约翰逊环境热能转换器的制作方法

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：

1、长期以来，开发一种能够采集周围环境中可自由获得的热能的发动机一直是一个目标。以热力循环、热源及热汇操作的常规热电转换器及常规装置被采用且同时发生。其需要同步温差用于操作。已经尝试利用隔热材料及热汇来施加所需温差。转换器的一个区段与环境隔热及/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。相对于暴露于环境且与环境热耦合的区段的温度变化的滞后产生热电转换器操作所需的温差。然而，需要包含热容材料及隔热限制此类转换器的实用性。此外，因为装置的大小减小，因此转换效率随着通过装置的结构的寄生热传导变得越来越大而降低。

2、本发明者公开环境能量转换器，其在外壳内含有大量吸湿性材料，所述外壳与耦合到外壳的离子导电膜电极组合件流体连通以允许电离水或水蒸气通过离子导电膜电极且与吸湿性溶液接触。先前公开的转换器产生由温度及湿度变化驱动的电力，借此来自环境空气的水分通过膜电极组合件转变进出吸湿性液体以产生电力，因为吸湿性材料维持与环境蒸气压及温度的热力平衡。现有转换器限于在湿度及/或温度上存在变化的环境中操作。

3、因此，仍然需要一种可通过从环境提取热来发电，而不需要温度或湿度的瞬变的环境能量转换器。本发明正是针对此需要。

技术实现思路

1、一种用于用处于气相及液相的工作流体操作的热/电能转换器，所述电能转换器包括：第一电极，所述第一电极在第一工作流体吸收电势下为吸湿性的；第二电极，所述第二电极在与所述第一电极的所述吸收电势不同的工作流体吸收电势下为吸湿性的，借此在所述两个电极之间存在电压电势；电化学屏障，所述屏障耦合在所述第一电极与第二电极之间，且在所述第一电极与所述第二电极之间传导所述工作流体的至少一个离子物种，且所述第一及第二电极暴露于气体且通过气体彼此耦合，所述气体包括所述工作流体的至少一个成分。

技术特征：

1.一种用于用处于气相及液相的工作流体操作的热/电能转换器，所述电能转换器包括：

2.根据权利要求1所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括：金属，所述金属可渗氢；及质子导电材料，相对于其对所述液相中的水的吸收电势，其对所述气相中的水具有不同吸收亲和力。

3.根据权利要求1所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括工作流体可渗透膜及质子导电材料，相对于其对所述液相中的水的吸收电势，所述质子导电材料对所述气相中的水具有不同吸收亲和力。

4.根据权利要求3所述的热/电转换器，其中所述工作流体可渗透膜大体上唯一地可渗透所述工作流体。

5.根据权利要求1所述的热/电转换器，其中所述转换器进一步包含外壳结构。

6.根据权利要求2所述的热/电转换器，其中多个膜电极组合件电池经串联堆叠在所述外壳内，以便产生更高总输出电压。

7.一种用工作流体进行操作的热/电能转换器，其包括：

8.根据权利要求1所述的环境热转换器，其中所述离子导电膜电极具有第一电极、第二电极、定位于所述第一电极与所述第二电极之间的离子导电部件，其中所述离子导电部件是质子导电部件。

9.根据权利要求1所述的环境热转换器，其中所述离子导电部件是对分子水扩散具有高阻隔性的质子导电部件。

10.根据权利要求2所述的环境能转换器，其中所述电化学屏障包括涂覆有离子导电材料的渗氢金属。

11.根据权利要求7所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括工作流体可渗透膜及质子导电材料，相对于其对液相中的水的吸收电势，所述质子导电材料对气相中的水具有不同吸收亲和力，所述工作流体可渗透膜大体上唯一地可渗透所述工作流体。

12.根据权利要求7所述的热/电转换器，其中所述冷凝电极在第一液态工作流体吸收电势下为吸湿性的，且所述蒸发电极在相对于所述第一电极的不同液态工作流体吸收电势下为吸湿性的。

13.根据权利要求7所述的热/电转换器，其中所述冷凝吸湿性电极包括多孔电子导电层及离子导电大体上无孔层。

14.根据权利要求1所述的热/电转换器，其中所述冷凝吸湿性电极包括多孔电子导电层及离子导电大体上无孔层。

15.一种用处于气相及液相的工作流体进行操作的热/电能转换器，所述电能转换器包括：

16.根据权利要求15所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括：金属，所述金属可渗氢；及质子导电材料，相对于其对所述液相中的水的吸收电势，其对所述气相中的水具有不同吸收亲和力。

17.根据权利要求15所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括工作流体可渗透膜及质子导电材料，相对于其对所述液相中的水的吸收电势，所述质子导电材料对所述气相中的水具有不同吸收亲和力。

18.一种用处于气相及液相的水进行操作的热/电能转换器，所述电能转换器包括：

19.根据权利要求18所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括：金属，所述金属可渗氢；及质子导电材料，相对于其对所述液相中的水的吸收电势，其对所述气相中的水具有不同吸收亲和力。

20.根据权利要求18所述的热/电转换器，其中所述电化学屏障包括工作流体可渗透膜及质子导电材料，相对于其对所述液相中的水的吸收电势，所述质子导电材料对所述气相中的水具有不同吸收亲和力。

技术总结
一种环境热能转换器包含用作阴极的第一蒸发正电极、膜分离器、多孔屏障膜及用作阳极的第二冷凝负电极。电极是多孔的且促进分别电解及还原水的氢氧反应。多孔屏障膜允许水及质子通过，但阻止冷凝电极中的吸湿性酸或碱离子通过，仅水及质子能够通过。在操作期间，膜分离器对液态水的高亲和力维持张力，所述张力将液态水从冷凝电极拉过多孔屏障膜。屏障膜不允许冷凝电极中除水以外的包括吸湿性材料的离子通过。相反，冷凝电极的吸湿性质在相反方向上维持水张力。外壳环绕所述电极且形成自由流动路径。

技术研发人员：朗尼·G·约翰逊
受保护的技术使用者：朗尼·G·约翰逊
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16