緊密靠近散熱熱源時，第一吸熱盤與熱源最近，來自散熱熱源的熱量將會穿過第一 吸熱盤和熱電模塊并且進(jìn)入熱沉，從而啟動熱電模塊以產(chǎn)生電。優(yōu)選地，熱沉包括導(dǎo)熱材料 (如，銅或鋁)的一個或更多個塊，每個所述塊具有一個或更多個通道，以用于裝載一個或 更多個流體攜帶管道。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述設(shè)備包括(a)具有輸入口和輸出口的收集器箱，所述收集器箱與管道回路流體互通，管道回 路的輸出口部件連接到箱的箱輸出口，管道回路的返回部件連接到箱輸入口 ；以及(b)用于通過管道回路循環(huán)流體的泵，所述泵由第一多個熱電模塊響應(yīng)于來自第 一散熱加熱器的熱量通過其的流動產(chǎn)生的電能通電。所述設(shè)備可選地可以包括結(jié)合到管道回路中的補(bǔ)充熱量交換器，以使得通過管道 回路流動的流體將會通過補(bǔ)充熱量交換器流動，把所述補(bǔ)充熱量交換器放置成裸露于來自 第一散熱加熱器的熱量。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中，附圖標(biāo)記標(biāo)注了相似的組件， 以及其中圖1是按照本發(fā)明第一實(shí)施例的與催化加熱器相關(guān)聯(lián)地裝配的TEG板裝備的橫截圖2是圖1中所示TEG板的分解立體圖。圖3是按照本發(fā)明第一實(shí)施例的伴熱系統(tǒng)的示意性立體圖，結(jié)合了如圖1和圖2 中所示的TEG板裝備。圖4是按照本發(fā)明第二實(shí)施例的伴熱系統(tǒng)的示意性立體圖。圖5是按照本發(fā)明第三實(shí)施例的伴熱系統(tǒng)的橫截面。圖6是如圖4和圖5中一樣的TEG板布置的分解立體圖，示例了示范性TEG模塊布局。圖7是結(jié)合了本發(fā)明“主”和“從”實(shí)施例的伴熱系統(tǒng)的示意性布局。圖8示意性示例了用于使用按照本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備生成的電能同時為蓄電池 充電以及向流體循環(huán)泵通電的電路。
具體實(shí)施例方式圖1、圖2、以及圖3示例了按照本發(fā)明的熱電生成設(shè)備的“TEG板”裝備60的一個 實(shí)施例。如圖1中示意性示例出的，在吸熱盤21 (靠近模塊8的熱端8H)與熱沉5(靠近模 塊8的冷端8C)之間夾置一組TEG模塊8。每個TEG模塊8具有正引線80P和負(fù)引線80N。 雖然圖中未示出相應(yīng)的電連接細(xì)節(jié)，但按照已知原理和技術(shù)，適當(dāng)?shù)匕褋碜猿山MTEG模塊8 的引線80P和80N電連接，以使得通過從TEG板60引出的電能輸出口線纜82得到TEG模 塊組產(chǎn)生的所有電能，如圖3中示意性示例出的。圖2示例了一組模塊8的一種可行配置 (此處應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明不有賴于使用任何特定數(shù)量或布置的TEG模塊8)。把TEG板裝備60放置成吸熱盤21貼近第一催化加熱器19的散熱面19H，從而啟 動熱電過程以生成可以用來向電泵供電以通過伴熱環(huán)路循環(huán)加熱流體的電流。優(yōu)選地，在 吸熱盤21與第一催化加熱器19之間將會提供空氣空間23。吸熱盤21應(yīng)當(dāng)盡可能地接近 加熱器19以使去往盤21的熱量傳送最大化，但不應(yīng)太接近而干擾得到用于加熱器19中正 確催化反應(yīng)的氧氣?？諝饪臻g23的寬度是可變的以適合吸熱盤21的尺寸以及針對具體應(yīng) 用的其它設(shè)計特點(diǎn)?？梢允褂猛屑芑蚱渌线m連接器(如附圖標(biāo)記30示意性表示出的)把熱沉5裝 配到盤21上、以及把盤21裝配到加熱器19上。連接器30優(yōu)選地將會被設(shè)計成并且其位 置使得通過空氣空間23的豎直空氣流動的任何阻礙最小化。在優(yōu)選實(shí)施例中，提供了熱量 交換器面盤(未示出)以覆蓋熱量交換器15，以使來自熱量交換器15的熱量損耗最小化并 從而使去往通過管路15T流動的流體的熱量傳送最大化。為了類似的目的，可以可選地提 供合適的覆蓋盤或遮蓋物(優(yōu)選地，絕緣)以遮蓋TEG板裝備60。按照前述原理，電流強(qiáng)度將會根據(jù)從TEG模塊組的熱端到冷端經(jīng)過的熱量的總量 而變化。因此，為了使給定數(shù)量的TEG模塊生成的電流最大化，期望使模塊熱端向其裸露的 熱源的溫度最大化，并且使冷端的溫度最小化——換言之，使溫度梯度最大化。給定催化加熱器表面的維度將會基本上是固定的，所以增加熱源的溫度將會通常 是一種選擇。然而，熱沉5具有用于通過吸收或消散來自模塊8冷端的熱量使冷端溫度最 小化的作用。熱沉的有效性根據(jù)使用材料的屬性(具體地，其導(dǎo)熱能力)以及熱沉的重量 而變化。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，提供了熱沉5，優(yōu)選地，以導(dǎo)熱系數(shù)高的材料(例如，鋁、 銅、或者其它導(dǎo)熱金屬、或者導(dǎo)熱非金屬或亞金屬合成材料)厚塊的形式。在使用鋁熱沉5 的實(shí)施例中，優(yōu)選地把鋁進(jìn)行陽極電鍍(以用于更長的服務(wù)壽命)并涂刷成黑色或者一些 其它的深色(以用于增強(qiáng)吸熱)。按照特別優(yōu)選的實(shí)施例，通過提供流體冷卻(以穿過熱沉 5中通道50的流體管道52的形式)增強(qiáng)熱沉5的有效性。熱量從而將會從熱沉5傳送到 管道52中流動的流體并被其帶走，從而降低熱沉5的溫度。在替選實(shí)施例中，可以把合適 的配合部件配合到通道50的末端，以便于連接到管道52，以使得管道52實(shí)際上并不穿過管 道50。圖3示例了如何把本發(fā)明的催化熱量驅(qū)動熱電發(fā)電系統(tǒng)與使用催化加熱器加熱 循環(huán)伴熱流體的傳統(tǒng)伴熱系統(tǒng)相整合的實(shí)例。示例設(shè)備的上部是包括流體收集器箱1(含 有流體2 (如，乙二醇))的伴熱部件100。收集器箱1具有填料蓋18，優(yōu)選地，還具有細(xì)篩3 以防止微粒污染物進(jìn)入收集器箱1。還提供了合適設(shè)計的熱量交換器15，在示例實(shí)施例中 為公知類型的翅片管熱量交換器，包括盤曲越過翅片15F(優(yōu)選地涂刷成黑色以使吸熱最大化)裝備的管路15T(如，銅管路)。管路15T具有輸入口端35和輸出口端37。把第二 催化加熱器20放置成直接靠近熱量交換器15以使得來自第二催化加熱器20的熱量將會 傳送到熱量交換器15的翅片15F以及因此傳送到通過熱量交換器15的管路15T循環(huán)的流 體。還提供了伴熱管道的回路，出口部件16連接到管路15T的出口端，返回部件17連接到 收集器箱1的上部區(qū)域(優(yōu)選地與篩3上方的點(diǎn)處的填料蓋18相關(guān)聯(lián)，如圖3中所示)。 優(yōu)選地提供熱量交換器面盤(未示出)以覆蓋熱量交換器15，以使來自熱量交換器15的熱 量損耗最小化并從而使去往通過管路15T流動的流體的熱量傳送最大化。在這種傳統(tǒng)伴熱設(shè)備中，進(jìn)一步長度的管道或管線將會從收集器箱1的下部區(qū)域 延伸到循環(huán)泵并且從泵延伸到熱量交換器15的銅管路輸入口端，從而完成封閉的流體管 道回路。按照本發(fā)明，然而，伴熱部件100通過如下方式與熱電生成設(shè)備200耦合通過熱 沉5(通過圖3中的管道部件52)從收集器箱1的下部區(qū)域連結(jié)流體管道，隨后通過熱沉 5 (通過管道部件7)環(huán)回到電泵10 (如，葉片泵)，以及因此通過管道部件11去往熱量交換 器15的管路15T的輸入口端35。熱電生成設(shè)備200的TEG模塊組通過電能輸出口線纜82 電連接到泵10，以使得第一催化加熱器19的致動將會使得生成去往電能泵10的電流。第 二催化加熱器20的致動將會使得通過管路15T流動的伴熱流體2被加熱，基于此，可以通 過伴熱輸出口線路16 (由泵10)把它傳遞給井口或者其它需要熱量的對象。伴熱流體2通 過返回線路17流動去往收集器箱1以及因此通過熱沉5。在向井口或者其它受熱對象損耗 熱量后，穿過熱沉5的流體2具有足夠的能力吸收來自熱沉5的熱量；以此方式，通過熱沉 5的流體2的循環(huán)在它到達(dá)熱量交換器15之前有效地預(yù)加熱流體2。本發(fā)明的設(shè)備優(yōu)選地結(jié)合分流管道13以便于起動系統(tǒng)。如圖2中所示，分流管道 13沿著泵10與熱量交換器15的管路15T的輸入口端35之間的管道部件11在返回線路 17 (優(yōu)選地在接近收集器箱1的點(diǎn)處)與點(diǎn)X之間延伸(從而把管道部件11細(xì)分成泵10 與點(diǎn)X之間的子管道11A、以及點(diǎn)X與結(jié)束端IlT之間的子管道11B，如圖3中所示)。在 點(diǎn)X處提供分流閥門12。閥門12可在正常位置(流體自由地從子管道IlA流入到子管道 IlB中)與分流位置(阻止流體從子管道IlA流入到子管道11B，而是轉(zhuǎn)移到分流管道13) 之間操作。此分流通路使得可以通過熱沉5循環(huán)流體而無需通過熱量交換器15和全部伴 熱管道回路(即，輸出口部件16和返回部件17)循環(huán)流體(將會需要更可觀的電能)?，F(xiàn)在會參照圖3和以下描述對系統(tǒng)的操作進(jìn)行解釋。為了便于理解系統(tǒng)，圖3包 括大量如下這些箭頭A 用于表明通過系統(tǒng)中的管道和管路部件循環(huán)的流體2的流動方向。為了起動系統(tǒng)，開啟向第一和第二催化加熱器19和20的燃料供應(yīng)(例如，天然 氣)，第一催化加熱器19連接到電池電源以啟動催化反應(yīng)。隨后把分流閥門2移動到分流 位置。一旦進(jìn)行第一催化加熱器19中的催化反應(yīng)，加熱器19就開始把紅外線熱量導(dǎo)向到 吸熱盤21，開始TEG模塊8中的熱電生成過程。在一個測試的試驗(yàn)系統(tǒng)中，當(dāng)熱電生成的電 能達(dá)到約0. 7伏特的電壓時，泵10開始緩慢旋轉(zhuǎn)，并開始通過分流通路以及通過熱沉5移 動流體。電壓隨著流體開始穿過熱沉5立刻上沖。隨后可以把第一催化加熱器19從電池 電源斷開。隨后可以通過把它連接到電池電源來致動第二催化加熱器20 (可以在建立好第 二催化加熱器20中的催化反應(yīng)之后把它斷開)。當(dāng)電壓達(dá)到足夠高的等級(在測試系統(tǒng)中約5伏特)時，可以把分流閥門12移動 到正常位置，從而允許流體通過整個系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)。熱電生成設(shè)備將會繼續(xù)增加向泵10提供的電壓直到它達(dá)到穩(wěn)定的等級為止(在測試系統(tǒng)中大約30分鐘)。可以通過簡單地關(guān)斷 氣供應(yīng)來關(guān)閉系統(tǒng)。隨著第一催化加熱器19生成的熱量消散，向泵10提供的電能將會減 少，直到泵10停止為止。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會很容易理解本系統(tǒng)的益處。主要的優(yōu)點(diǎn)是，只要存在用于催 化加熱器的燃料，就將會存在連續(xù)的電能以致動循環(huán)泵。這消除了對于外部電能供應(yīng)的需 要，并且消除了使用太陽能電能首要缺點(diǎn)中的一個缺點(diǎn)(例如，間斷或間歇的電能生成；需 要大量蓄電池備份)。系統(tǒng)的所需電池電能只是需要啟動催化加熱器(或加熱器)中的催 化反應(yīng)。圖4示例了使用單個催化加熱器19加熱循環(huán)流體以及生成電能的替選實(shí)施例。在 此實(shí)施例的主要配置中，流體2在它穿過管道52以及一對熱沉5的過程中被加熱。如圖4 中所示，然而，可以可選地在催化加熱器19上方裝配補(bǔ)充熱量交換器裝置70 (如，翅片管部 件，如圖4中示例出的)以用于增強(qiáng)流體加熱，把(任何合適類型的)補(bǔ)充熱量交換器70結(jié) 合到主流體管道回路中。優(yōu)選地，把補(bǔ)充熱量交換器70遮蓋在排氣口罩(圖4中未示出) 內(nèi)以使補(bǔ)充熱量交換器70向其裸露的殘余熱量的量最大化。在結(jié)合補(bǔ)充熱量交換器70的 實(shí)施例中，在結(jié)束端IlT優(yōu)選地提供第二閥門72，第二閥門72可在第一位置(允許流體通 過補(bǔ)充熱量交換器70循環(huán)以及因此進(jìn)入到管道輸出口部件16中)與第二位置(允許流體 2繞開補(bǔ)充熱量交換器70并直接流動到管道輸出口部件16中)之間操作。圖4中所示的實(shí)施例使用一對伸長熱沉5，以增加系統(tǒng)的流體加熱能力以及便于 使用更大量的TEG模塊，從而增加系統(tǒng)的發(fā)電能力。在此熱沉布置中，管道通過兩個熱沉5 環(huán)回。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會很容易理解，可以在不脫離本發(fā)明范圍和原理的情況下把一個 或更多個額外熱沉結(jié)合到其中或者系統(tǒng)的其它替選實(shí)施例中。圖5示例了圖4中所示實(shí)施例的變型，使用裝配在調(diào)整或“雙” TEG板裝備(具有 兩個電獨(dú)立TEG模塊電路)的任一側(cè)上的一對催化加熱器19。如圖5中所示，熱沉5(在 圖5的特定實(shí)施例中提供了兩個熱沉5)夾置在一對吸熱盤21之間，在每個熱沉5的每側(cè) 提供了一組TEG模塊8以夾置在相應(yīng)熱沉5與吸熱盤21之間。圖5中示出了托架30和交 叉部件32以示例出用于把加熱器19裝配到雙TEG板裝備以及用于把兩個吸熱盤21互連 的裝置。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，這些敘述只是概念性的，本發(fā)明不以任何方式限 于使用任何特定類型的裝配或連接裝置。將會立即明顯的是，本實(shí)施例使用于加熱循環(huán)流體2以及用于發(fā)電的可用熱量的 量加倍，而不增加所需熱沉5的數(shù)量。當(dāng)然，需要或者期望調(diào)整熱沉5的尺寸(以及可能地， 材料屬性)，以優(yōu)化此布置的操作優(yōu)點(diǎn)，但總體上使用給定數(shù)量的較大熱沉5比重量等同的 更大數(shù)量的較小熱沉5更有效率。使用兩個電獨(dú)立TEG模塊電路便于使用生成的電能用于不同的目的。例如，每個 TEG模塊電路可以具有其自身的單獨(dú)一套電能輸出口線纜82(圖5中未示出)以使得從一 個TEG模塊電路輸出的電能可以專用于向流體循環(huán)泵10通電，來自另一電路的電能用于電 池充電或者其它目的。可替選地，可以把所有TEG模塊連接起來以使得單個的一套電能輸 出口線纜82攜帶系統(tǒng)的全部電輸出。圖5示例了放置在催化加熱器70上方的補(bǔ)充熱量交換器元件70，但這種補(bǔ)充熱量 交換器元件70是可選的以及并非關(guān)鍵的。在具有補(bǔ)充熱量交換器元件70以及沒有補(bǔ)充熱量交換器元件70的實(shí)施例中，均如圖5中所示在加熱器/TEG板裝備上方優(yōu)選地提供排氣 罩80。在具有補(bǔ)充熱量交換器元件70的實(shí)施例中，優(yōu)選地把所述熱量交換器元件70遮蓋 在排氣罩80內(nèi)，以使熱量交換器元件70的熱量裸露最大化。將會很容易理解，本發(fā)明的替選實(shí)施例可以只使用單個加熱器19以及只使用一 個TEG板裝備(而非圖5中所示的雙TEG板)，具有或者沒有補(bǔ)充熱量交換器元件70，具 有或者沒有排氣罩80。一個替選實(shí)施例使用被配置成部分地或者完全地容納流體收集箱 1(將會因而裸露以消耗來自加熱器19(在某些實(shí)施例中，還有加熱器20)的熱量)的排氣 罩80。圖6示例了使用一對伸長熱沉5 (如，圖4和圖5中所示)的實(shí)施例的優(yōu)選TEG模 塊布置。如前面注意到的，然而，本發(fā)明不限于任何特定數(shù)量或布置的TEG模塊8，本領(lǐng)域技 術(shù)人員將會理解，可以存在許多替選TEG模塊布置。雖然未具體示例，在需要較大流體加熱和發(fā)電能力的應(yīng)用中可以使用使用四個 催化加熱器的進(jìn)一步實(shí)施例。此實(shí)施例將會實(shí)質(zhì)上結(jié)合如圖5中的系統(tǒng)，在一對下部催化 加熱器之間放置“雙”TEG板，外加在一對上部催化加熱器之間的雙TEG板上方放置的補(bǔ)充 熱量交換器。實(shí)質(zhì)上，此替選實(shí)施例將會形成圖3中示例的實(shí)施例的雙倍版本。圖7示意性示例了如何把本發(fā)明的多個實(shí)施例結(jié)合到伴熱通路或建筑物加熱系 統(tǒng)中的一個實(shí)例。在示例布局中，按照本發(fā)明設(shè)備選定實(shí)施例的“主”單元90(以泵(圖7 中未示出)以及相關(guān)聯(lián)的流體收集器箱1完成)用于主要的流體加熱和發(fā)電目的以通過管 道系統(tǒng)93循環(huán)加熱的流體，以為建筑物B提供熱量(或者，以通過伴熱通路循環(huán)加熱的流 體，以加熱井口或者其它設(shè)施)。示例建筑物加熱系統(tǒng)還結(jié)合了 “從”單元92，也可以是按 照本發(fā)明的任何選定實(shí)施例的，但不需要泵或者相關(guān)聯(lián)的流體收集器箱。從單元92產(chǎn)生額 外的電能，并且還作為有效的熱量交換器以增加循環(huán)流體的溫度。從單元92還(或者可替 選地)可以用來提供主要的或者補(bǔ)充的電能以用于為一個或更多個電池(未示出)充電， 以用于起動主單元90或者用于其它期望的目的。在優(yōu)選實(shí)施例中，從單元92將會總體上 如圖4或圖5中所示，但并非必定包括補(bǔ)充熱量交換器70。如圖7中所示，流體管道系統(tǒng)93向建筑物B中安裝的合適散熱器元件94(如，已 知類型的液體循環(huán)翅片基板加熱器)提供加熱的流體。方向箭頭A表明通過管道系統(tǒng)93 和散熱器94流動的流體的方向。結(jié)合到管道/散熱器系統(tǒng)中的一個或更多個第二級加熱 器95可以可選地提供額外熱量。第二級加熱器95可以是任何合適的類型，包括本發(fā)明設(shè) 備的選定實(shí)施例(雖然第二級加熱器95將會并非必定需要發(fā)電能力)、或者與圖3中所示 設(shè)備的上部100類似的熱量交換器/催化加熱器組合(即，沒有TEG板)。圖8示意性示例了用于使用TEG板裝備向流體循環(huán)泵通電而同時為電池充電的一 個可行系統(tǒng)(按照本發(fā)明設(shè)備的選定實(shí)施例)。圖8示出了具有從TEG板60去往泵10的 流體管道7、并且具有電能輸出口線纜82的TEG板裝備60。為了清楚和簡潔起見，圖8中 未示出與TEG板60相關(guān)聯(lián)的催化加熱器19和其它構(gòu)件。使用如圖8中所示的并行通路， 電能輸出口線纜82連接到DC (即，直流)轉(zhuǎn)換器或電荷控制器84，而補(bǔ)充電能線纜85從 DC轉(zhuǎn)換器84去往蓄電池86的端子(從而為電池86充電)，額外的補(bǔ)充電能線纜87從電 池86的端子伸出以向流體循環(huán)泵10通電。本發(fā)明設(shè)備的各種實(shí)施例優(yōu)選地將會結(jié)合如下這種熱安全開關(guān)與熱沉5相關(guān)聯(lián)并且電連接到可操作用以關(guān)斷向加熱器19和20流動的燃料氣體(如，天然氣或丙烷)的 開關(guān)。熱安全開關(guān)將會包括用于感測熱沉5溫度的溫度探針。在熱沉5的溫度升高到預(yù)定 溫度探針設(shè)置以上(由于泵10的故障或者任何其它原因)的情況下，熱安全開關(guān)將會關(guān)斷 燃料氣體供應(yīng)。本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以使用或者很容易采用各種已知技 術(shù)提供用于本發(fā)明的熱安全關(guān)斷裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將會很容易理解，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)概念的情況下可以設(shè)計 出本發(fā)明的各種修改，所有這些修改均落入本發(fā)明及其所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)特別 理解，本發(fā)明不限于示例實(shí)施例，在本發(fā)明的工作沒有任何實(shí)質(zhì)性結(jié)果改變的情況下對要 求保護(hù)元件或特征的變型進(jìn)行替換將不會形成脫離本發(fā)明的范圍。在此專利文件中，以非限制性的方式使用詞語“包括”以意指包括隨該詞語之后的 內(nèi)容，但不排除未具體提及的內(nèi)容。通過不定冠詞“一”對元件的引用不排除可以存在多于 一個元件，除非上下文清楚地需要存在一個并且只有一個這種元件。
權(quán)利要求
一種用于發(fā)電的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括催化加熱器以及各自具有熱端和冷端的多個熱電模塊，其中，熱電模塊的熱端裸露于來自催化加熱器的熱量，熱電模塊的冷端鄰近熱沉進(jìn)行導(dǎo)熱，以使得熱電模塊產(chǎn)生用于向用來在伴熱管道回路內(nèi)循環(huán)加熱流體的泵供電的電流，以及其中，伴熱管道回路穿過熱沉以消散來自其的熱量。
2.一種用于發(fā)電的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括(a)第一吸熱盤；(b)具有第一端和第二端的熱沉；以及(c)各自具有熱端和冷端的第一多個熱電模塊，所述模塊電互連、并且夾置在吸熱盤與 熱沉的第一端之間，它們的熱端靠近吸熱盤；以使得當(dāng)把所述設(shè)備放置得緊密靠近散熱熱源時，第一吸熱盤與熱源最近，來自散熱 熱源的熱量將會穿過第一吸熱盤和熱電模塊并且進(jìn)入熱沉，從而啟動熱電模塊以產(chǎn)生電。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于熱沉包括導(dǎo)熱材料的一個或更多個塊，每個 所述塊具有一個或更多個通過其的通道，以用于裝載一個或更多個流體攜帶管道。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于一個或更多個塊中的至少一個塊的導(dǎo)熱材 料包括從如下組中選擇的金屬銅和鋁。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括第二吸熱盤和第二多個熱電模 塊，所述第二多個熱電模塊夾置在第二吸熱盤與熱沉的第二表面之間。
6.一種用于發(fā)電的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括(a)第一吸熱盤；(b)具有第一端和第二端的熱沉；(c)各自具有熱端和冷端的第一多個熱電模塊，所述第一多個熱電模塊電互連、并且夾 置在第一吸熱盤與熱沉的第一端之間，它們的熱端靠近第一吸熱盤；以及(d)具有散熱面的第一散熱加熱器；其中，子裝備包括第一熱量吸熱盤，第一多個熱電模塊、以及熱沉裝配得緊密靠近第一 散熱加熱器，第一吸熱盤與第一散熱加熱器的散熱面最近。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括穿過熱沉的封閉管道回路，所述 管道回路具有輸出口部件和返回部件。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括(a)具有輸入口和輸出口的收集器箱，所述收集器箱與管道回路流體互通，管道回路的 輸出口部件連接到箱的箱輸出口，管道回路的返回部件連接到箱輸入口 ；以及(b)用于通過管道回路循環(huán)流體的泵，所述泵由第一多個熱電模塊響應(yīng)于來自第一散 熱加熱器的熱量通過其的流動產(chǎn)生的電能通電。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于第一散熱加熱器為以天然氣為燃料的催化 加熱器。
10.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括結(jié)合到管道回路中的補(bǔ)充熱量 交換器裝置，所述補(bǔ)充熱量交換器裝置連接到管道回路中以使得通過管道回路流動的流體 將會通過補(bǔ)充熱量交換器裝置流動，把所述補(bǔ)充熱量交換器裝置放置成裸露于來自第一散 熱加熱器的熱量。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于補(bǔ)充熱量交換器裝置包括翅片管路。
12.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括(a)結(jié)合到管道回路中的補(bǔ)充熱量交換器，以使得通過熱沉的管道回路下游流動的流 體可以通過補(bǔ)充熱量交換器流動；以及(b)具有散熱面的第二散熱加熱器，把所述第二散熱加熱器放置成其散熱面靠近補(bǔ)充 熱量交換器。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于補(bǔ)充熱量交換器裝置包括翅片管路。
14.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括(a)第二吸熱盤；(b)各自具有熱端和冷端的第二多個熱電模塊，所述第二多個熱電模塊電互連、并且夾 置在第二吸熱盤與熱沉的第二端之間，它們的熱端靠近第二吸熱盤；以及(c)具有散熱面的第二散熱加熱器；其中，把第二吸熱盤放置成靠近第二散熱加熱器的散熱面。
15.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于熱沉包括導(dǎo)熱材料的一個或更多個塊，每 個所述塊具有一個或更多個通過其的通道，以用于裝載一個或更多個流體攜帶管道。
16.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于一個或更多個塊中的至少一個塊的導(dǎo)熱材 料包括鋁。
17.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括分流管道以及相關(guān)聯(lián)的分流 閥門，所述分流閥門可在第一位置與第二位置之間操作，所述第一位置中流體自由地通過 熱沉以及因此通過補(bǔ)充熱量交換器流動，所述第二位置中流體將會通過熱沉但不通過補(bǔ)充 熱量交換器流動。
全文摘要
在使用來自散熱加熱器的熱量加熱循環(huán)流體的伴熱系統(tǒng)中，使用熱電生成模塊生成用于向循環(huán)泵供電的電。在吸熱盤與熱沉之間夾置熱電發(fā)電模塊，把此裝備放置成吸熱盤靠近散熱發(fā)熱器。管道回路穿過熱沉，以使得通過從加熱器抽取到熱沉中的熱量加熱通過管道循環(huán)的流體。由于熱電模塊的熱端與冷端之間的溫差，模塊產(chǎn)生電以向用于通過管道回路循環(huán)流體的泵供電。可以提供補(bǔ)充熱量交換器構(gòu)件以用于額外的流體加熱能力，以及從而增加伴熱回路可用熱量的量。
文檔編號H02N99/00GK101971479SQ200880124372
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者大衛(wèi)·約翰·佛西斯 申請人:大衛(wèi)·約翰·佛西斯